網(wǎng)絡實用技術基礎 第3章 網(wǎng)間互聯(lián)技術

第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議3.2IP尋址和規(guī)劃3.3路由器與路由選擇協(xié)議3.4NAT技術3.5VPN3.6網(wǎng)絡傳輸可靠性技術網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術考試的知識點Internet協(xié)議分析（TCP、IP協(xié)議）路由器與路由選擇協(xié)議NAT技術網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)控制信息協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議網(wǎng)絡命令電子郵件文件傳輸郵件傳輸網(wǎng)絡診斷文件傳輸域名系統(tǒng)遠程控制網(wǎng)絡管理傳輸控制協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議逆向地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1.1IP協(xié)議

IP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議集中的承載協(xié)議，位于Internet模型中的網(wǎng)絡層。（1）IP層的主要特點在Internet中，IP層作為通信子網(wǎng)的最高層，有如下三大特點：其一是提供無連接的數(shù)據(jù)報傳輸機制。IP為TCP、UDP等提供了一種無連接的數(shù)據(jù)傳送服務。無連接是指IP不維護連續(xù)數(shù)據(jù)報的任何狀態(tài)信息，因此，IP數(shù)據(jù)報可能會不按照發(fā)送的順序到達，即后發(fā)的數(shù)據(jù)報可能先到達。其二是能完成點對點的通信。IP協(xié)議是點對點的，其對等實體之間的通信不需經(jīng)過中間機器，而中間機器之間具有實際的物理鏈路的連接，要求IP協(xié)議能支持點對點的尋徑以保證點對點協(xié)議的可實現(xiàn)性。第三是在IP協(xié)議中，數(shù)據(jù)的傳送是不可靠的。這種不可靠的含義是：數(shù)據(jù)在傳送過程中，沒有一種機制來監(jiān)控數(shù)據(jù)是否被成功地送達了目的地。當數(shù)據(jù)在傳送的過程中，如果發(fā)生錯誤，IP協(xié)議只是簡單地丟棄數(shù)據(jù)報，并用ICMP消息通知數(shù)據(jù)的發(fā)送方。要實現(xiàn)可靠的傳輸，必須通過高層的協(xié)議來保證。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術（2）IP協(xié)議的主要功能

IP協(xié)議是TCP/IP的核心協(xié)議之一，其作用主要是用于主機與網(wǎng)關、網(wǎng)關與網(wǎng)關、主機與主機之間的通信。功能包括IP的尋址、面向無連接數(shù)據(jù)報傳送和數(shù)據(jù)報路由選擇等。

IP協(xié)議的尋址功能體現(xiàn)在必須能唯一地標識Internet中每一個可尋址的通信實體，以完成根據(jù)目的IP地址確定通信的下一跳的問題。因此，IP為網(wǎng)絡中的每一個實體賦予了一個全局標示符----IP地址。

IP協(xié)議的面向無連接的數(shù)據(jù)報傳送功能實現(xiàn)了IP向TCP協(xié)議所在的傳輸層提供統(tǒng)一的IP數(shù)據(jù)報，其中，必須實現(xiàn)LAN與WAN之間報文格式的轉換，如分段（滿足LAN中MAC幀長與WAN中幀長之間的長度轉換）和重裝，并負責將各種不同物理網(wǎng)絡的物理地址轉化為具有統(tǒng)一格式的IP地址，把各種不同的幀統(tǒng)一轉換成IP數(shù)據(jù)報，使上層屏蔽IP層的幀差異。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術

數(shù)據(jù)報路由選擇功能是IP協(xié)議最重要的功能之一，它應能完成如下操作：在同一網(wǎng)段上，IP數(shù)據(jù)報可以沿實際物理路徑傳送；當需要經(jīng)過不同網(wǎng)段時，IP數(shù)據(jù)報要能夠經(jīng)由路由器或網(wǎng)關進行傳送。由于Internet涉及到多個不同的網(wǎng)絡，其網(wǎng)絡的物理實現(xiàn)有所不同，因此，IP層必須具有屏蔽物理網(wǎng)絡的功能，并提供獨立于物理網(wǎng)絡之上的路由選擇機制。IP的路由選擇分為直接路選和間接路選，所謂直接路選是指由物理網(wǎng)絡直接負責在同一網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)報的傳送；間接路選則是指在需要跨越不同網(wǎng)絡時由IP協(xié)議所提供間接路由選擇。Internet的間接路由選擇采用路由表機制，每一臺機器（主機、路由器、網(wǎng)關等）開機時會產(chǎn)生一張路由表，該表包含了可能的目標信息。當IP分組到達一個網(wǎng)關時，IP協(xié)議軟件找到目標IP地址，并抽取其中的網(wǎng)絡號進行對比，當需要執(zhí)行間接路由選擇時，由網(wǎng)關使用該網(wǎng)絡標識決定路由，因此可以說，Internet路由選擇是基于目標網(wǎng)絡號而不是主機號的。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術（3）IP數(shù)據(jù)報1）IP數(shù)據(jù)報的格式（P68）網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術2）IP地址：Internet采用了一種唯一通用地址格式，為網(wǎng)絡上所有設備（路由器、網(wǎng)關和服務器等）分配了唯一的地址，這就是IP地址。IP地址亦稱標識地址，利用它可以對Internet上的每個主機、路由器和其它設備等進行唯一的地址“標識”。

IP地址由四個用“.”分開的數(shù)字組成，每一個數(shù)字為一個字節(jié)長，因此每一個數(shù)字最大為255。例如：202.112.136.23就是一個IP地址的十進制數(shù)字表示。

IP地址可以分為五類，即A類、B類、C類、D類和E類，每個地址的長度為32個位，每個位采用二進制編碼，其中前三類是一般網(wǎng)絡地址，目前正在大量應用，后兩種為特殊網(wǎng)絡地址，留做特殊用途或者備用。此外，IP地址還規(guī)定了一套具有特殊格式的地址形式，以分別用于不同的情況。如網(wǎng)絡地址、直接廣播地址、有限廣播地址、本機地址、回送地址。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術五類IP地址網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術（4）IP地址的申請和分配

Internet網(wǎng)絡信息中心（InternetNIC）統(tǒng)一負責全球IP地址的規(guī)劃、管理和發(fā)放工作。通常每個國家成立一個組織，統(tǒng)一向國際組織申請IP地址，然后再分配給用戶，我國負責地址分配的機構是CNNIC（CHINA網(wǎng)絡信息中心）。用戶要接入Internet時，有兩種獲得IP地址的方法。一種是用戶通過Internet服務提供商（ISP：InternetServiceProvider）臨時接入網(wǎng)絡，如撥號上網(wǎng)。在這種情況下，用戶通常是通過DHCP協(xié)議動態(tài)地從ISP處獲得一個IP地址，并用此地址進行Internet的訪問。當用戶離開網(wǎng)絡時，IP地址被ISP收回，再分配給其它的用戶使用。另一種方法是用戶向CNNIC申請固定使用的IP地址，這種方法通常是一個單位的網(wǎng)絡、提供Internet服務的主機需要連入Internet時采用。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1.2ARP協(xié)議地址解析協(xié)議，即ARP（AddressResolutionProtocol），是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協(xié)議。主機發(fā)送信息時將包含目標IP地址的ARP請求廣播到網(wǎng)絡上的所有主機，并接收返回消息，以此確定目標的物理地址；收到返回消息后將該IP地址和物理地址存入本機ARP緩存中并保留一定時間，下次請求時直接查詢ARP緩存以節(jié)約資源。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1.3RARP協(xié)議逆地址解析協(xié)議就是將局域網(wǎng)中某個主機的物理地址轉換為IP地址，發(fā)送方首先RARP服務器發(fā)送請幀，以解析從物理地址得到對應的IP地址。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1.4ICMP協(xié)議ICMP是（InternetControlMessageProtocol）Internet控制報文協(xié)議。它是TCP/IP協(xié)議族的一個子協(xié)議，屬于網(wǎng)絡層協(xié)議，主要用于在主機與路由器之間傳遞控制信息，包括報告錯誤、交換受限控制和狀態(tài)信息等。當遇到IP數(shù)據(jù)無法訪問目標、IP路由器無法按當前的傳輸速率轉發(fā)數(shù)據(jù)包等情況時，會自動發(fā)送ICMP消息。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1.5IGMP協(xié)議IGMP(InternetGroupMessageProtocol):Internet組管理協(xié)議,提供internet網(wǎng)際多點傳送的功能,即將一個ip包拷貝給多個host,windows系列采用了這個協(xié)議網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.2IP尋址和規(guī)劃3.2.1IP尋址和子網(wǎng)劃分IP地址的主機部分可被分為三種地址：網(wǎng)絡地址、主機地址和定向廣播地址。網(wǎng)絡地址是網(wǎng)絡號中的第一個地址。定向廣播地址是網(wǎng)絡號中的最后一個地址。網(wǎng)絡地址和定向廣播地址這間的所有地址都稱為網(wǎng)段的主機地址。(P76)網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術例如：

一個A類網(wǎng)絡的IP地址，網(wǎng)絡號為前8bit，主機號為后24bit，采用公式，可得2H-2=224-2=16777214個主機地址。

一個B類網(wǎng)絡的IP地址，網(wǎng)絡號為前16bit，主機號為后16bit，采用公式，可得2H-2=216-2=65534個主機地址。一個C類網(wǎng)絡的IP地址，網(wǎng)絡號為前24bit，主機號為后8bit，采用公式，可得2H-2=28-2=254個主機地址。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.2.1IP尋址和子網(wǎng)劃分所謂IP子網(wǎng)，是指把IP地址中主機地址的部分進一步劃分為兩個部分：其中一個部分為子網(wǎng)地址，而另外一個部分為主機地址。在IP協(xié)議中，是通過子網(wǎng)掩碼來標識子網(wǎng)的。子網(wǎng)掩碼也是一個32位的二進制數(shù)字，寫成與IP地址相同的形式，即用三個“.”分為四個部分，如255.255.255.0。

網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術若甲公司有200臺計算機，申請了一個B類公網(wǎng)地址190.18.0.0，主機地址有2H-2=216-2=65534個，造成主機地址的浪費。為了充分和有效利用寶貴的IP地址資源，避免多余主機地址的浪費，引入了子網(wǎng)劃分技術。所謂子網(wǎng)劃分是指允許在一個IP地址中，利用主機號的高位比特來創(chuàng)建更多的子網(wǎng)。優(yōu)點是提供了更有效利用IP地址的方案。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術假如甲公司的主機個數(shù)是100臺，申請了一個C類網(wǎng)絡的IP地址，但將會造成254-100=154個主機地址的浪費，為更高效地利用網(wǎng)絡地址，可以采用對C類網(wǎng)絡進行子網(wǎng)劃分，借用主機號的1bit劃分為兩個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)有126個子網(wǎng)地址，這樣浪費的地址是少量的。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術為了區(qū)分網(wǎng)絡地址、主機地址和定向廣播地址，引入了子網(wǎng)掩碼，因此每個地址實際上由三部分組成：網(wǎng)絡號、子網(wǎng)號和主機號。（P77）網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.2.2IP地址應用實例確定網(wǎng)絡數(shù)和主機數(shù)確定子網(wǎng)掩碼確定網(wǎng)絡地址確定網(wǎng)絡的主機地址網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術當需要獲得子網(wǎng)的地址時，主機通過把IP地址與子網(wǎng)掩碼進行“按位與”的運算，就可得到子網(wǎng)地址。例如：當IP地址為202.112.143.171、子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224時，寫成二進制的形式后，IP地址的二進制形式為：

11001010.01110000.10001111.10101011子網(wǎng)掩碼的二進制形式為：

11111111.11111111.11111111.11100000運行“按位與”的操作后，得到子網(wǎng)的地址為：

11001010.01110000.10001111.10100000，寫成十進制的形式是：202.112.143.160網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.2.3可變長度子網(wǎng)掩碼可變長度子網(wǎng)掩碼（VLSM）允許對A類、B類和C類IP地址使用不同的子網(wǎng)掩碼，其具有高效尋址和路由聚合，減少路由表大小兩個優(yōu)點網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.2.4路由聚合路由聚合若路由器的路由表中存儲了一連串連續(xù)網(wǎng)絡號，則會影響路由器的尋址并降低數(shù)據(jù)報的轉發(fā)速率。路由聚合指將路由表中某些連續(xù)的路由，作為單個聚合路由進行通告的一種能力。無分類域間路由選擇網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.2.5IPv61.IPv6特點 IPv6采用128位地址空間，IPv6因其可提供超大的地址空間，地址缺乏問題。2.IPv6報文格式。 IPv6報文首部的固定長度包含8個字段，了解8個字段的具體功能。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術IPv6地址1）冒號十六進制表示

IPv6的地址每4個十六進制為一組，組與組之間用冒號隔開。IPv6地址格式為XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX，X表示一個十六進制值。2）零壓縮最前面的一串零可以省略，例如，0000:123A:BC00:0000:0000:1111:2222:0000可以簡寫為123A:BC00:0000:0000:1111:2222:0000。此外，為了進一步簡化十六進制的書寫，IPv6地址中的一段或連續(xù)多段0可以用雙冒號（：：）代替。例中IPv6地址可更加簡化為123A:BC00::1111:2222:0，但不能表示為123A:BC00::1111:2222::，因為雙冒號（：：）只能在IPv6地址中出現(xiàn)一次。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3）前綴表示表示形式為：IPv6地址/前綴長度4）IPv6地址劃分一個IPv6地址被劃分成前綴和后綴兩部分，其中前綴用于指明一個網(wǎng)絡，相當于IPv4地址的子網(wǎng)掩碼；后綴用于指明網(wǎng)絡上的某臺主機，相當于IPv4地址的主機標識。

IPv6按照傳輸類型，將地址劃分為單播地址、任播（也稱泛播）地址和多播地址，取消了原有的廣播地址，增加了任播的概念。理解單播地址、多播地址、任播地址、特殊地址的含義。4.IPv4與IPv6的轉換。了解IPv4與IPv6的轉換技術。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.1網(wǎng)間互聯(lián)協(xié)議3.2IP尋址和規(guī)劃3.3路由器與路由選擇協(xié)議3.4NAT技術3.5VPN3.6網(wǎng)絡傳輸可靠性技術網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.3路由器與路由選擇協(xié)議3.3.1路由器和路由類型路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要結點設備，通過路由決定數(shù)據(jù)的轉發(fā)。轉發(fā)策略稱為路由選擇，這也是路由器名稱的由來。路由器工作在第三層。路由器一般由硬件和軟件組成，其功能類似一臺計算機。路由器硬件主要由中央處理器CPU、內存、接口、控制端口等物理硬件和電路組成；軟件主要由路由器的IOS操作系統(tǒng)組成。所有路由器都有接口，每個接口都有自己的名字和編號。一個接口的全名稱由它的類型標志與數(shù)字編號構成，編號自0開始。路由器執(zhí)行兩個基本功能：路徑選擇和數(shù)據(jù)轉發(fā)。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術

路由器的作用主要有以下這些方面：①提供了局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等之間的物理連接性；②完成不同網(wǎng)絡層協(xié)議之間的協(xié)議轉換功能，如IP與IPX（分組交換協(xié)議：InternetworkPacketeXchange）之間；③完成網(wǎng)絡層地址與物理地址間的地址映射；④實現(xiàn)數(shù)據(jù)的分段與重組功能，完成數(shù)據(jù)的轉換操作；⑤進行路由選擇，通過查找路由表，確定數(shù)據(jù)的下一跳的目的地，進行數(shù)據(jù)的轉發(fā)；⑥隔離網(wǎng)絡，抑制廣播報文、避免網(wǎng)絡風暴的發(fā)生；⑦實現(xiàn)流量控制，均衡網(wǎng)絡負載，從而保證網(wǎng)絡的性能。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術路由選擇協(xié)議運行在路由器上，提供將數(shù)據(jù)報從源地址轉發(fā)到目的地址的路徑選擇策略。為了完成路由轉發(fā)功能，路由器需要檢查數(shù)據(jù)報的目的地址，確定目的網(wǎng)絡號，查看路由表并將分組轉發(fā)到對應的出口。路由選擇表即路由表，包含了目的網(wǎng)絡號、網(wǎng)絡狀態(tài)、下一跳地址等信息。路由表的建立有兩種方式：靜態(tài)手動配置和動態(tài)自動學習。理解兩者的含義。動態(tài)路由協(xié)議包括RIP、OSPF和BGP等。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.3.2RIP路由協(xié)議1．RIP的概念RIP屬于距離向量路由協(xié)議。采用跳數(shù)衡量路由距離以最優(yōu)路徑,跳數(shù)指數(shù)據(jù)報從源地址到目的地址所經(jīng)過的路由器數(shù)目.RIP支持的最大跳數(shù)為15條。RIP協(xié)議只能應用于小型網(wǎng)絡。2.RIP的路由表更新RIP路由表的更新是通過路由器廣播來交換路由信息，默認情況下，路由器每隔30秒向其所有相鄰路由器廣播全部路由信息。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.3.3OSPF路由協(xié)議1．OSPF的概念OSPF是一種鏈路狀態(tài)動態(tài)路由協(xié)議，路由收斂快，占用網(wǎng)絡資源少，可以保證整個網(wǎng)絡拓撲沒有路由環(huán)路，支持VLSM和CIDR，支持大型網(wǎng)絡。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.3.4BGP路由協(xié)議1.BGPBGP邊界網(wǎng)關協(xié)議（BorderGatewayProtocol），用來連接Internet上獨立系統(tǒng)的路由選擇協(xié)議。2.特點(P102)3.BGP工作原理BGP路由器具有IBGP（InternalBGP）和EBGP（ExternalBGP）兩種工作模式。當BGP路由器運行在同一自治系統(tǒng)內部時，稱為IBGP；當BGP路由器運行在不同的自治系統(tǒng)中時，稱為EBGP。BGP的工作流程可分為兩個步驟：（1）BGP邊界路由器初始化；（2）路由更新。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.4NAT技術3.4.1NAT的概念網(wǎng)絡地址轉換（NAT，NetworkAddressTranslation）技術作為有效解決地址緊缺問題的方案之一，通過將私有IP地址轉換為公有IP地址，以實現(xiàn)私有網(wǎng)絡訪問公共網(wǎng)絡的功能。NAT技術的特點(P105)。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.4.2NAT分類及其工作原理NAT有三種類型：靜態(tài)NAT、動態(tài)NAT和端口地址轉換NPAT。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.5VPN專用地址解決機構內部計算機訪問因特網(wǎng)時IP地址出現(xiàn)二義性的問題。專用地址只能用作本地地址，而不能用作全球地址。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.5.1專用地址專用地址具體包括：

1）10.0.0.0到10.255.255.255，或記為10/8；

2）172.16.0.0到172.31.255.255，或記為172.16/12

3）192.168.0.0到192.168.255.255，或記為192.168/16。這三個地址塊分別相當于1個A類網(wǎng)絡、16個連續(xù)的B類網(wǎng)絡和256個連續(xù)的C類網(wǎng)絡。由專用IP地址構建起來的互連網(wǎng)，稱為專用互聯(lián)網(wǎng)或本地互聯(lián)網(wǎng)，也稱為專用網(wǎng)。網(wǎng)絡實用技術基礎第3章網(wǎng)間互聯(lián)技術3.5.2虛擬專用網(wǎng)利用公用的因