CH6 網(wǎng)絡(luò)互連.ppt

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),第 6 章 網(wǎng)絡(luò)互連,第 6 章 網(wǎng)絡(luò)互連,*6.1 路由器在網(wǎng)際互連中的作用 6.1.1 路由器的構(gòu)成 6.1.2 交換構(gòu)件 6.1.3 互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng) *6.2 因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議 IP 6.2.1 分類的 IP地址 6.2.2 IP 地址與硬件地址 6.2.3 地址解析協(xié)議 ARP 和逆地址解析協(xié)議 RARP 6.2.4 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式 6.2.5 IP 層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程,第 6 章 網(wǎng)絡(luò)互連（續(xù)）,*6.3 劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng) 6.3.1 劃分子網(wǎng) 6.3.2 使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程 6.3.3 無分類編址 CIDR *6.4 因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議 ICMP *6.5

2、 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議 6.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念 6.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 RIP 6.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 OSPF 6.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP,第 6 章 網(wǎng)絡(luò)互連（續(xù)）,6.6 IP 多播和因特網(wǎng)組管理協(xié)議 IGMP 6.6.1 IP 多播的基本概念 6.6.2 因特網(wǎng)組管理協(xié)議 IGMP 6.6.3 多播路由選擇 *6.7 虛擬專用網(wǎng) VPN 和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 NAT 6.8 下一代的網(wǎng)際協(xié)議 IPv6 (IPng) *6.8.1 解決 IP 地址耗盡的措施 *6.8.2 IPv6 的基本首部 6.8.3 IPv6 的擴(kuò)展首部 6.8.4 IPv6 的地址空間 6

3、.8.5 從 IPv4 到 IPv6 的過渡 6.8.6 ICMPv6,6.1 路由器在網(wǎng)際互連中的作用,6.1.1 路由器的構(gòu)成 當(dāng)主機(jī) A 要向另一個(gè)主機(jī) B 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，先要檢查目的主機(jī) B 是否與源主機(jī) A 連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。 如果是，就將數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī) B 而不需要通過路由器。 但如果目的主機(jī)與源主機(jī) A 不是連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，則應(yīng)將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器，由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)路由器。這就叫作間接交付。,直接交付和間接交付,間接交付,間接交付,間接交付,A,B,C,直接交付,直接交付,直接交付不需要使用路由器 但間接交付就必須使

4、用路由器,典型的路由器的結(jié)構(gòu),路由 選擇,路由選擇處理機(jī),路由選擇協(xié)議,路由表,3,輸入端口,3,交換結(jié)構(gòu),輸入端口,輸出端口,分組 轉(zhuǎn)發(fā),轉(zhuǎn)發(fā)表,分組處理,輸出端口,1,1,1,3,3,1,2,2,2,2,3網(wǎng)絡(luò)層 2數(shù)據(jù)鏈路層 1物理層,“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別,“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。 “路由選擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?情況，動(dòng)態(tài)地改變所選擇的路由。 路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。 在討論路由選擇的原理時(shí)，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和

5、路由表的區(qū)別，,輸入端口對線路上收到的分組的處理,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢?，將分組送到網(wǎng)絡(luò)層的隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。這會產(chǎn)生一定的時(shí)延。,物理層處理,數(shù)據(jù)鏈路層 處理,網(wǎng)絡(luò)層處理 分組排隊(duì),交 換 結(jié) 構(gòu),輸入端口的處理,從 線 路 接 收 分 組,查表和轉(zhuǎn)發(fā),輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來的分組發(fā)送到線路,當(dāng)交換結(jié)構(gòu)傳送過來的分組先進(jìn)行緩存。數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路。,物理層處理,數(shù)據(jù)鏈路層 處理,網(wǎng)絡(luò)層處理 分組排隊(duì),輸出端口的處理,向 線 路 發(fā) 送 分 組,緩存管理,交 換 結(jié) 構(gòu),分組丟棄,若路由器處理分組的速率趕不上分組進(jìn)入隊(duì)列的速率，

6、則隊(duì)列的存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進(jìn)入隊(duì)列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。 路由器中的輸入或輸出隊(duì)列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。,6.1.2 交換結(jié)構(gòu),I1,I3,I2,O1,O2,存 儲 器,I1,I3,I2,O1,O2,I1,I3,I2,O1,O3,(a) 通過存儲器,(c) 通過互連網(wǎng)絡(luò),(b) 通過總線,總線,互連網(wǎng)絡(luò),O3,O3,互連在一起的網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信，會遇到許多問題需要解決，如： 不同的尋址方案 不同的最大分組長度 不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制 不同的超時(shí)控制 不同的差錯(cuò)恢復(fù)方法 不同的狀態(tài)報(bào)告方法 不同的路由選擇技術(shù) 不同的用戶接入控制 不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和

7、無連接服務(wù)） 不同的管理與控制方式,6.1.3 互聯(lián)網(wǎng)與因特網(wǎng),中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。 物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。 數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。 網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。 網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。 網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。,網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備,當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時(shí)，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。 互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。 由于歷史的原因，許多有關(guān) TCP/

8、IP 的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。,網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器,互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò),(a) 互連網(wǎng)絡(luò),(b) 虛擬互連網(wǎng)絡(luò),路由器,虛擬互連網(wǎng)絡(luò) （IP 網(wǎng)）,虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義,所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。 使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡稱為 IP 網(wǎng)。 使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。,名詞 internet 和 In

9、ternet,以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的虛擬網(wǎng)絡(luò)。 以大寫字母 I 開始的的 Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族，且其前身是美國的 ARPANET。,6.2 因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議 IP,網(wǎng)際協(xié)議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一 。與 IP 協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議： 地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolution Protocol) 逆地址解析協(xié)議 RARP (Reverse A

10、ddress Resolution Protocol) 因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol) 因特網(wǎng)組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol),網(wǎng)際協(xié)議 IP 及其配套協(xié)議,各種應(yīng)用層協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)接口層,(TELNET, FTP, SMTP 等),物理硬件,運(yùn)輸層,TCP, UDP,應(yīng)用層,ICMP,IP,RARP,ARP,與各種網(wǎng)絡(luò)接口,網(wǎng)際層,IGMP,6.2.1 分類的 IP 地址1. IP 地址及其表示方法,我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP 地址就是給每個(gè)

11、連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是惟一的 32 bit 的標(biāo)識符。 IP 地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進(jìn)行分配,IP 地址的編址方法,分類的 IP 地址。這是最基本的編址方法，在 1981 年就通過了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。 子網(wǎng)的劃分。這是對最基本的編址方法的改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)RFC 950在 1985 年通過。 構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無分類編址方法。1993 年提出后很快就得到推廣應(yīng)用。,分類 IP 地址,每一類地址都由兩個(gè)固定長度的字段組成，其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)

12、號 net-id，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號 host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。 兩級的 IP 地址可以記為： IP 地址 := , (6-1),:= 代表“定義為”,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,net-id 24 bit,host-id 2

13、4 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 net-id 為 1 字節(jié),net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1

14、 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 net-id 為 2 字節(jié),net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,C 類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 net-id 為 3 字節(jié),net-id 24 bit,host-id 24 bit,

15、net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,A 類地址的主機(jī)號字段 host-id 為 3 字節(jié),net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,

16、多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,B 類地址的主機(jī)號字段 host-id 為 2 字節(jié),net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,C 類地址的主機(jī)號字段 host-id 為 1 字節(jié),net-id 24 bit,host-id 24 bit,net

17、-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,D 類地址是多播地址,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段,0,A 類地址,host-id 16 bit,B 類地址,C 類地址,0,1,1,D 類地址,1 1 1 0,多 播 地 址,E 類地址,保 留 為

18、 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,E 類地址保留為今后使用,路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的步驟,先按所要找的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號 net-id 把目的網(wǎng)絡(luò)找到。 當(dāng)分組到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)后，再利用主機(jī)號host-id 將數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī)。 按照整數(shù)字節(jié)劃分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一個(gè)分組時(shí)能夠更快地將地址中的網(wǎng)絡(luò)號提取出來。,點(diǎn)分十進(jìn)制記法,采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法 則進(jìn)一步提高可讀性,1,128 11 3 31,將每 8 bit 的二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),2. 常用的三種類別的 IP 地址,IP 地址的使用范圍,網(wǎng)絡(luò) 最大 第一個(gè)

19、最后一個(gè) 每個(gè)網(wǎng)絡(luò) 類別 網(wǎng)絡(luò)數(shù) 可用的 可用的 中最大的 網(wǎng)絡(luò)號 網(wǎng)絡(luò)號 主機(jī)數(shù) A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254,IP 地址的一些重要特點(diǎn),(1) IP 地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu)。分兩個(gè)等級的好處是： 第一，IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號，而剩下的主機(jī)號則由得到該網(wǎng)絡(luò)號的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。 第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號）

20、，這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間。,IP 地址的一些重要特點(diǎn),(2) 實(shí)際上 IP 地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。 當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的 IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號 net-id 必須是不同的。這種主機(jī)稱為多接口主機(jī)(multihomed host)。 由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的 IP 地址。,IP 地址的一些重要特點(diǎn),(3) 用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同

21、樣的網(wǎng)絡(luò)號 net-id。 (4) 所有分配到網(wǎng)絡(luò)號 net-id 的網(wǎng)絡(luò)，范圍很小的局域網(wǎng)，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng)，都是平等的。,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.

22、,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。 圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,

23、,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。 圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,222.1.

24、5.1,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。 圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,2

25、,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。 圖中的網(wǎng)絡(luò)號就是 IP 地址中的 net-id,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,

26、,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。 路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè) 不同網(wǎng)絡(luò)號的 IP 地址。,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222

27、.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。 路由器的每一個(gè)接口

28、都有一個(gè) 不同網(wǎng)絡(luò)號的 IP 地址。,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,

29、互聯(lián)網(wǎng),路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。 路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè) 不同網(wǎng)絡(luò)號的 IP 地址。,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,,,,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.

30、1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),兩個(gè)路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，則這一段連線就構(gòu)成了一種只包含一段線路的特殊“網(wǎng)絡(luò)” 。現(xiàn)在常不指明 IP 地址。,6.2.2 IP 地址與硬件地址,TCP 報(bào)文,IP 數(shù)據(jù)報(bào),MAC 幀,應(yīng)用層數(shù)據(jù),首部,首部,尾部,首部,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),通信的路徑 H1經(jīng)過 R1 轉(zhuǎn)發(fā)再經(jīng)過 R2 轉(zhuǎn)發(fā)H2,查找路由表,查找路由表,HA1,HA5,H

31、A4,HA3,HA6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數(shù)據(jù)報(bào),從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動(dòng),HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī)

32、H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數(shù)據(jù)報(bào),從虛擬的 IP 層上看 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的流動(dòng),HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,硬件地址,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域網(wǎng),局域網(wǎng),局域網(wǎng),IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數(shù)據(jù)報(bào),在鏈路上看 MAC 幀的流動(dòng),IP1,H

33、A1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數(shù)據(jù)報(bào),在 IP 層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到 IP 數(shù)據(jù)報(bào) 圖中的 IP1IP2 表示從源地址 IP1 到目的地址 IP2 兩個(gè)路由器的 IP 地址并不出現(xiàn)在 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部中,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),MAC 幀,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,MAC 幀,MAC 幀,IP 數(shù)據(jù)報(bào),路

34、由器只根據(jù)目的站的 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行路由選擇,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 數(shù)據(jù)報(bào),在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層 只能看見 MAC 幀而看不見 IP 數(shù)據(jù)報(bào),IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主機(jī) H1,主機(jī) H2,路由器 R1,IP 層上的互聯(lián)網(wǎng),IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 數(shù)據(jù)報(bào),IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復(fù)雜的細(xì)節(jié) 在抽象的網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用 統(tǒng)一的、抽象的 IP 地址 研究主

35、機(jī)和主機(jī)或主機(jī)和路由器之間的通信,6.2.3 地址解析協(xié)議 ARP 和逆地址解析協(xié)議 RARP,不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。 每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè) ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。 當(dāng)主機(jī) A 欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無主機(jī) B 的 IP 地址。如有，就可查出其對應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址。,A,Y,X,B,Z,主機(jī) B 向 A 發(fā)送

36、ARP 響應(yīng)分組,主機(jī) A 廣播發(fā)送 ARP 請求分組,ARP 請求,ARP 請求,ARP 請求,,,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是 ，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主機(jī) 的硬件地址,我是 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,,,00-00-C0-15-AD-18,ARP 高速緩存的作用,為了減少網(wǎng)絡(luò)上的通信量，主機(jī) A 在發(fā)送其 ARP 請求分組時(shí)，就將自己的

37、IP 地址到硬件地址的映射寫入 ARP 請求分組。 當(dāng)主機(jī) B 收到 A 的 ARP 請求分組時(shí)，就將主機(jī) A 的這一地址映射寫入主機(jī) B 自己的 ARP 高速緩存中。這對主機(jī) B 以后向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)就更方便了。,應(yīng)當(dāng)注意的問題,ARP 是解決同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射問題。 如果所要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個(gè)局域網(wǎng)上，那么就要通過 ARP 找到一個(gè)位于本局域網(wǎng)上的某個(gè)路由器的硬件地址，然后把分組發(fā)送給這個(gè)路由器，讓這個(gè)路由器把分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。剩下的工作就由下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)來做。,應(yīng)當(dāng)注意的問題,從IP地址到硬件地址的解析是自動(dòng)進(jìn)行的，主機(jī)的用戶對這種地址

38、解析過程是不知道的。 只要主機(jī)或路由器要和本網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)已知 IP 地址的主機(jī)或路由器進(jìn)行通信，ARP 協(xié)議就會自動(dòng)地將該 IP 地址解析為鏈路層所需要的硬件地址。,什么我們不直接使用硬件地址進(jìn)行通信？,由于全世界存在著各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，它們使用不同的硬件地址。要使這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互相通信就必須進(jìn)行非常復(fù)雜的硬件地址轉(zhuǎn)換工作，因此幾乎是不可能的事。 連接到因特網(wǎng)的主機(jī)都擁有統(tǒng)一的 IP 地址，它們之間的通信就像連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上那樣簡單方便，因?yàn)檎{(diào)用 ARP 來尋找某個(gè)路由器或主機(jī)的硬件地址都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行的，對用戶來說是看不見這種調(diào)用過程的。,逆地址解析協(xié)議 RARP,逆地址解析協(xié)議

39、 RARP 使只知道自己硬件地址的主機(jī)能夠知道其 IP 地址。 這種主機(jī)往往是無盤工作站。 因此 RARP協(xié)議目前已很少使用。,6.2.4 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式,一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。 首部的前一部分是固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。 在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的。,固 定 部 分,可變 部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1

40、,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP 數(shù)據(jù)報(bào),可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP 數(shù)據(jù)報(bào),首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服

41、 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,數(shù) 據(jù) 部 分,首 部,傳送,IP 數(shù)據(jù)報(bào),固 定 部 分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù)

42、 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字

43、段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,

44、服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部

45、 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,偏移 = 0/8 = 0,偏移 = 0/8 = 0,偏移 = 1400/8 = 175,偏移 = 2800/8 = 350,1400,2800,3799,2799,1399,3799,需分片的 數(shù)據(jù)報(bào),數(shù)據(jù)報(bào)片 1,首部,數(shù)據(jù)部

46、分共 3800 字節(jié),首部 1,首部 2,首部 3,字節(jié) 0,數(shù)據(jù)報(bào)片 2,數(shù)據(jù)報(bào)片 3,1400,2800,字節(jié) 0,IP 數(shù)據(jù)報(bào)分片的舉例,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類

47、型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,運(yùn)輸層,網(wǎng)絡(luò)層,首部,TCP,UDP,ICMP,IGMP,OSPF,數(shù) 據(jù) 部 分,IP 數(shù)據(jù)報(bào),首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,

48、3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,發(fā)送端,接收端,16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,數(shù) 據(jù) 報(bào) 首 部,IP 數(shù)據(jù)報(bào),16 bit,字 1,16 bit,字 2,16 bit,字 n,數(shù)據(jù)部分,首 部,0,4,8,16,19,24,31,版 本,標(biāo)志,生 存 時(shí) 間,協(xié) 議,標(biāo) 識,服 務(wù) 類 型,總 長 度,片 偏 移,填 充,首 部 檢 驗(yàn) 和,源 地 址,目 的 地 址,可 選 字 段 （長 度 可 變）,比特,首部長度,0,1,2,3,4,5,6,7,D,T,R,C,未用,優(yōu) 先 級,

49、數(shù) 據(jù) 部 分,比特,固 定 部 分,可變 部分,2. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分,IP 首部的可變部分就是一個(gè)選項(xiàng)字段，用來支持排錯(cuò)、測量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。 選項(xiàng)字段的長度可變，從 1 個(gè)字節(jié)到 40 個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。 增加首部的可變部分是為了增加 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的功能，但這同時(shí)也使得 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部長度成為可變的。這就增加了每一個(gè)路由器處理數(shù)據(jù)報(bào)的開銷。 實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。,6.2.5 IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程,路由器和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)有些區(qū)別： 路由器是用來連接不同的網(wǎng)絡(luò)，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)只是在一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)中工作。 路由器是專門用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)還可接

50、上許多個(gè)主機(jī)。 路由器使用統(tǒng)一的 IP 協(xié)議，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)使用所在廣域網(wǎng)的特定協(xié)議。 路由器根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址找出下一個(gè)路由器，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)則根據(jù)目的站所接入的交換機(jī)號找出下一跳（即下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)）。,網(wǎng) 1 ,網(wǎng) 4 ,網(wǎng) 3 ,網(wǎng) 2 ,,,,,,目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò),下一跳路由器的地址,,,,,,,直接交付，接口 1,直接交付，接口 0,路由器 R2 的

51、路由表,,,,,,,,鏈路 4,鏈路 3,鏈路 2,鏈路 1,R2,R3,R1,0,1,R2,R3,R1,在路由表中，對每一條路由，最主要的是 （目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址）,特定主機(jī)路由,這種路由是為特定的目的主機(jī)指明一個(gè)路由。 采用特定主機(jī)路由可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡(luò)和測試網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可在需要考慮某種安全問題時(shí)采用這種特定主機(jī)路由。,分組轉(zhuǎn)發(fā)算法,(1) 從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的站的 IP 地址 D, 得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為 N。 (2) 若網(wǎng)絡(luò) N 與此路由器直接相連，則直接

52、將數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的站 D；否則是間接交付，執(zhí)行(3)。 (3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。 (4) 若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N 的路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。 (5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6)。 (6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。,必須強(qiáng)調(diào)指出,IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的 IP 地址”。 當(dāng)路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)，不是將下一跳路由器的 IP 地址填入IP數(shù)據(jù)報(bào)，而是送交下層的網(wǎng)絡(luò)接口軟件。 網(wǎng)

53、絡(luò)接口軟件使用 ARP 負(fù)責(zé)將下一跳路由器的 IP 地址轉(zhuǎn)換成硬件地址，并將此硬件地址放在鏈路層的 MAC 幀的首部，然后根據(jù)這個(gè)硬件地址找到下一跳路由器。,6.3 劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)6.3.1 劃分子網(wǎng),1. 從兩級 IP 地址到三級 IP 地址 在 ARPANET 的早期，IP 地址的設(shè)計(jì)確實(shí)不夠合理。 IP 地址空間的利用率有時(shí)很低。 給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號會使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。 兩級的 IP 地址不夠靈活。,從 1985 年起在 IP 地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號字段”，使兩級的 IP 地址變成為三級的 IP 地址。 這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting) 。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。,三級的 IP 地址,劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。單位對外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。 從主機(jī)號借用若干個(gè)比特作為子網(wǎng)號 subnet-id，而主機(jī)號 host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)比特。 IP地址 := , , (6-2),劃分子網(wǎng)