计算机网络基础及应用CH06网络互连

第6章网络互连2020/1/18本章主要内容6.1路由器在网际互连中的作用6.2网际协议IP6.3子网和子网掩码6.1路由器在网际互连中的作用路由器的作用连通不同的网络，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。选择信息传送的线路。将该数据有效地传送到目的站点，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。网络网络网络网络网络(a)互连网络路由器RouterARouterB6.1路由器在网际互连中的作用路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing）作为不同网络之间互相连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCP/IP的Internet的主体脉落网络网络网络网络网络(a)互连网络路由器（1）路由器在网际互连中的作用ABC当主机A要向另一个主机B发送数据报时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上。如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机A不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。（2）路由器的基本结构总体来说，Router就是一台Pc。它与PC的区别是缺少终端显示设备，以及键盘鼠标的输入等，因此要实现对Router的操作必须借助PC。路由器的基本结构CPU中央处理器。是进行运算和处理的主要部件。FlashMemory闪存。是可擦除，可编程的ROM，断电后不消失，主要用于存放IOS(Router操作系统)。Rom只读存储器。通常将Router的引导程序保存此处，当Router加电启动时，自动执行该程序，完成Router自检及加载IOS。Ram随机存取存储器，断电后内容丢失。类似与PC中的内存，用于存储路由表、ARP高速缓存、数据包高速缓存等。Nvram非易失性Ram，断电时，内容不丢失。用于保存配置文件。I/O输入/输出接口(Interface)。提供路由器与其他网络介质连接的端口，是数据进出Router的通道总线CPUFlashMemoryRomRamNvramI/O6.2网际协议IP6.2.1IP地址6.2.1IP地址6.2.1IP地址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32bit的标识符。IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)进行分配IP地址是一个32比特的二进制数字，为方便人们书写和记忆，用点分十进制表示。（1）点分十进制记法10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.11.3.3112811331将每8bit的二进制数转换为十进制数点分十进制10000000100011111000100110010000128.143.137.144又如：166.111.4.8010100110011011110000010001010000255最大值255255255cc:mailFrom:168.113.2.144To:155.233.25.76IP数据包数据IP分组:miscfieldssourceIPaddrdestIPaddrdata（2）IP地址的构成每个IP地址分为两部分：网络号和主机号。网络号用来表明节点所在的网络，主机号表明节点在网络里的编号。网络号主机号IP地址（3）IP地址分类根据网络号和主机号所占位数不同，IP地址可以分为A、B、C、D、E五大类。A、B、C类地址用来分配给主机和路由器A类大型网络B类中型网络C类小型网络D类地址是组播地址。E类地址保留。IP地址分类0网络号主机号8比特24比特10网络号主机号16比特16比特110网络号主机号8比特24比特1110组播地址11110保留以后使用A类B类C类D类E类IP地址分类A类0XXXXXXX1-126地址类第一个8位数的格式范围B类10XXXXXX128-191C类110XXXXX192-223D类1110XXXX224-239E类1111XXXX240-254A类地址网络号占1字节，主机号占3字节第1个比特固定是0，每个A类网络中可分配的IP地址数是224－2最大网络数：126第一个字节的取值在1～126之间B类地址网络号占2字节，主机号占2字节前两个比特固定是10每个B类网络中最多容纳(216－2)（65534）台主机最大网络数：214（16384）第一个字节的取值在128～191之间C类地址网络号占3字节，主机号占1字节前三个比特固定是110每个C类网络中最多容纳254台主机最大网络数：221第一个字节的取值在192～223之间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A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.255254注意:网络标识不能出现全0或全1状态；主机标识不能出现全0或全1状态。（4）如何获得IP地址一个机构如果想接入因特网，要向本地的ISP或因特网管理机构申请IP地址。申请到IP地址后，可以通过两种方式分配IP第一种是手工为每个节点分配IP，这样得到的地址称为静态地址。除非是网络管理人员重新配置网络，节点的IP地址不会变化。服务器的IP地址都应该是静态IP地址。第二种方式是借助于动态主机配置协议（DynamicHostConfigurationProtocol，DHCP）为网络中的节点自动地分配地址，这种地址称为动态地址。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。（5）私有IP地址有一类IP地址非常特殊，它不需要申请，直接就可以使用，这类IP称为私有地址（privateaddress）。私有地址的范围包括:（1）10.0.0.0~10.255.255.255（2）172.16.0.0~172.31.255.255（3）192.168.0.0~192.168.255.255私有IP地址的特点是只能在一个机构内部使用，不能和因特网上的主机通信，因为路由器默认对于目的地址是私有地址的IP数据报一律不与转发。私有地址的通信被严格地限制在本地网络之内。如果一个机构不接入因特网，但是内部的网络还要使用TCP/IP协议通信，这时使用私有地址是非常好的选择。6.2网际协议IP6.2.2共享式以太网和交换式以太网6.2.2共享式以太网和交换式以太网集线器一、共享式以太网是一个物理层设备。用多个集线器可连成更大的局域网一系二系三系集线器集线器集线器集线器主干集线器集线器一、共享式以太网集线器是一种共享的网络设备，所有连接到集线器的设备共享同一介质，即每一个时刻只能有一个端口发送数据。如果有两台主机同时发送就会产生冲突。ABCDA向B发送数据时，C向D不能发送，否则产生冲突HUB一、共享式以太网共享式以太网是基于广播的方式来发送数据的，因为集线器不能识别帧，所以它就不知道一个端口收到的帧应该转发到哪个端口，它只好把帧发送到除源端口以外的所有端口，这样网络上所有的主机都可以收到这些帧。二、交换式以太网交换的提出：将一个大型的以太网分割成两个或多个小型的以太网，每个段（分割后的每个小以太网）使用CSMA/CD介质访问控制方法维持段内用户的通信。ABCA向B发送数据时，D向E也可发送数据DEF交换机HUBHUB二、交换式以太网交换式以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单位，以以太网交换机为基础构成的网络。交换式以太网允许多对结点同时通信，每个结点可以独占传输通道和带宽。交换机是工作在数据链路层的设备。交换机收到一个数据帧后，能够识别出这个帧的结构，根据帧的目的地址，将这个帧转发到对应的某个端口上去，而不是广播到其他所有的端口。在每个交换机内部都维护有一张表，这个表记录了交换机上每个端口所连接主机的MAC地址信息，交换机根据这个表来把数据帧转发到正确的端口上。交换机工作原理交换机交换机ABCD1234端口站地址1MACA2MACB3MACC4MACD一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域一个冲突域10M交换机100M交换机100MHub100M100M100M10M10M10M10M10M10M交换机端口独享带宽E0：0260.8c01.1111E1：0260.8c01.3333E2：0260.8c01.2222E3：0260.8c01.4444MACaddresstableACEBD0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.55550260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3E4D→A如果数据帧的目的地址在交换机的地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口。E0：0260.8c01.1111E1：0260.8c01.3333E2：0260.8c01.2222E3：0260.8c01.4444MACaddresstableACEBD0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.55550260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3E4D→A同时B→C主机D和主机A之间，主机C和主机B之间也独享一条链路交换机的地址管理机制交换机的MAC地址表中，一条表项由一个主机MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成。整张地址表的生成采用动态自学习的方法，即当交换机收到一个数据帧以后，将数据帧的源地址和输入端口记录在MAC地址表中。MACaddresstableACEBD0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.55550260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3E4D→EPortMACAddressE30260.8c01.4444MAC地址学习MACaddresstableACEBD0260.8c01.11110260.8c01.22220260.8c01.55550260.8c01.33330260.8c01.4444E0E1E2E3E4D→EPortMACAddressE30260.8c01.4444E40260.8c01.55556.3子网和