计算机网络 网络层

null计算机网络 Computer Networks计算机网络 Computer Networks第 4 章 网络层本章最重要的内容本章最重要的内容(1) 理解网络层与网络互联的基本概念 (2) 掌握IP 地址与物理地址的关系 (3)掌握IP 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的基本内容 (4)掌握传统的分类的 IP 地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择 CIDR (5)掌握 路由选择协议的工作原理 (6)Internet控制报文协议ICMP与组管理协议IGMP 4.1 网络层提供的两种服务 4.1 网络层提供的两种服务 在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。 争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？ 电信网的成功经验 让网络负责可靠交付 电信网的成功经验 让网络负责可靠交付 面向连接的通信方式 建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。 如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。 虚电路服务虚电路服务应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层H1虚电路H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送虚电路是逻辑连接虚电路是逻辑连接虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。 请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。 因特网采用的设计思路因特网采用的设计思路网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。 尽最大努力交付的好处尽最大努力交付的好处由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。 如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。 采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。 因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。 数据报服务数据报服务应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层应用层 运输层 网络层 数据链路层 物理层H1IP 数据报丢失H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送null虚电路服务与数据报服务的对比4.2 网际协议IP 4.2 网际协议IP 网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。与 IP 协议配套使用的还有四个协议： 地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol) 逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol) 网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)网际层的 IP 协议及配套协议网际层的 IP 协议及配套协议各种应用层协议 网络接口层(HTTP, FTP, SMTP 等)物理硬件运输层TCP, UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层 （网际层）IGMP4.2.1 虚拟互连网络 4.2.1 虚拟互连网络 互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 需要解决，如： 不同的寻址 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 不同的最大分组长度 不同的网络接入机制 不同的超时控制 不同的差错恢复方法 不同的状态 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 方法 不同的路由选择技术 不同的用户接入控制 不同的服务（面向连接服务和无连接服务） 不同的管理与控制方式 网络互相连接起来 要使用一些中间设备 网络互相连接起来 要使用一些中间设备 中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。 物理层中继系统：转发器(repeater)。 数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)或交换机 （switch)。 网络层中继系统：路由器(router)。 网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。 网络层以上的中继系统：网关(gateway)。 网络互连使用路由器 网络互连使用路由器 当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。 网关由于比较复杂，目前使用得较少。 互联网都是指用路由器进行互连的网络。 由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关。 互连网络与虚拟互连网络 互连网络与虚拟互连网络 网络网络网络网络网络(a) 互连网络(b) 虚拟互连网络路由器 虚拟互连网络 （互联网）虚拟互连网络的意义 虚拟互连网络的意义 所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。 使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。 使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。 null5 4 3 2 1主机 H1 主机 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付分组在互联网中的传送 从网络层看 IP 数据报的传送 从网络层看 IP 数据报的传送 如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层中传送。网络层网络层网络层网络层网络层网络层网络层IP 数据报H1R1R2R3R4R5H24.2.2 分类的 IP 地址 1. IP 地址及其表示方法 4.2.2 分类的 IP 地址 1. IP 地址及其表示方法 我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。 IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 网络地址实际上是表示主机与网络的一个连接。 IP地址是一种分层的地址结构。IP 地址的编址方法 IP 地址的编址方法 分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 协议。 子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950]在 1985 年通过。 构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。分类 IP 地址 分类 IP 地址 每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。 两级的 IP 地址可以记为： IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>} (4-1)::= 代表“定义为”IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 bithost-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 位net-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 bitnet-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 IP 地址中的网络号字段和主机号字段 net-id 24 位host-id 24 位net-id 16 bitnet-id 8 位0A 类地址host-id 16 位B 类地址C 类地址011D 类地址1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101E 类地址保留为今后使用 点分十进制记法 点分十进制记法 采用点分十进制记法 则进一步提高可读性128.11.3.31 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数 转换为十进制数2. 常用的三种类别的 IP 地址 2. 常用的三种类别的 IP 地址 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络 类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 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特殊的IP地址特殊的IP地址[网络号，0] 表示指定的网络地址 [网络号，< -1 >] 广播地址 向指定的网络各主机发送数据报 [<-1 >, <-1>] 有限广播地址 对源站（当前）网络的所有主机广播（各路由器均不转发） [0 ,0] 表示本网上的本主机 [0 ,主机号] 表示本网上的某主机 [127 ,<任意>] 表示回送地址，用于网络软件测试。例如 127.0.0.1 一旦使用该地址发送数据，则立即返回。 IP 地址的一些重要特点 IP 地址的一些重要特点 (1) IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是： 第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。 第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。 IP 地址的一些重要特点 IP 地址的一些重要特点 (2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomed host)。 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 IP 地址的一些重要特点 IP 地址的一些重要特点 (3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。 (4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址中的网络号必须是一样的。 图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器的每一个接口都有一个 不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器的每一个接口都有一个 不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。 路由器的每一个接口都有一个 不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。现在常不指明 IP 地址。4.2.3 IP 地址与硬件地址 4.2.3 IP 地址与硬件地址 TCP 报文IP 数据报MAC 帧应用层数据首部首部尾部首部nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径 H1→经过 R1 转发→再经过 R2 转发→H2查找路由表查找路由表nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动nullHA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在链路上看 MAC 帧的流动nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报 图中的 IP1→IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中 nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2MAC 帧MAC 帧IP 数据报路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2IP 数据报在具体的物理网络的链路层 只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报 nullIP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2IP 数据报IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节 在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用 统一的、抽象的 IP 地址 研究主机和主机或主机和路由器之间的通信 4.2.4 地址解析协议 ARP 和 逆地址解析协议 RARP 4.2.4 地址解析协议 ARP 和 逆地址解析协议 RARP IP 地址物理地址ARP物理地址IP 地址RARP地址解析协议 ARP地址解析协议 ARP不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。 每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。 当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。 nullAYXBZ主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组 主机 A 广播发送 ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址我是 209.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-18ARP 高速缓存的作用ARP 高速缓存的作用为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。 当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。 主机B发回ARP应答分组，其中包括IP地址和对应的硬件地址。应当注意的问题应当注意的问题ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。 如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。应当注意的问题（续）应当注意的问题（续）从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，是由主机所运行的TCP/IP内核实现的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。 只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。 使用 ARP 的四种典型情况 使用 ARP 的四种典型情况 发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 为什么我们不直接 使用硬件地址进行通信？ 为什么我们不直接 使用硬件地址进行通信？ 由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。 连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。 逆地址解析协议 RARP 逆地址解析协议 RARP 逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。 这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP协议目前已很少使用。 RARP是由应用软件来实现的，运行RARP应用软件的主机称为RARP服务器。 逆地址解析协议（RARP）逆地址解析协议（RARP） 一个新启动的工作站可以在引导程序的控制下，通过网卡广播其以太网地址，并请求获得其IP地址。网络上的所有计算机都接收到该请求，但只有被授权提供RARP服务的计算机（RARP服务器）才能处理请求并发送应答。服务器发现这个请求后，在其配置文件中找到以太网地址，填写目标协议地址字段，并把报文类型从“请求”改为“应答”，直接把应答发给提出请求的计算机。发出请求的计算机可能收到了所有RARP服务器的应答，但是只需记住第一个。4.2.5 IP 数据报的格式 4.2.5 IP 数据报的格式 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。 首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。 null固 定 部 分可变 部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报null可变 部分首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固 定 部 分区 分 服 务null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务1. IP 数据报首部的固定部分中的各字段 null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分标志(flag) 占 3 位，目前只有前两位有意义。 标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。 MF  1 表示后面“还有分片”。MF  0 表示最后一个分片。 标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment) 。 只有当 DF  0 时才允许分片。 null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务【例4-1】 IP 数据报分片【例4-1】 IP 数据报分片偏移 = 0/8 = 0偏移 = 0/8 = 0偏移 = 1400/8 = 175偏移 = 2800/8 = 350140028003799279913993799需分片的 数据报数据报片 1首部数据部分共 3800 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 314002800字节 0null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分生存时间(8 位)记为 TTL (Time To Live) 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务null运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务null发送端接收端16 位字 116 位字 216 位字 n……数 据 报 首 部IP 数据报16 位字 116 位字 216 位字 n……数据部分null首 部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固 定 部 分可变 部分区 分 服 务2. IP 数据报首部的可变部分 2. IP 数据报首部的可变部分 IP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。 选项字段的长度可变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。 增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。 实际上这些选项很少被使用。 4.2.6 IP 层转发分组的流程 4.2.6 IP 层转发分组的流程 有四个 A 类网络通过三个路由器连接在一起。每一个网络上都可能有成千上万个主机。 可以想像，若按目的主机号来制作路由表，则所得出的路由表就会过于庞大。 但若按主机所在的网络地址来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就只包含 4 个项目。这样就可使路由表大大简化。 null 网 1 10.0.0.0 网 4 40.0.0.0 网 3 30.0.0.0 网 2 20.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，对每一条路由，最主要的是 （目的网络地址，下一跳地址） 查找路由表查找路由表根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是： IP 数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。 只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。 特定主机路由 特定主机路由 这种路由是为特定的目的主机指明一个路由。 采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。 默认路由(default route)默认路由(default route)路由器还可采用默认路由以减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。 这种转发方式在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的。 默认路由在主机发送 IP 数据报时往往更能显示出它的好处。 如果一个主机连接在一个小网络上，而这个网络只用一个路由器和因特网连接，那么在这种情况下使用默认路由是非常合适的。 nullN1R1因特网目的网络 下一跳 N1 直接 N2 R2 默认 R1路由表N2R2只要目的网络不是 N1 和 N2， 就一律选择默认路由， 把数据报先间接交付路由器 R1， 让 R1 再转发给下一个路由器。 必须强调指出 必须强调指出 IP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。 当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 数据报，而是送交下层的网络接口软件。 网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。 分组转发算法 分组转发算法 (1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。 (2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。 (3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。 (4) 若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。 (5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。 (6) 报告转发分组出错。 4.3 划分子网和构造超网 4.3.1 划分子网4.3 划分子网和构造超网 4.3.1 划分子网1. 从两级 IP 地址到三级 IP 地址 在 ARPANET 的早期，IP 地址的设计确实不够合理。 IP 地址空间的利用率有时很低。 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。 两级的 IP 地址不够灵活。 三级的 IP 地址 三级的 IP 地址 从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。 这种做法叫作划分子网(subnetting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。 划分子网的基本思路 划分子网的基本思路 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。 从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。 IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>} (4-2) 划分子网的基本思路（续） 划分子网的基本思路（续） 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。 然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。 最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。 一个未划分子网的 B 类网络145.13.0.0一个未划分子网的 B 类网络145.13.0.0………145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到网络 145.13.0.0的分组均到达此路由器我的网络地址 是 145.13.0.0R1R3R2划分为三个子网后对外仍是一个网络 划分为三个子网后对外仍是一个网络 145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8………子网 145.13.21.0子网 145.13.3.0 子网 145.13.7.0所有到达网络 145.13.0.0 的分组均到达 此路由器网络 145.13.0.0R1R3R2划分子网后变成了三级结构 划分子网后变成了三级结构 当没有划分子网时，IP 地址是两级结构。 划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。 划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。 2. 子网掩码2. 子网掩码从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。 使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。 IP 地址的各字段和子网掩码 IP 地址的各字段和子网掩码 145 . 13 .3 . 10两级 IP 地址子网号为 3 的网络的网络号三级 IP 地址主机号子网掩码net-idhost-id子网的 网络地址0net-idsubnet-idhost-id145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10(IP 地址) AND (子网掩码) = 网络地址(IP 地址) AND (子网掩码) = 网络地址网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号子网号子网掩码子网的 网络地址net-idsubnet-id0逐位进行 AND 运算默认子网掩码 默认子网掩码 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A 类 地 址默认子网掩码 255.0.0.0网络地址B 类 地 址默认子网掩码 255.255.0.0网络地址C 类 地 址默认子网掩码 255.255.255.0host-id 为全 0host-id 为全 0子网掩码是一个重要属性子网掩码是一个重要属性子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。 路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。 路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。 若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。子网规划设计的子网规划设计的 在设计选择子网划分方案时，必须考虑5个问题。它们是： （1）该网络内将划分几个子网？ （2）每个子网有多少有效主机？ （3）有效的子网地址是什么？ （4）在该子网划分中，网络掩码是什么？ （5）每个子网的广播地址是什么？子网数和子网掩码的计算子网数和子网掩码的计算（1）子网数= 2x-2。x是被占用的表示子网比特的数目，或者说1的个数。减2是指减去子网位全1和全0，它们默认是无效的。例如，11100000能产生23–2个子网。 （2） 2y-2=每个子网的主机数。y是未被占用的比特数目，或者说0的个数。例如，11100000产生25–2，每个子网30个主机。 有效的主机是两个子网之间去掉“全0”和“全1” 的数。子网数和子网掩码的计算子网数和子网掩码的计算（3）子网掩码点分十进制表示 根据主网络类型，确定借用的子网位数和位置，根据对应位的权值，计算其十进制数值。如子网掩码部分为11100000，则十进制为128＋64＋32＝224。 （4）256-子网掩码=基数。如，子网掩码为224，则有效子网基数为256-224=32。子网地址为在对应子网地址字节中，N×基数。 （5）广播地址是所有主机位为1，直接在下一个子网之前的数。 例：关于子网掩码的计算例：关于子网掩码的计算设有一个网络地址为 172.168.0.0，要在此网络中划分14个子网，问：需要多少位表示子网？子网掩码的点分十进制数值是多少？每个子网地址是什么？ 子网数= 2x-2，则X＝4，需借用 4位表示子网。由网络地址可知，这是一个B类网络，网络地址和主机地址各为16位，网络掩码为 255.255.0.0 。划分子网后，又使用主机地址部分的最高4 位表示子网，则其对应十进制数值为128＋64＋32＋16＝240。网络掩码为 255.255.240.0 。关于子网掩码的计算关于子网掩码的计算子网基数＝256－240＝16，N＝1～14，则子网地址为 172.168.16.0， 172.168.32.0， 172.168.48.0， 172.16