网络实用技术基础 第3章 网间互联技术

2.1网络实用技术基础第3章网间互联技术3.1网间互联协议3.2IP寻址和规划3.3路由器与路由选择协议3.4NAT技术3.5VPN3.6网络传输可靠性技术2.2网络实用技术基础考试的知识点•Internet协议分析（TCP、IP协议）•路由器与路由选择协议•NAT技术2.3网络实用技术基础3.1网间互联协议互联网控制信息协议互联网组管理协议网络命令电子邮件文件传输邮件传输网络诊断文件传输域名系统远程控制网络管理传输控制协议用户数据报协议逆向地址解析协议地址解析协议2.4网络实用技术基础3.1.1IP协议IP协议是TCP/IP协议集中的承载协议，位于Internet模型中的网络层。（1）IP层的主要特点在Internet中，IP层作为通信子网的最高层，有如下三大特点：其一是提供无连接的数据报传输机制。IP为TCP、UDP等提供了一种无连接的数据传送服务。无连接是指IP不维护连续数据报的任何状态信息，因此，IP数据报可能会不按照发送的顺序到达，即后发的数据报可能先到达。其二是能完成点对点的通信。IP协议是点对点的，其对等实体之间的通信不需经过中间机器，而中间机器之间具有实际的物理链路的连接，要求IP协议能支持点对点的寻径以保证点对点协议的可实现性。第三是在IP协议中，数据的传送是不可靠的。这种不可靠的含义是：数据在传送过程中，没有一种机制来监控数据是否被成功地送达了目的地。当数据在传送的过程中，如果发生错误，IP协议只是简单地丢弃数据报，并用ICMP消息通知数据的发送方。要实现可靠的传输，必须通过高层的协议来保证。2.5网络实用技术基础（2）IP协议的主要功能IP协议是TCP/IP的核心协议之一，其作用主要是用于主机与网关、网关与网关、主机与主机之间的通信。功能包括IP的寻址、面向无连接数据报传送和数据报路由选择等。IP协议的寻址功能体现在必须能唯一地标识Internet中每一个可寻址的通信实体，以完成根据目的IP地址确定通信的下一跳的问题。因此，IP为网络中的每一个实体赋予了一个全局标示符----IP地址。IP协议的面向无连接的数据报传送功能实现了IP向TCP协议所在的传输层提供统一的IP数据报，其中，必须实现LAN与WAN之间报文格式的转换，如分段（满足LAN中MAC帧长与WAN中帧长之间的长度转换）和重装，并负责将各种不同物理网络的物理地址转化为具有统一格式的IP地址，把各种不同的帧统一转换成IP数据报，使上层屏蔽IP层的帧差异。2.6网络实用技术基础数据报路由选择功能是IP协议最重要的功能之一，它应能完成如下操作：在同一网段上，IP数据报可以沿实际物理路径传送；当需要经过不同网段时，IP数据报要能够经由路由器或网关进行传送。由于Internet涉及到多个不同的网络，其网络的物理实现有所不同，因此，IP层必须具有屏蔽物理网络的功能，并提供独立于物理网络之上的路由选择机制。IP的路由选择分为直接路选和间接路选，所谓直接路选是指由物理网络直接负责在同一网络内的数据报的传送；间接路选则是指在需要跨越不同网络时由IP协议所提供间接路由选择。Internet的间接路由选择采用路由表机制，每一台机器（主机、路由器、网关等）开机时会产生一张路由表，该表包含了可能的目标信息。当IP分组到达一个网关时，IP协议软件找到目标IP地址，并抽取其中的网络号进行对比，当需要执行间接路由选择时，由网关使用该网络标识决定路由，因此可以说，Internet路由选择是基于目标网络号而不是主机号的。2.7网络实用技术基础（3）IP数据报1）IP数据报的格式（P68）2.8网络实用技术基础2）IP地址：Internet采用了一种唯一通用地址格式，为网络上所有设备（路由器、网关和服务器等）分配了唯一的地址，这就是IP地址。IP地址亦称标识地址，利用它可以对Internet上的每个主机、路由器和其它设备等进行唯一的地址“标识”。IP地址由四个用“.”分开的数字组成，每一个数字为一个字节长，因此每一个数字最大为255。例如：202.112.136.23就是一个IP地址的十进制数字表示。IP地址可以分为五类，即A类、B类、C类、D类和E类，每个地址的长度为32个位，每个位采用二进制编码，其中前三类是一般网络地址，目前正在大量应用，后两种为特殊网络地址，留做特殊用途或者备用。此外，IP地址还规定了一套具有特殊格式的地址形式，以分别用于不同的情况。如网络地址、直接广播地址、有限广播地址、本机地址、回送地址。2.9网络实用技术基础五类IP地址2.10网络实用技术基础（4）IP地址的申请和分配Internet网络信息中心（InternetNIC）统一负责全球IP地址的规划、管理和发放工作。通常每个国家成立一个组织，统一向国际组织申请IP地址，然后再分配给用户，我国负责地址分配的机构是CNNIC（CHINA网络信息中心）。用户要接入Internet时，有两种获得IP地址的方法。一种是用户通过Internet服务提供商（ISP：InternetServiceProvider）临时接入网络，如拨号上网。在这种情况下，用户通常是通过DHCP协议动态地从ISP处获得一个IP地址，并用此地址进行Internet的访问。当用户离开网络时，IP地址被ISP收回，再分配给其它的用户使用。另一种方法是用户向CNNIC申请固定使用的IP地址，这种方法通常是一个单位的网络、提供Internet服务的主机需要连入Internet时采用。2.11网络实用技术基础3.1.2ARP协议•地址解析协议，即ARP（AddressResolutionProtocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。2.12网络实用技术基础3.1.3RARP协议•逆地址解析协议就是将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址，发送方首先RARP服务器发送请帧，以解析从物理地址得到对应的IP地址。2.13网络实用技术基础3.1.4ICMP协议•ICMP是（InternetControlMessageProtocol）Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议族的一个子协议，属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息。2.14网络实用技术基础3.1.5IGMP协议•IGMP(InternetGroupMessageProtocol):Internet组管理协议,提供internet网际多点传送的功能,即将一个ip包拷贝给多个host,windows系列采用了这个协议2.15网络实用技术基础3.2IP寻址和规划3.2.1IP寻址和子网划分IP地址的主机部分可被分为三种地址：网络地址、主机地址和定向广播地址。网络地址是网络号中的第一个地址。定向广播地址是网络号中的最后一个地址。网络地址和定向广播地址这间的所有地址都称为网段的主机地址。(P76)2.16网络实用技术基础•例如：一个A类网络的IP地址，网络号为前8bit，主机号为后24bit，采用公式，可得2H-2=224-2=16777214个主机地址。一个B类网络的IP地址，网络号为前16bit，主机号为后16bit，采用公式，可得2H-2=216-2=65534个主机地址。一个C类网络的IP地址，网络号为前24bit，主机号为后8bit，采用公式，可得2H-2=28-2=254个主机地址。2.17网络实用技术基础3.2.1IP寻址和子网划分所谓IP子网，是指把IP地址中主机地址的部分进一步划分为两个部分：其中一个部分为子网地址，而另外一个部分为主机地址。在IP协议中，是通过子网掩码来标识子网的。子网掩码也是一个32位的二进制数字，写成与IP地址相同的形式，即用三个“.”分为四个部分，如255.255.255.0。2.18网络实用技术基础•若甲公司有200台计算机，申请了一个B类公网地址190.18.0.0，主机地址有2H-2=216-2=65534个，造成主机地址的浪费。•为了充分和有效利用宝贵的IP地址资源，避免多余主机地址的浪费，引入了子网划分技术。•所谓子网划分是指允许在一个IP地址中，利用主机号的高位比特来创建更多的子网。优点是提供了更有效利用IP地址的方案。2.19网络实用技术基础•假如甲公司的主机个数是100台，申请了一个C类网络的IP地址，但将会造成254-100=154个主机地址的浪费，为更高效地利用网络地址，可以采用对C类网络进行子网划分，借用主机号的1bit划分为两个子网，每个子网有126个子网地址，这样浪费的地址是少量的。2.20网络实用技术基础•为了区分网络地址、主机地址和定向广播地址，引入了子网掩码，因此每个地址实际上由三部分组成：网络号、子网号和主机号。（P77）2.21网络实用技术基础3.2.2IP地址应用实例•确定网络数和主机数•确定子网掩码•确定网络地址•确定网络的主机地址2.22网络实用技术基础当需要获得子网的地址时，主机通过把IP地址与子网掩码进行“按位与”的运算，就可得到子网地址。例如：当IP地址为202.112.143.171、子网掩码为255.255.255.224时，写成二进制的形式后，IP地址的二进制形式为：11001010.01110000.10001111.10101011子网掩码的二进制形式为：11111111.11111111.11111111.11100000运行“按位与”的操作后，得到子网的地址为：11001010.01110000.10001111.10100000，写成十进制的形式是：202.112.143.1602.23网络实用技术基础3.2.3可变长度子网掩码•可变长度子网掩码（VLSM）允许对A类、B类和C类IP地址使用不同的子网掩码，其具有高效寻址和路由聚合，减少路由表大小两个优点2.24网络实用技术基础3.2.4路由聚合•路由聚合–若路由器的路由表中存储了一连串连续网络号，则会影响路由器的寻址并降低数据报的转发速率。路由聚合指将路由表中某些连续的路由，作为单个聚合路由进行通告的一种能力。•无分类域间路由选择2.25网络实用技术基础3.2.5IPv61.IPv6特点IPv6采用128位地址空间，IPv6因其可提供超大的地址空间，地址缺乏问题。2.IPv6报文格式。IPv6报文首部的固定长度包含8个字段，了解8个字段的具体功能。2.26网络实用技术基础IPv6地址1）冒号十六进制表示•IPv6的地址每4个十六进制为一组，组与组之间用冒号隔开。IPv6地址格式为XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX:XXXX，X表示一个十六进制值。2）零压缩•最前面的一串零可以省略，例如，0000:123A:BC00:0000:0000:1111:2222:0000可以简写为123A:BC00:0000:0000:1111:2222:0000。此外，为了进一步简化十六进制的书写，IPv6地址中的一段或连续多段0可以用双冒号（：：）代替。例中IPv6地址可更加简化为123A:BC00::1111:2222:0，但不能表示为123A:BC00::1111:2222::，因为双冒号（：：）只能在IPv6地址中出现一次。2.27网络实用技术基础3）前缀表示•表示形式为：IPv6地址/前缀长度4）IPv6地址划分•一个IPv6地址被划分成前缀和后缀两部分，其中前缀用于指明一个网络，相当于IPv4地址的子网掩码；后缀用于指明网络上的某台主机，相当于IPv4地址的主机标识。•IPv6按照传输类型，将地址划分为单播地址、任播（也称泛播）地址和多播地址，取消了原有的广播地址，增加了任播的概念。•理解单播地