計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)微課版- 課件 模塊五：主題1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)立體空間-網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)主講人：XXX計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)思維導(dǎo)圖2

學(xué)習(xí)提示12主題：

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概述、

IP數(shù)據(jù)報格式、

定長子網(wǎng)掩碼劃分方法、

變長子網(wǎng)掩碼劃分方法、

IPv6地址、

互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、

靜態(tài)路由、

動態(tài)路由協(xié)議如何實現(xiàn)多網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)和通信3

主題一：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)本節(jié)目標(biāo)1. 了解網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概念。2. 掌握IPv4協(xié)議的特點(diǎn)。掌握ICMP、ARP的作用。1. 通過IP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)層的核心地位的介紹，引導(dǎo)學(xué)生做事情要從整體著眼，樹立“觀大勢，謀全局”觀念。素質(zhì)目標(biāo)能力目標(biāo)1. 能夠使用常見網(wǎng)絡(luò)命令工具解決實際問題。課前評估6

1．網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?，互?lián)網(wǎng)在改變我們通信及生活方式的同時，也推動著各行各業(yè)的發(fā)展。請讀者了解互聯(lián)網(wǎng)在過去30年里發(fā)生的變化，探究其未來的發(fā)展趨勢，進(jìn)一步思考使用網(wǎng)絡(luò)還能做哪些方面的事情？2．在生活中，人們不再局限于與同一個網(wǎng)絡(luò)中的終端間通信，還希望可以與其他網(wǎng)絡(luò)中的終端進(jìn)行通信，產(chǎn)生聯(lián)系，因此需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，將兩個以上的傳輸網(wǎng)絡(luò)通過一定的方法，將一種或多種網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備相互連接起來，構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。請讀者進(jìn)一步思考網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的動力來源于什么？3．人們對當(dāng)前Internet采用的TCP/IP參考模型的描述是“EverythingoverIP，IPoverEverything”，你是如何理解這一觀點(diǎn)的？網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述7

互聯(lián)網(wǎng)概述計算機(jī)的出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)任何事物都是變化發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述8

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：是將同構(gòu)或異構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)類型、實現(xiàn)技術(shù)、通信協(xié)議、體系結(jié)構(gòu)等不同）網(wǎng)絡(luò)通過互聯(lián)設(shè)備連接起來，以構(gòu)成規(guī)模更大的網(wǎng)絡(luò)MAC地址唯一標(biāo)識結(jié)點(diǎn)建立以太網(wǎng)交換路徑封裝成MAC幀格式數(shù)據(jù)報交換方式MACA以太網(wǎng)終端APSTNModem終端B56566767電話號碼唯一標(biāo)識結(jié)點(diǎn)通過呼叫過程建立點(diǎn)對點(diǎn)語音信道封裝成PPP幀，無需結(jié)點(diǎn)的地址信息電路交換方式網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述9

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：是將同構(gòu)或異構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)類型、實現(xiàn)技術(shù)、通信協(xié)議、體系結(jié)構(gòu)等不同）網(wǎng)絡(luò)通過互聯(lián)設(shè)備連接起來，以構(gòu)成規(guī)模更大的網(wǎng)絡(luò)路由器實現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)互連路由器需要多個連接不同類型網(wǎng)絡(luò)的接口終端與路由器接口之間通信由不同傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)路由器實現(xiàn)傳輸路徑的選擇和兩種不同幀格式之間的轉(zhuǎn)換MACR68686767路由器MACA以太網(wǎng)終端APSTNModem終端B56566767網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的概述10

互聯(lián)層次劃分：根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)模型，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分別屬于不同的層次，因此網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)存在互聯(lián)層次的問題，可劃分為：物理層互聯(lián)、數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)、高層互聯(lián)應(yīng)用系統(tǒng)級網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，若主機(jī)系統(tǒng)和接入網(wǎng)絡(luò)使用不同的協(xié)議，需要使用網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)不同協(xié)議的之間的轉(zhuǎn)換現(xiàn)在把路由器也叫作網(wǎng)關(guān)，不涉及協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，實質(zhì)是一個網(wǎng)絡(luò)通向另一個網(wǎng)絡(luò)的IP地址。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方式不同，相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備也不相同，并且與實際的應(yīng)用系統(tǒng)無關(guān)IP協(xié)議簡介11

為什么認(rèn)為IP協(xié)議是最為核心的協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間連接通信的規(guī)則和方法就是網(wǎng)際協(xié)議（InternetProtocol，IP）網(wǎng)絡(luò)層中與IP協(xié)議配套使用的協(xié)議有4個：IP協(xié)議處于中心位置，其中ARP和RARP在IP的下面，因為IP經(jīng)常要使用這兩個協(xié)議。ICMP和IGMP在IP協(xié)議的上面，因為它們要使用IP協(xié)議12

IP協(xié)議具有什么特點(diǎn)實現(xiàn)簡單：無連接、不可靠的服務(wù)協(xié)議，提供“盡力而為（Best-Effort）”的服務(wù)采用逐跳轉(zhuǎn)發(fā)方式實現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸IP協(xié)議通過IP分組的有效定義，尤其是IP尋址模式，將各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物理層和數(shù)據(jù)鏈路的差異統(tǒng)一在IP之下，提供異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的能力路由器A路由器B路由器C路由器D路由器E主機(jī)A1234丟失數(shù)據(jù)包可能選擇不同路徑轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包未按序到達(dá)IP協(xié)議簡介13

IP協(xié)議簡介—IP地址和MAC地址有了MAC地址可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中主機(jī)之間相互通信，為什么還需要IP地址MAC地址不能反映特定計算機(jī)的位置關(guān)系，存在尋址效率低下的問題不同網(wǎng)絡(luò)的MAC地址長度，表示方法等不同，并且有些主機(jī)根本就不使用MAC地址，存在不方便使用的問題如果網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，一是采用廣播的通信方式，其嚴(yán)重性是可想而知，網(wǎng)絡(luò)肯定是無法工作；而讓交換機(jī)記住所有終端的MAC地址，存儲資源的占有量十分巨大，即便是可行，查詢速度也不堪忍受14

IP協(xié)議簡介—IP地址和MAC地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸過程舉例IPAMACR68686767終端AMACA終端B56566767路由器R1以太網(wǎng)PSTNModemIPR11IPBIPR12目的地第一跳IPB

IPR11目的地下一跳IPB直接MACAMACR數(shù)據(jù)IPBIPAMAC幀控制字段IP分組數(shù)據(jù)IPBIPAPPP幀IP分組逐跳轉(zhuǎn)發(fā)：每一跳根據(jù)IP分組上的目的地址確定下一跳，每一跳只負(fù)責(zé)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)较乱惶?，IP分組在傳輸中始終不變將IP分組（含有源和目的IP地址）數(shù)據(jù)封裝成MAC幀或PPP幀由實際的傳輸網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)從當(dāng)前跳傳輸?shù)较乱惶鳬P分組經(jīng)過不同的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸時，路由器需封裝成傳輸網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)格式（執(zhí)行接收→解封裝→重新封裝→發(fā)送）15

IP協(xié)議簡介—IP地址和MAC地址IP地址（類似于通信地址），網(wǎng)絡(luò)層上使用的地址，是一種可配置的（服務(wù)商提供）、層次化的編址MAC地址（類似于人的姓名），數(shù)據(jù)鏈路層上使用的地址，是一種靜態(tài)的（網(wǎng)卡內(nèi)置）、非結(jié)構(gòu)化的編址IP地址和MAC地址之間的聯(lián)系：IP地址屏蔽了下層網(wǎng)絡(luò)的物理地址而非替代。物理地址是必不可少的，因為只有通過物理地址才能找到節(jié)點(diǎn)設(shè)備的接口，將數(shù)據(jù)最終送到物理設(shè)備的接口上ARP協(xié)議16

問題：主機(jī)或路由器怎樣知道應(yīng)當(dāng)在以太網(wǎng)幀的首部填入什么樣的MAC地址當(dāng)前節(jié)點(diǎn)A要將數(shù)據(jù)發(fā)送給下一跳節(jié)點(diǎn)B，只有它們的IP地址信息是不夠的，交換機(jī)是不能識別IP數(shù)據(jù)包的，因此需要將IP數(shù)據(jù)包封裝成幀在將IP數(shù)據(jù)報封裝成以太網(wǎng)幀前，必須先獲取連接在同一廣播域上的當(dāng)前節(jié)點(diǎn)A和下一跳節(jié)點(diǎn)B的MAC地址，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)A的MAC地址可以直接從安裝的網(wǎng)卡中讀取問題是如何知道下一跳節(jié)點(diǎn)的IP地址的前提下如何獲取下一跳節(jié)點(diǎn)的MAC地址，這正是ARP的作用ARP作用ARP協(xié)議17

ARP作用ARP協(xié)議的基本功能就是通過目標(biāo)設(shè)備的IP地址，查詢目標(biāo)設(shè)備的MAC地址，以保證通信的順利進(jìn)行，更為簡單的功能描述是….交換機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)利用MAC進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以太網(wǎng)中一個主機(jī)和另一個主機(jī)進(jìn)行直接通信，必須要知道目標(biāo)主機(jī)的MAC地址路由器各網(wǎng)絡(luò)間利用IP地址進(jìn)行尋址轉(zhuǎn)發(fā)ARP協(xié)議18

ARP的工作過程ARP是借助ARP請求與ARP響應(yīng)兩種類型的包確定MAC地址的IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C希望與主機(jī)B進(jìn)行通信A發(fā)送ARP廣播包詢問B的MAC地址C收到后丟棄此包B收到后將主機(jī)A的MAC地址收藏，并給回應(yīng)告訴A，自己的MAC地址交換機(jī)廣播該ARP數(shù)據(jù)包交換機(jī)ARP協(xié)議19

ARP的工作過程２．由于是廣播地址，網(wǎng)絡(luò)中的所有終端都接收請求幀，根據(jù)請求幀中給出的IP地址確定自己是否是目的終端。目的終端回復(fù)MAC地址FCS數(shù)據(jù)IPAMACAIPBMACBARPMACBMACA單播目的MAC地址源MAC地址１．終端A廣播ARP請求幀，請求幀中給出終端B的IP地址FCS數(shù)據(jù)IPAMACAIPB?ARPMACAFF-FF-FF-FF-FF-FFARP緩存區(qū)IPAMACAARP緩存區(qū)IPBMACB終端AIPAMACA服務(wù)器BIPBMACB以太網(wǎng)ARP協(xié)議20

ARP的工作過程進(jìn)入DOS命令行界面arp命令格式及參數(shù)如下：

格式：arp[參數(shù)][主機(jī)IP地址][MAC地址]

參數(shù)：

-a：顯示本機(jī)與該接口相關(guān)的arp緩存項。 -s：向arp緩存中人工加入一條靜態(tài)項目。 -d：刪除一條靜態(tài)項目。

運(yùn)行實例：

ARP協(xié)議21

ARP的應(yīng)用方式ARP地址查詢完成后，交換機(jī)將利用這一MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C希望與主機(jī)B進(jìn)行通信在數(shù)據(jù)鏈路層封裝主機(jī)B的MACB收到后將主機(jī)A的MAC地址收藏，并給回應(yīng)告訴A，自己的MAC地址交換機(jī)利用MAC地址找到轉(zhuǎn)發(fā)端口交換機(jī)ARP協(xié)議22

ARP協(xié)議應(yīng)用值得注意的幾個問題ARP只能在同一個廣播域內(nèi)作用，意味著下一跳和當(dāng)前結(jié)點(diǎn)必須屬于同一個廣播域ARP的另一個作用是：測試IP地址是否重復(fù)ARP特有的工作機(jī)制（廣播和任何終端都可以偽造用于地址解析的以太網(wǎng)幀隨時可以進(jìn)行發(fā)送）可能引發(fā)一些安全問題2層廣播幀是不能被三層設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的，如果目的主機(jī)和源主機(jī)不在同一LAN（廣播域）中，怎么實現(xiàn)ARP的解析功能采用代理ARP的路由器可將ARP請求轉(zhuǎn)發(fā)給鄰近的網(wǎng)段。兩個以上網(wǎng)段的節(jié)點(diǎn)之間可以像在同一個網(wǎng)段中一樣進(jìn)行通信。IP：172.16.1.2IP：172.16.2.1希望解析主機(jī)172.16.1.3的MAC地址發(fā)現(xiàn)解析的地址與主機(jī)A在同一網(wǎng)絡(luò)，丟棄該包路由器希望解析主機(jī)B的MAC地址主機(jī)B和A不在同一網(wǎng)絡(luò)。但路由器知道B在哪，于是給A響應(yīng)自己的MAC地址，但I(xiàn)P地址仍然是B的主機(jī)A主機(jī)BIP：172.16.1.1ARP協(xié)議23

ARP的操作進(jìn)入DOS命令行界面查看IP地址和MAC地址的映射關(guān)系，執(zhí)行arp-a。將IP地址和MAC地址靜態(tài)綁定，執(zhí)行arp-s157.55.85.21200-aa-00-62-c6-09刪除IP地址和MAC地址的靜態(tài)綁定關(guān)系，執(zhí)行arp–d*如果ARP表中沒有映射關(guān)系或者映射關(guān)系不對，會造成斷網(wǎng)C:\>arp-a接口:192.168.212.111---0xbInternet地址物理地址類型

192.168.212.100-00-5e-00-01-fb動態(tài)

192.168.212.200-1c-25-dc-2e-61動態(tài)

192.168.212.300-16-36-bc-8a-76動態(tài)

192.168.212.4ec-a8-6b-8a-1c-ab動態(tài)

192.168.212.8d4-3d-7e-d0-e6-63動態(tài)

192.168.212.900-21-97-c2-51-b9動態(tài)ARP協(xié)議24

ARP的應(yīng)用方式ARP地址查詢完成后，交換機(jī)將利用這一MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主機(jī)A主機(jī)B主機(jī)C希望與主機(jī)B進(jìn)行通信在數(shù)據(jù)鏈路層封裝主機(jī)B的MACB收到后將主機(jī)A的MAC地址收藏，并給回應(yīng)告訴A，自己的MAC地址交換機(jī)利用MAC地址找到轉(zhuǎn)發(fā)端口交換機(jī)ICMP協(xié)議25

ICMP用于在IP主機(jī)、路由器之間傳遞控制消息，控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通、主機(jī)是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息1.網(wǎng)絡(luò)接口層2.網(wǎng)際層3.傳輸層4.應(yīng)用層IP面向無連接的不可靠盡力而為傳輸錯誤是難免的是否順利到達(dá)目標(biāo)主機(jī)，無法判斷ICMPICMP協(xié)議26

可以獲得網(wǎng)絡(luò)是否正常、設(shè)置是否有誤以及設(shè)備有何異常等信息，從而便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)上的問題診斷。錯誤診斷查詢服務(wù)擁塞控制路徑控制ICMP發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)B路由器B發(fā)現(xiàn)沒有到達(dá)主機(jī)B的路由信息，因此丟棄該包。返回主機(jī)不可達(dá)的ICMP報文路由器A路由器BICMP數(shù)據(jù)包主機(jī)A主機(jī)BInternetICMP協(xié)議27

ICMP報文類型

ICMP消息分為兩類：一類是ICMP差錯控制報文，即通知出錯原因的錯誤消息，另一類是ICMP詢問報文，即用于診斷的查詢消息。ICMP報文種類類型內(nèi)

容差錯報告報文3目標(biāo)不可達(dá)4源點(diǎn)抑制5重定向或改變路由9路由器公告10路由器請求11超時需要注意的是：ICMP報文不會直接傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層，需要將其封裝成IP數(shù)據(jù)報后傳遞給數(shù)據(jù)鏈路層，也就是說ICMP協(xié)議不能脫離IP協(xié)議而獨(dú)立存在ICMP協(xié)議28

ICMP的典型應(yīng)用—ping命令ping命令就是利用回應(yīng)請求／應(yīng)答ICMP報文來測試目的主機(jī)或路由器的可達(dá)性?？蓹z測的信息：遠(yuǎn)程設(shè)備是否可用包(packet)的丟失情況與遠(yuǎn)程主機(jī)通信的來回旅程的延遲目的設(shè)備的操作系統(tǒng)源與目的之間三層設(shè)備的數(shù)目pingC:\Users\jier>ping210.29.224.21正在Ping210.29.224.21具有32字節(jié)的數(shù)據(jù):來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=20msTTL=48來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=14msTTL=48來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=18msTTL=48來自210.29.224.21的回復(fù):字節(jié)=32時間=27msTTL=48Pingstatisticsfor192.168.224.21:Packets:Sent=4,Received=4,Lost=0(0%loss),Approximateroundtriptimesinmilli-seconds:Minimum=0ms,Maximum=1ms,Average=0msICMP協(xié)議29

ICMP的典型應(yīng)用—ping命令ping是如何工作的在超時前收到說明可達(dá)路由器A路由器B主機(jī)A主機(jī)BechorequestechoreplyPing的命令格式如下：ping[-t][-a][-ncount][-llength]{-jcomputer-list]}[-wtimeout]target-name選項選項含義-t連續(xù)發(fā)送和接收回送請求和應(yīng)答ICMP報文直到手動停止(CTR+Break：查看統(tǒng)計信息，CTR+C：停止ping命令)-a將IP地址解析為主機(jī)名-nCount發(fā)送回送請求ICMP報文的數(shù)量-lSize發(fā)送探測數(shù)據(jù)包的大小(默認(rèn)值為32Byte)-f不能分片(默認(rèn)為允許分片)-iTTL指定生存周期-wTimeout指定等待每個回送應(yīng)答的超時時間(以ms為單位，默認(rèn)值為1000)ICMP協(xié)議30

ICMP的典型應(yīng)用—tracert命令實現(xiàn)路由跟蹤tracert可以顯示出由執(zhí)行程序的主機(jī)到達(dá)特定主機(jī)之前歷經(jīng)多少路由器，確定數(shù)據(jù)包為到達(dá)目的地所必須經(jīng)過的有關(guān)路徑，并指明哪個路由器在浪費(fèi)時間。發(fā)送TTL為1的報文路由器A路由器B主機(jī)A主機(jī)B發(fā)送TTL為2的報文C:\WINDOWS>tracert-d172.16.2.65

Tracingrouteto172.16.2.65overamaximumof30hops:

1

<10ms

<10ms

<10ms

172.16.2.65

Tracecomplete.

ICMP協(xié)議31

ICMP的典型應(yīng)用實現(xiàn)路由跟蹤tracert命令格式及常見參數(shù)如下：格式：tracert[參數(shù)1][參數(shù)2]目標(biāo)主機(jī)參數(shù)： -d：不解析目標(biāo)主機(jī)地址。 -h：指定跟蹤的最大路由數(shù)，即經(jīng)過的最多主機(jī)