計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(六)網(wǎng)絡(luò)層(2.IP協(xié)議).ppt

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（六）關(guān)于網(wǎng)絡(luò)層（2.IP協(xié)議）,信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,重點(diǎn),IP協(xié)議 IP地址 IP子網(wǎng)和超網(wǎng) IP數(shù)據(jù)報(bào)格式 IP數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā) IP地址與MAC地址,一、IP協(xié)議,IP協(xié)議,設(shè)計(jì)目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連，并使系統(tǒng)具有良好的可擴(kuò)展性。 盡力（best-efforts）服務(wù)模型：網(wǎng)絡(luò)層只是盡最大努力將數(shù)據(jù)報(bào)從源節(jié)點(diǎn)傳向目的節(jié)點(diǎn)，但不保證數(shù)據(jù)報(bào)一定會無差錯(cuò)地到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，也不保證數(shù)據(jù)報(bào)的傳輸順序。 IP協(xié)議由兩部分組成： 編址方法及地址分配策略 數(shù)據(jù)報(bào)格式及對數(shù)據(jù)報(bào)的處理規(guī)則 兩個(gè)版本：IPv4和IPv6。,IP協(xié)議,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

2、套使用的還有四個(gè)協(xié)議： 地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolution Protocol) 反向地址解析協(xié)議 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol) 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol),網(wǎng)絡(luò)層的 IP協(xié)議及配套協(xié)議,各種應(yīng)用層協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)接口層,(HTTP, 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

3、,網(wǎng)絡(luò)層 （網(wǎng)絡(luò)層）,IGMP,IP協(xié)議,IP協(xié)議的特點(diǎn) IP協(xié)議是一種不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳送服務(wù)協(xié)議； IP協(xié)議是點(diǎn)-點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議； IP協(xié)議向傳輸層屏蔽了物理網(wǎng)絡(luò)的差異。,IP協(xié)議提供的服務(wù),IP協(xié)議提供的服務(wù)： 數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)報(bào)分片 報(bào)頭檢錯(cuò) 限制數(shù)據(jù)報(bào)壽命 利用選項(xiàng)支持功能擴(kuò)展 IP協(xié)議未提供的服務(wù) 數(shù)據(jù)檢錯(cuò) 可靠性 流量控制,5 4 3 2 1,主機(jī) H1,主機(jī) H2,R1,R4,R5,R2,R3,R1,R2,R3,H1,R5,H2,R4,間接交付,間接交付,間接交付,間接交付,間接交付,直接交付,分組在互聯(lián)網(wǎng)中的傳送,從網(wǎng)絡(luò)層看 IP數(shù)據(jù)報(bào)的傳送,如果我們只從網(wǎng)絡(luò)層考慮

4、問題，那么 IP數(shù)據(jù)報(bào)就可以想象是在網(wǎng)絡(luò)層中傳送。,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層,網(wǎng)絡(luò)層,IP數(shù)據(jù)報(bào),H1,R1,R2,R3,R4,R5,H2,二、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)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的 32 位的標(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

5、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。,2. 分類的 IP地址,IP地址與網(wǎng)絡(luò)接口相關(guān)聯(lián)，而不是與包含該接口的主機(jī)或路由器相關(guān)聯(lián)。 IPv4地址是一個(gè)32比特的數(shù)，通常用點(diǎn)分十進(jìn)制形式表示，如二進(jìn)制IP地址：11000001 00100000 11011000 00001001 用點(diǎn)分十進(jìn)制形式表示為：。 在最初的IP協(xié)議中，IP地址被分成A、B、C、D、E五類，以地址的最高幾位作為類型標(biāo)志，稱為基于類的編址。,點(diǎn)分十進(jìn)制記法,采

6、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 位的二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),2. 分類的 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)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 := , (4-1),:= 代表“定義為”,2. 分類的 IP地址,IP地址結(jié)構(gòu) IP地址采用分層結(jié)構(gòu)； IP地址是由網(wǎng)絡(luò)號（net ID）與主機(jī)號（host ID）兩部分組成的； 采用x.x.x.x的格式來表示，每個(gè)x為8位，每個(gè)

7、x的值為0255（例 如 19）； 源IP地址與目的IP地址，默認(rèn)網(wǎng)關(guān),net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 位,net-id 8 位,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 位,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 1,0,1,net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 位,net-id 8 位,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 位,B 類地址,

8、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 1,0,1,A 類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 net-id 為 1 字節(jié),net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 位,net-id 8 位,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 位,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 1,0,1,B 類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 net-id 為 2 字節(jié),net-id 24 位,host-id 24

9、位,net-id 16 位,net-id 8 位,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 位,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 1,0,1,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 位,net-id 16 位,net-id 8 位,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 位,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

10、 為 今 后 使 用,1 1 1 1,0,1,A 類地址的主機(jī)號字段 host-id 為 3 字節(jié),net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 位,net-id 8 位,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 位,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 1,0,1,B 類地址的主機(jī)號字段 host-id 為 2 字節(jié),net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 位,net-id 8 位,IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字

11、段,0,A 類地址,host-id 16 位,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 1,0,1,C 類地址的主機(jī)號字段 host-id 為 1 字節(jié),net-id 24 位,host-id 24 位,net-id 16 bit,net-id 8 位,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 位,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 1,0,1,D 類地址是多播地址,net-id

12、 24 位,host-id 24 位,net-id 16 bit,net-id 8 位,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 位,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 1,0,1,E 類地址保留為今后使用,基于類的編址,基于類的編址,0,network,host,A,B,C,D,class, to 55, to 55, to 55,224.

13、0.0.0 to 55,32 bits,“分類” 編址:,E, to 55,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) 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 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254,常用的三種類別的 IP地址:A類地址,A類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號長度為7位，主機(jī)號長度

14、為24位； A類地址是從：55(第一字節(jié)的數(shù)字范圍：0.127 七位二進(jìn)制的最大數(shù)字為127，既：1111111=127) 網(wǎng)絡(luò)號長度為7位，從理論上可以有27=128個(gè)網(wǎng)絡(luò)，但網(wǎng)絡(luò)號為全0和全1 （用十進(jìn)制表示為0與127）的兩個(gè)地址保留用于特殊目的，實(shí)際允許有 126 個(gè)不同的A類網(wǎng)絡(luò)； 由于主機(jī)號長度為24位，因此每個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)IP數(shù)理論上為224= 16 777 216，但主機(jī)IP為全0和全1的兩個(gè)地址保留用于特殊目的，實(shí)際允 許連接16 777 214個(gè)主機(jī)； A類IP地址結(jié)構(gòu)適用于有大量主機(jī)的大型網(wǎng)絡(luò)。,A類地址,常用的三種類別的 IP地

15、址:B類地址,B類IP地址的網(wǎng)絡(luò)IP長度為14位，主機(jī)IP長度為16位； B類IP地址是從：55(第一個(gè)字節(jié)的數(shù)字范圍： 128-128+63=128-191,六位二進(jìn)制的最大數(shù)字為63；既：111111=63 )； 由于網(wǎng)絡(luò)IP長度為14位，因此允許有214=16384個(gè)不同的B類網(wǎng)絡(luò) 由于主機(jī)IP長度為16位，因此每個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)可以有216=65536個(gè)主機(jī)或路由 器，實(shí)際一個(gè)B類IP地址允許連接65534個(gè)主機(jī)或路由器； B類IP地址適用于一些國際性大公司與政府機(jī)構(gòu)等中等大小的組織使用。,B類地址,常用的三種類別的 IP地址:C類地址,C類IP地

16、址的網(wǎng)絡(luò)號長度為21位，主機(jī)號長度為8位； C類IP地址是從：55(第一個(gè)字節(jié)的數(shù)字范圍： 128+64-192+31=192-223 五位二進(jìn)制的最大數(shù)字為31；既11111=31) 網(wǎng)絡(luò)號長度為21位，因此允許有221=2097152個(gè)不同的C類網(wǎng)絡(luò)； 主機(jī)號長度為8位，每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)地址數(shù)最多為28=256個(gè)，實(shí)際允許連 接254個(gè)主機(jī)或路由器； C類IP地址適用于一些小公司與普通的研究機(jī)構(gòu)。,C類地址,IP地址的一些重要特點(diǎn)（1）,(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

17、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），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）,(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)稱為多歸屬主機(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)），

18、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）,(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。,一些特殊的IP地址,網(wǎng)絡(luò)號或主機(jī)號為0或-1的地址是特殊地址，從不分配給某個(gè)單獨(dú)的主機(jī)： 具有有效的網(wǎng)絡(luò)號但主機(jī)號全為0的地址保留給網(wǎng)絡(luò)本身； 具有有效的網(wǎng)絡(luò)號但主機(jī)號全為1的地址保留作為定向廣播，即在網(wǎng)絡(luò)號指定的網(wǎng)絡(luò)中廣播； 32位全1的地址稱為本地廣播地址，表示僅在發(fā)送節(jié)點(diǎn)所在的網(wǎng)絡(luò)中廣播； 3

19、2位全0的地址指示本機(jī)； 網(wǎng)絡(luò)號為0但主機(jī)號有效的地址指代本網(wǎng)中的主機(jī)； 形如127.xx.yy.xx的地址保留作為回路測試，發(fā)送到這個(gè)地址的分組不輸出到線路上，而是送回內(nèi)部的接收端。,一些特殊的IP地址（1）,一些特殊的地址：全0表示本網(wǎng)絡(luò)或者本主機(jī)，而全1則 表示廣播地址 本地廣播地址：55 （只用于目的地址，只在本網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣播，各路由器均不轉(zhuǎn)發(fā)） 直接廣播地址：主機(jī)部分全1，55（只用于目的地址，對net-id上的所有主機(jī)進(jìn)行廣播） 本網(wǎng)中的主機(jī)：00（分組被限制在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，由特定的主機(jī)號對應(yīng)的主機(jī)接收該分組） 1

20、27.x.x.x：回送地址（用于網(wǎng)絡(luò)軟件測試和本地進(jìn)程間通信）TCP/IP協(xié)議規(guī)定：含網(wǎng)絡(luò)號為127的分組不能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上， 主機(jī)和路由器不能為該地址廣播任何尋址信息。 本機(jī)地址：全0， （只用于源地址） 常用于代表缺省網(wǎng)絡(luò)，在路由器表中用于構(gòu)造缺省路徑。 本網(wǎng)絡(luò)： ,一些特殊的IP地址（2）,專用地址(private address,) ：這些地址永遠(yuǎn)不出現(xiàn)在Internet中, RFC 1918 A類：-55 16個(gè)B類地址：-55 256個(gè)C類地址：1

21、-55 虛擬專用網(wǎng)VPN(Virtual Private Network),3. 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

22、,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,3. 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,,,,,222.1.3.

23、3,,,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,3. 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,,,222.1.2.,,,222.

24、1.5.2,,,,,,,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,3. 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP地址,B,222.1.1.,,,,,R1,,,,

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,3. 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP地址,B,222.1.1.,,,,222.1.1.

26、4,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。,3. 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP地址,B,222.1.1.,22

27、,,,,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)

28、號的 IP地址。,3. 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,互聯(lián)網(wǎng),路由器總

29、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。,3. 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

30、.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)” ?，F(xiàn)在常不指明 IP地址。,IP,IP地址分類練習(xí),IP地址,地址類別,網(wǎng)絡(luò)比特,主機(jī)比特,,00,4,,6,20,A,,,B,,00,C,,4,C,,0.0

31、.0.2,B,,6,不存在的,IP地址,三、子網(wǎng)和超網(wǎng),子網(wǎng)和超網(wǎng)的基本概念,為什么要研究子網(wǎng)和超網(wǎng)? IP地址的有效利用率問題 路由器的工作效率問題 子網(wǎng)（subnet） 將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)，而每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有其自己的子網(wǎng)地址； 超網(wǎng)（supernet） 將一個(gè)組織所屬的幾個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)合并成為一個(gè)更大地址范圍的邏輯網(wǎng)絡(luò)。,1. 子網(wǎng)（subnet）,劃分子網(wǎng)的方法： 將主機(jī)號進(jìn)一步劃分成子網(wǎng)號和主機(jī)號，通過選擇合適的子網(wǎng)號長度，可以靈活控制子網(wǎng)的規(guī)模。 每個(gè)節(jié)點(diǎn)要配置子網(wǎng)掩碼 (subnet mask)，子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32比特的數(shù)，只是對應(yīng)

32、主機(jī)號的位上都為0；將IP地址與子網(wǎng)掩碼相與，即可獲得地址前綴。 子網(wǎng)內(nèi)的路由器負(fù)責(zé)在子網(wǎng)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)分組，而子網(wǎng)間的轉(zhuǎn)發(fā)由主路由器完成。,子網(wǎng)的例子,4.3.1 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

33、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)位作為子網(wǎng)號 subnet-id，而主機(jī)號 host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。 IP地址 := , , (4-2),劃分子網(wǎng)的基本思路,凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個(gè)主機(jī)的 IP數(shù)據(jù)報(bào)，仍然是根據(jù) IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的網(wǎng)絡(luò)號 net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器。 然后此路由器在收到 IP數(shù)據(jù)報(bào)后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號 net-id 和子網(wǎng)號 subnet-id 找到目的子網(wǎng)。 最后就將 IP數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī)。,劃分子網(wǎng)的基本思路（續(xù)）,0,1,14

34、01,4,5,6,3,,,所有到網(wǎng)絡(luò) 的分組均到達(dá)此路由器,我的網(wǎng)絡(luò)地址 是 ,R1,R3,R2,一個(gè)未劃分子網(wǎng)的 B 類網(wǎng)絡(luò),劃分為三個(gè)子網(wǎng)后對外仍是一個(gè)網(wǎng)絡(luò),0,1,01,4,5,6,3,,,子網(wǎng) 145.1

35、3.21.0,子網(wǎng) ,子網(wǎng) ,所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) 的分組均到達(dá) 此路由器,網(wǎng)絡(luò) ,R1,R3,R2,當(dāng)沒有劃分子網(wǎng)時(shí)，IP地址是兩級結(jié)構(gòu)。 劃分子網(wǎng)后 IP地址就變成了三級結(jié)構(gòu)。 劃分子網(wǎng)只是把 IP地址的主機(jī)號 host-id 這部分進(jìn)行再劃分，而不改變 IP地址原來的網(wǎng)絡(luò)號 net-id。,劃分子網(wǎng)后變成了三級結(jié)構(gòu),從一個(gè) IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。 使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP地址中的子網(wǎng)部分。,2. 子網(wǎng)掩碼,IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼,1

36、45 . 13 .,3 . 10,兩級 IP地址,子網(wǎng)號為 3 的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號,三級 IP地址,主機(jī)號,子網(wǎng)掩碼,net-id,host-id,子網(wǎng)的 網(wǎng)絡(luò)地址,0,net-id,subnet-id,host-id,145 . 13 .,145 . 13 . 3,3 . 10,(IP地址) AND (子網(wǎng)掩碼) =網(wǎng)絡(luò)地址,網(wǎng)絡(luò)號 net-id,主機(jī)號 host-id,兩級 IP地址,網(wǎng)絡(luò)號,三級 IP地址,主機(jī)號,子網(wǎng)號,子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)的 網(wǎng)絡(luò)地址,net-id,subnet-id,0,逐位進(jìn)行 AND 運(yùn)算,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

37、 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,1 1 1 1 1 1 1 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,net-id,net-id,host-id 為全 0,net-id,網(wǎng)絡(luò)地址,A 類 地 址,默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 ,網(wǎng)絡(luò)地址,B 類 地 址,默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 ,網(wǎng)絡(luò)地址,C 類 地 址,默認(rèn)子網(wǎng)掩碼 ,host-id 為全 0,host-i

38、d 為全 0,默認(rèn)子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)掩碼是一個(gè)重要屬性,子網(wǎng)掩碼是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)子網(wǎng)的重要屬性。 路由器在和相鄰路由器交換路由信息時(shí)，必須把自己所在網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的子網(wǎng)掩碼告訴相鄰路由器。 路由器的路由表中的每一個(gè)項(xiàng)目，除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址外，還必須同時(shí)給出該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。 若一個(gè)路由器連接在兩個(gè)子網(wǎng)上就擁有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和兩個(gè)子網(wǎng)掩碼。,141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0,【例】已知 IP地址是 4，子網(wǎng)掩碼是 。試求網(wǎng)絡(luò)地址。,(a

39、) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP地址,(c) 子網(wǎng)掩碼是 ,0 0 0 0 0 0 0 0,141 . 14 .,72 . 24,141 . 14 .,64 . 0,. 0,0 1 0 0 1 0 0 0,141 . 14 .,. 24,(b) IP地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制,(d) IP地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與,(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）,141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0,【例】在上例中，若子網(wǎng)掩碼改為。試求網(wǎng)絡(luò)地址，討論所得

40、結(jié)果。,(a) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP地址,(c) 子網(wǎng)掩碼是 ,0 0 0 0 0 0 0 0,141 . 14 .,72 . 24,141 . 14 .,64 . 0,. 0,0 1 0 0 1 0 0 0,141 . 14 .,. 24,(b) IP地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制,(d) IP地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與,(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）,不同的子網(wǎng)掩碼得出相同的網(wǎng)絡(luò)地址。 但不同的掩碼的效果是不同的。,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（1）,多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)（子網(wǎng)）共享一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)地址空間 IP地址主機(jī)部分的一些比特作為子網(wǎng)號 三層層次結(jié)構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)號子網(wǎng)ID

41、主機(jī)ID 只有本地路由器知道子網(wǎng)的存在 本地路由器通過子網(wǎng)掩碼來截取子網(wǎng)號 同一個(gè)子網(wǎng)中所有的主機(jī)須使用相同的子網(wǎng)號 子網(wǎng)的概念可應(yīng)用在A、B、C類IP地址中。子網(wǎng)間的距離須近。,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（2）,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（3）,子網(wǎng)掩碼的概念 子網(wǎng)掩碼表示方法：網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)號置1，主機(jī)號置0。,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（4）,Network,Host,66,,172,16,0,0,10101100,11111111,10101100,00010000,11111111,00010000,00000000,0000

42、0000,10100110,00000000,00000000,正常使用掩碼所得的網(wǎng)絡(luò)段號,00000010,轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制的網(wǎng)絡(luò)號：,0 0 2 166,之差計(jì)算出主機(jī)序號地址：,通過對應(yīng)位與計(jì)算而得：,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（5）,Network,Host,172.16.2. 166,,172,16,2,0,Subnet,11111111,11111111,00000000,11111111,10101100,10101100,00010000,00010000,00000010,10100110,00000000,00000010,產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)地址：,Su

43、bnet:,0 0 0 166,主機(jī)序號地址：,帶有子網(wǎng)網(wǎng)掩碼的絡(luò)段,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（6）,主機(jī) IP地址: 66 網(wǎng)絡(luò)掩碼: ,子網(wǎng)劃分時(shí)，子網(wǎng)號的位數(shù)不一定是8的整數(shù)倍 本網(wǎng)段主機(jī)可用地址范圍= 54 主機(jī)號為全0，用來表示子網(wǎng)地址，全1，表示子網(wǎng)廣播地址,Network,Subnet,Host,172,16,2,0,66:,,10101100,11111111,產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)地址：,10101100,00010000,00010000,1111

44、1111,00000010,00000010,11111111,10100110,00000000,00000000,Subnet:,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法（7）,Network,Host,204 . 16 . 2 . 166,255.255. 255. 248,204,16,2,160,Subnet,11111111,11111111,11111000,11111111,11001100,11001100,00010000,00010000,00000010,10100110,10100000,00000010,Subnet:,0 0 0 6,在C網(wǎng)段產(chǎn)生的子網(wǎng)絡(luò),產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)地址：

45、,主機(jī)序號地址：,子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法(8),在C網(wǎng)段產(chǎn)生的子網(wǎng)絡(luò),主機(jī)所在網(wǎng)絡(luò)地址 = 60 本網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)號 = 0 . 0 . 0 . 6 本網(wǎng)段主機(jī)可用地址范圍= 6166 此網(wǎng)中的廣播地址 = 67,子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,例：一個(gè)大型跨國公司的管理者從網(wǎng)絡(luò)管理中心獲得一個(gè)A類IP地址，需要劃分1000個(gè)子網(wǎng)。 分析：該公司需要有1 000個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，加上子網(wǎng)號全 0 和全1的兩種特殊地址，子網(wǎng)數(shù)量至少為1002； 選擇子網(wǎng)號的位長為10，可以用來分配的子網(wǎng)最多為1024

46、，滿足用戶要求。,子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,A類地址子網(wǎng)劃分后的結(jié)構(gòu),子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,劃分子網(wǎng)后的地址范圍,子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,劃分子網(wǎng)后的網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu),子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,如何根據(jù)主機(jī)的IP地址判斷是否屬于同一個(gè)子網(wǎng)？ 在劃分子網(wǎng)的情況下，判斷兩臺主機(jī)是不是在同一個(gè)子網(wǎng)中，看它們的網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)地址是不是相同。 實(shí)例： 主機(jī)1的IP地址為1 主機(jī)2的IP地址為10 子網(wǎng)掩碼為92 判斷它們是不是在同一個(gè)子網(wǎng)上。,子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,主機(jī)1的IP地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算： 主機(jī)2的IP地址與

47、子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算：,子網(wǎng)規(guī)劃與地址空間劃分舉例,子網(wǎng)掩碼的使用練習(xí),IP主機(jī)地址,類別,網(wǎng)絡(luò)地址,最大主機(jī)地址,0,48,子網(wǎng)掩碼,,,3,52,7,,C,6,3,A,,55,B,2,5,C,,55,IP編址問題的演進(jìn)

48、1987 年，RFC 1009 就指明了在一個(gè)劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)使用幾個(gè)不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長子網(wǎng)掩碼 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可進(jìn)一步提高 IP地址資源的利用率。 在 VLSM 的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。,3. 無類域間路由CIDR,劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇 到的困難。然而在 1992 年因特網(wǎng)仍然面臨三個(gè)必 須盡早解決的問題，這就是： B 類地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3

49、月全部分配完畢！ 因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項(xiàng)目數(shù)急劇增長（從幾千個(gè)增長到幾萬個(gè)）。 整個(gè) IPv4 的地址空間最終將全部耗盡。,3. 無類域間路由CIDR,3. 無類域間路由CIDR,分類編址方案的缺陷 地址分級不合理，B類網(wǎng)絡(luò)太大造成地址浪費(fèi)，而C類網(wǎng)絡(luò)太小又不實(shí)用； 路由表規(guī)模呈爆炸式增長，不僅占用太多的內(nèi)存，也會在交換路由信息時(shí)消耗太多的帶寬。 CIDR的基本思想是拋棄類的概念， 按照實(shí)際需要的地址數(shù)量而不是類來分配地址空間，提高地址分配的效率； 允許將若干條路由聚合（aggregate）成一條路由，減小路由表的規(guī)模。 采用CIDR后，IP地址查找應(yīng)采用最長前綴匹配,CIDR 消除了傳

50、統(tǒng)的 A 類、B 類和 C 類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空間。 CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。 IP地址從三級編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級編址。,3. 無類域間路由CIDR,3. 無類域間路由CIDR,CIDR最主要的特點(diǎn)有兩個(gè)： (1)CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念。使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴” 來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。 CIDR使用“斜線記法”，即在IP地址后面加一 個(gè)斜線“”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特?cái)?shù)(這個(gè)數(shù)位對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中比

51、特1的個(gè)數(shù))。例如，420，表示在這個(gè)32bit的IP地址中，前20bit表示網(wǎng)絡(luò)前綴，而后面的12bit為主機(jī)號。,3. 無類域間路由CIDR,(2)CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成CIDR地址塊”。 例如：20表示的地址塊共有212個(gè)地址 最小地址 l 0000000 00001110 00100000 00000000 最大地址 55 10000000 00001110 00l 01111 11111111 路由表中利用CIDR地址塊來查找目的網(wǎng)絡(luò)。這種地址的聚合常稱為路由聚合，它使得路

52、由表中的個(gè)項(xiàng)目可以表示很多個(gè)原來傳統(tǒng)分類地址的路由。路由聚合也稱為構(gòu)成超網(wǎng)。 CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞。對于/20地址塊，它的掩碼是： 111111111 11111111 11110000 00000000(20個(gè)連續(xù)的1)。,無分類的兩級編址的記法是： IP地址 := , (4-3) CIDR還使用“斜線記法”(slash notation)，它又稱為CIDR記法，即在 IP地址面加上一個(gè)斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的位數(shù)（這個(gè)數(shù)值對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中 1 的個(gè)數(shù)）。 CIDR把網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的 IP地址組成“CIDR 地址塊”。,無分類的兩級編

53、址,CIDR 地址塊,/20 表示的地址塊共有 212 個(gè)地址（因?yàn)樾本€后面的 20 是網(wǎng)絡(luò)前綴的位數(shù)，所以這個(gè)地址的主機(jī)號是 12 位）。 這個(gè)地址塊的起始地址是 。 在不需要指出地址塊的起始地址時(shí)，也可將這樣的地址塊簡稱為“/20 地址塊”。 /20 地址塊的最小地址： /20 地址塊的最大地址：55 全 0 和全 1 的主機(jī)號地址一般不使用。,/20 表示的地址（212 個(gè)地址）,10000000 00001110 00100000 0

54、0000000 10000000 00001110 00100000 00000001 10000000 00001110 00100000 00000010 10000000 00001110 00100000 00000011 10000000 00001110 00100000 00000100 10000000 00001110 00100000 00000101 10000000 00001110 00101111 11111011 10000000 00001110 00101111 11111100 10000000 00001110 00101111 11111101 1000

55、0000 00001110 00101111 11111110 10000000 00001110 00101111 11111111,所有地址 的 20 位 前綴都是 一樣的,CIDR 記法的其他形式,/10 可簡寫為 10/10，也就是把點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的 0 省略。 /10 隱含地指出 IP地址 的掩碼是 。此掩碼可表示為 11111111 11000000 00000000 00000000,CIDR 記法的其他形式,/10 可簡寫為 10/10，也就是將點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的 0 省略。 /10 相當(dāng)于指出 IP地址 的掩碼是 ，即 11111111 11000000 00000000 00000000 網(wǎng)絡(luò)前綴的后面加一個(gè)星號 * 的表示方法 如 00001010 00*，在星號 * 之前是網(wǎng)絡(luò)前綴，而星號 * 表示 IP地址中的主機(jī)號