66第6章 IP网与多层次交换

IP技术基础局域网与交换6.2路由器交换层次的多样性6.4三层交换6.563第6章IP网与多层次交换6.1多协议标记交换6.6四层交换6.7应用层交换6.86.1.1概述1969年美国国防部高级研究计划局（ARPA）提出将多个大学、公司和研究所的多台计算机互连成为一个计算机网络—ARPANet。进入20世纪80年代末期后，ARPANet逐渐发展为国际性的计算机互连网络—Internet，TCP/IP协议就是从中演变而来的。现在Internet是世界上最大的计算机网络，TCP/IP协议已成为网络互连事实上的标准。计算机网络有很多分类方法。可以从地理范围大小、拓扑结构等角度进行分类。按照地理范围大小，可以把计算机网络分成局域网（LAN，LocalAreaNetwork）（几千米以内）、城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）（几十千米）、广域网（WAN，WideAreaNetwork）（几百千米以上）。6.1.1概述按照拓扑结构可以把计算机网络分成星形（Star）、树形（Tree）、总线形（Bus）、环形（Ring）及网状（Mesh）等类型。6.1.1概述6.1.1概述6.1.2IP地址与域名服务IP地址的长度是32b，根据高位比特的特殊编码，可以分成A、B、C、D、E类。IP地址格式：高位比特格式类型07b网络号，24b主机号A1014b网络号，16b主机号B11021b网络号，8b主机号C1110组播地址D11110保留为今后使用E通常将32b地址用分成4节的十进制数字表示，如11111011100000000000010000000001是一个C类地址，可记为251.127.4.11。A类地址的范围是：1.0.0.0～127.255.255.255B类地址的范围是：128.0.0.0～191.255.255.255C类地址的范围是：192.0.0.0～223.255.255.255IP地址格式：6.1.2IP地址与域名服务特殊的IP地址IP地址格式：网络号主机号含义全0全0本机全1全1有限广播（向本地网络的所有主机广播，无须知道本网络号）全0X代表本网的主机X，用于源地址，主机不知道网络号，目前一般不使用全1－目前一般不使用XX全0本网络（例如：134.211.0.0）XX全1向某个网络广播（例如：134.211.255.255）6.1.2IP地址与域名服务为了保护IP地址空间，减少无谓的IP地址消耗，在A类、B类和C类地址中，分别预留了部分地址空间，以便各单位内部计算机互连。这些预留的地址成为私有IP地址。私有IP地址空间如下：IP地址格式：A类地址10.0.0.0～10.255.255.255一个A类网络B类地址172.16.0.0～172.31.255.255共16个连续的B类网络C类地址192.168.0.0～192.168.255.255共256个连续的C类网络6.1.2IP地址与域名服务为了提高IP地址的使用效率，可将一个网络划分为多个子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位。这使得IP地址的结构由网络号加主机号变为三部分：网络号、子网号和主机号。（1）掩码（Mask）：掩码用于识别IP地址网络部分/主机部分。每一个网络都选用32位的掩码，掩码中的1对应着IP地址的网络号，掩码中的0对应着IP地址的主机号。子网掩码（SubnetMask）则是掩码中的一部分，可以进一步划分出子网。划分子网：6.1.2IP地址与域名服务（2）三类地址的子网划分A类：11111111.00000000.00000000.00000000即255.0.0.0B类：11111111.11111111.00000000.00000000即255.255.0.0C类：11111111.11111111.11111111.00000000即255.255.255.0划分子网：6.1.2IP地址与域名服务（3）超网（Supernetting）超网是与子网类似的概念，都是根据掩码重新划分IP地址的网络地址和主机地址。与子网把大网络分成若干小网络相反，它是把一些小网络组合成一个大网络——超网。划分子网：6.1.2IP地址与域名服务（4）无类别域间路由（CIDR）CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。划分子网：6.1.2IP地址与域名服务IP地址::={网络前缀,主机号}CIDR还使用“斜线记法”(slashnotation)，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特1的个数）。CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。无分类的两级编址的记法是：6.1.2IP地址与域名服务128.14.32.0/20表示的地址块共有212个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是12）。这个地址块的起始地址是128.14.32.0。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20地址块”。128.14.32.0/20地址块的最小地址：128.14.32.0128.14.32.0/20地址块的最大地址：128.14.47.255全0和全1的主机号地址一般不使用。CIDR地址块6.1.2IP地址与域名服务1000000000001110001000000000000010000000000011100010000000000001100000000000111000100000000000101000000000001110001000000000001110000000000011100010000000000100100000000000111000100000000001011000000000001110001011111111101110000000000011100010111111111100100000000000111000101111111111011000000000001110001011111111111010000000000011100010111111111111所有地址的20bit前缀都是一样的最小地址最大地址6.1.2IP地址与域名服务使用名字比二进制代码更加易于记忆。任何一个连接在Internet上的主机和路由器都有一个唯一的名字，称为域名（DomainName）。它是一个逻辑的概念，与计算机的物理位置无关。名字到域名的解析是由若干个域名服务器程序完成的。域名服务器程序在专设的结点上运行，运行该程序的机器称为域名服务器。1.域名系统概述6.1.2IP地址与域名服务因特网采用了层次树状结构的命名方法。域名的结构由若干个分量组成，各分量之间用点隔开：….三级域名.二级域名.顶级域名各分量分别代表不同级别的域名。2.因特网的域名结构6.1.2IP地址与域名服务(1)国家顶级域名nTLD：如:.cn表示中国，.us表示美国，.uk表示英国，等等。(2)国际顶级域名iTLD：采用.int。国际性的组织可在.int下注册。(3)通用顶级域名gTLD：最早的顶级域名是：.com表示公司企业.net表示网络服务机构.org表示非赢利性组织.edu表示教育机构（美国专用）.gov表示政府部门（美国专用）.mil表示军事部门（美国专用）顶级域名TLD(TopLevelDomain)6.1.2IP地址与域名服务因特网的名字空间comnetorgedugovmilcoopbizinfoaerointcnuk…hkjsshbjorgnetgoveducomac…pkufudansjtutsinghua…树根cctvibmhpmot…顶级域名二级域名三级域名mailep四级域名mailcsnetl……seu每一个域名服务器不但能够进行一些域名到IP地址的解析，而且还必须具有连向其他域名服务器的信息。当自己不能进行域名到IP地址的转换时，就能够知道到什么地方去找别的域名服务器。这种地址转换即地址解析(addressresolution)。解析就是转换的意思。因特网上的域名服务器系统也是按照域名的层次来安排的。每一个域名服务器都只对域名体系中的一部分进行管辖。3.用域名服务器进行域名解析6.1.2IP地址与域名服务本地域名服务器(localnameserver)根域名服务器(rootnameserver)顶级域名服务器（即TLD服务器）权限域名服务器(authoritativenameserver)四种不同类型的域名服务器6.1.2IP地址与域名服务每一个因特网服务提供者ISP，或一个大学，甚至一个大学里的系，都可以拥有一个本地域名服务器，它也称为默认域名服务器。当主机发出DNS查询报文时，这个查询报文就首先被送往该主机的本地域名服务器。本地域名服务器6.1.2IP地址与域名服务每个根域名服务器都知道所有的顶级域名服务器的域名及其IP地址。现有13个不同IP地址的根域名服务器，共有一百多个根域名服务器机器分布在世界各地。根域名服务器并不直接把域名直接转换成IP地址。在使用迭代查询时，根域名服务器把下一步应当找的顶级域名服务器的IP地址回答本地域名服务器。根域名服务器6.1.2IP地址与域名服务顶级域名服务器负责管理在该顶级域名服务器注册的所有二级域名。当收到DNS查询请求时就给出相应的回答（可能是最后的结果，也可能是下一步应当找的权限域名服务器的IP地址）。顶级域名服务器6.1.2IP地址与域名服务每一个主机都必须在某个权限域名服务器处注册登记。因此权限域名服务器知道其管辖的主机名应当转换成什么IP地址。权限域名服务器6.1.2IP地址与域名服务comyabcwvxu顶级域名服务器域abc.com管辖区y.abc.com的权限域名服务器管辖区abc.com管辖区abc.com的权限域名服务器管辖区y.abc.comt域名管辖区的的划分6.1.2IP地址与域名服务主机向本地域名服务器的查询一般都是采用递归查询(recursivequery)。递归查询就是如果本地域名服务器不知道被查询域名的IP地址时，那么本地域名服务器就以DNS客户的身份向某个根域名服务器继续发出查询请求报文（即替该主机继续查询），而不是让该主机自己进行下一步的查询。4.域名的解析过程6.1.2IP地址与域名服务优先采用迭代查询，即循环查询。当根域名服务器收到查询请求报文但并不知道被查询域名的IP地址时，这个根域名服务器就把自己知道的顶级域名服务器的IP地址告诉本地域名服务器，让本地域名服务器再向顶级域名服务器查询。顶级域名服务器在收到本地域名服务器的查询请求后，就告诉本地域名服务器下一步应当向哪一个个权限域名服务器进行查询。最后主机就知道了所要解析的域名的IP地址。本地域名服务器也可以采用递归查询。本地域名服务器向根域名服务器查询6.1.2IP地址与域名服务y.abc.com的IP地址⑧顶级域名服务器dns.com权限域名服务dns.abc.com本地域名服务器dns.xyz.comm.xyz.com根域名服务器③④⑤⑥⑦②迭代查询递归查询①本地域名服务器进行迭代查询本地域名服务器进行递归查询顶级域名服务器dns.com权限域名服务dns.abc.com本地域名服务器dns.xyz.comm.xyz.com根域名服务器⑦③②递归查询递归查询①y.abc.com的IP地址⑧⑥⑤④为了提高DNS查询效率，并减轻根域名服务器的负荷和减少因特网上的DNS查询报文数量，广泛地使用了高速缓存高速缓存用来存放最近查询过的域名以及从何处获得域名映