子网划分与路由选择

第5章子网划分及路由选择计算机网络技术与实训教程2020/2/28学习目标–熟练掌握IP协议和IP地址–充分理解子网掩码、路由的概念–熟练掌握IP子网的划分–熟练掌握主机路由表的配置和修改–够利用IP地址、子网掩码以及路由表来判断数据通讯的状态2020/2/285.1IP地址1.MAC地址与IP地址2.IP地址的划分3.IP地址分类4.特殊地址5.私用地址6.地址转换协议2020/2/28IP协议完成数据包寻址和路由的功能走哪一条？2020/2/28B1B2C1A1A3A2网络A网络B网络CC2IP地址网络层协议定义了识别网络中主机的地址地址包括网络部分和主机部分2020/2/28IP数据报格式04815162031版本首标长度服务类型总长度标识号分段标志分段偏移量留存时间协议首标校验和源IP地址目的IP地址选项填充IP数据有效负载2020/2/28IP地址与MAC地址IP地址：192.168.0.1MAC地址:00e0.fc23.f3a5MAC地址:00e0.fc23.0001IP地址：192.168.0.2IP地址：110.1.0.1MAC地址:00e0.fc23.f3a5MAC地址:00e0.fc23.0001IP地址：110.1.0.22020/2/28IP地址与MAC地址(2)网络的物理地址给Internet统一全网地址带来一些问题–（1）物理地址是物理网络技术的一种体现，不同的物理网络，其物理地址的长短、格式各不相同。例如，以太网的MAC地址在不同的物理网络中难以寻找，而令牌环网的地址格式也缺乏惟一性。显然，这两种地址管理方式都会给跨网通信设置障碍。–（2）物理网络的地址被固化在网络设备中，通常是不能修改的。–（3）物理地址属于非层次化的地址，它只能标识出单个的设备，而标识不出该设备连接的是哪一个网络。–Internet采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一个网络和每一台主机分配一个Internet地址，以此屏蔽物理网络地址的差异。IP协议的一项重要功能就是专门处理这个问题，即通过IP协议把主机原来的物理地址隐藏起来，在网络层中使用统一的IP地址。2020/2/28IP地址的结构和表示方法例如255网络ID主机ID32Bits11000000.101010008Bits8Bits8Bits8Bits192..168.5.12300000101.01111011最大值255255255主机ID网络ID2020/2/28IP地址分类(1)010110111011110Network(7bit)Network(14bit)Network(21bit)组播地址保留Host(24bit)Host(16bit)Host(8bit)A类地址B类地址C类地址D类地址E类地址2020/2/28IP地址分类(2)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1111XXXX240-2552020/2/28IP地址分类(3)有一些IP地址具有专门用途或特殊意义。对于IP地址的分配、使用应遵循以下规则：–网络号必须是唯一的；–网络号的首字节不能是127，此数保留给内部回送函数，用于诊断；–主机号对所属的网络号必须是唯一的；–主机号的各位不能全为“1”，全为“1”用作广播地址；–主机号的各位不能全为“0”，全为“0”表示本地网络。2020/2/28特殊地址IP地址空间中的某些地址已经为特殊目的而保留，而且通常并不允许作为主机地址。如表所示，这些保留地址的规则如下网络部分主机部分地址类型用途127any全“0”全“1”Any全“0”Any全“1”网络地址代表一个网段广播地址特定网段的所有节点回环地址回环测试广播地址本网段所有节点所有网络Quidway路由器用于指定默认路由2020/2/28特殊地址(单播,广播,组播)单播：是指设备与设备之间点对点的通信。单播通信时所用的IP地址是确定的某台的IP地址。广播：是某一台设备对全网段的所有结点的一种通信模式。组播：是一台设备对多台特定设备的通信模式。2020/2/28私有地址私用地址不需要注册，仅用于局域网内部，该地址在局域网内部是惟一的。当网络上的公用地址不足时，可以通过网络地址翻译（NAT），利用少量的公用地址把大量的配有私用地址的机器连接到公用网上。下列地址作为私用地址：–10.0.0.0——10.255.255.255–172.16.0.0——172.31.255.255–192.168.0.0——192.168.255.2552020/2/28地址转换协议网络中的任何设备都有唯一的物理地址，也称之为硬件地址或MAC地址，它存储在网卡中，可以通过软件覆盖掉这个地址。就以太网和令牌环网而言，IEEE标准规定它们的帧都使用6字节表示MAC地址，前24位标识网卡的生产厂商，后24位由该厂商标识其网卡。在节点之间进行数据传输时，必须将IP地址转换为物理地址。地址转换协议（ARP）的作用就是实现这一转换。ARP对本地网络上的机器进行查询，以了解它们的物理地址。ARP还在它的高速缓存中保存了IP与物理地址的对应关系。反向地址转换协议（RARP）是指逆向ARP，它执行的操作与ARP恰好相反。当已知IP地址，但不知道物理地址时，使用ARP；当物理地址已知，但IP地址不知道时，则使用RARP。RARP也与BOOTP协议结合起来使用，并可用于引导无盘工作站。2020/2/285.2构建子网与无类别域间路由5.2.1子网掩码5.2.2子网的构建5.2.3无类别域间路由（CIDR）2020/2/28子网掩码A、B、C类地址的默认掩码掩码的对应于IP地址的网络ID的所有位都设为“1”掩码的对应于主机ID的所有位都设为“0”0000000011111111111111111111111111111111111111110000000011111111000000000000000000000000000000000255002552550011111111111111110000000011111111A类子网掩码B类子网掩码C类子网掩码2020/2/28子网掩码的表示方法从主机的高位开始“/24”表示子网掩码有24位,也就是255.255.255.0“/16”表示子网掩码有16位，也就是255.255.0.02020/2/28子网编码地址结构32Bits主机ID网络ID子网ID网络ID扩展子网后的网络ID主机ID将主机ID进一步划分为子网ID和主机ID通过子网掩码来区分地址的网络部分和主机部分2020/2/28子网掩码的借位00000001000000100000000100000001111111111111111100000000111111112.1.1.111111111000000100000000011111111默认子网掩码定义的子网掩码借用16位作子网ID2020/2/28计算网络IDIP地址and子网掩码=网络ID2020/2/28子网的构建–出于对管理、性能和安全方面的考虑，许多单位把单一网络划分为多个物理网络，并使用路由器将它们连接起来。子网划分（subneting）技术能够使单个网络地址横跨几个物理网络，这些物理网络统称为子网。–另外，使用路由器的隔离作用还可以将网络分为内外两个子网，并限制外部网络用户对内部网络的访问，以提高内部子网的安全性。2020/2/28划分子网的原因（1）充分使用地址（2）划分管理职责（3）提高网络性能2020/2/28子网划分169.10.0.0169.10.1.0169.10.2.0物理网络逻辑网络物理网络AB对路由器A来说，网络号依然为169.10.0.02020/2/28划分方法子网字段总是直接跟在网络号后面。也就是说，被借的位必须是缺省主机字段的前N位。这个N是新子网字段的长度。如表所示，对路由器来说，子网掩码是判断哪些位是路由选择位，哪些位是主机位时的依据2020/2/28子网掩码与子网的关系一种用以计算子网掩码和网络数量的公式：–可用子网数（N）等于2的借用子网位数（n）次幂减去2：–2n-2=N–可用主机数（M）等于2的剩余部分位数（m）次幂减去2：–2m-2=M2020/2/28试题:子网划分(1)划分主要考虑需要支持多少个子网，每个子网所具有的最大主机数举例：某公司申请了一个C类地址200.200.200.0，公司有生产部门和市场部门需要划分为单独的网络，即需要划分2个子网，每个子网至少支持40台主机–决定子网掩码–计算新的子网网络ID–每个子网有多少主机地址2020/2/28试题:子网划分(2)决定子网掩码2020/2/28试题:子网划分(3)计算新的子网网络ID2020/2/28试题:子网划分(4)2子网64-2主机/子网C类地址：200.200.200.0200.200.200.65200.200.200.126200.200.200.129200.200.200.190市场部门生产部门......200.200.200.128200.200.200.642020/2/28子网掩码练习地址子网掩码类别子网172.16.2.1010.6.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.255.240.0255.255.255.02020/2/28子网掩码练习（答案）地址子网掩码类别子网172.16.2.1010.6.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.255.240.0255.255.255.0BAA172.16.2.010.6.16.010.30.36.02020/2/28无类别域间路由(CIDR)1.无类别域间路由（CIDR）概念2.无类别域间路由（CIDR）工作原理2020/2/28无类别域间路由（CIDR）概念无类别域间路由（CIDR）技术有时也被称为超网，它把划分子网的概念向相反的方向作了扩展：通过借用前三个字节的几位可以把多个连续的C类地址集聚在一起。换句话说，就像所有到达某个B类地址的数据都将发给某个路由器一样，所有到达某一块C类地址的数据都将被选路至某个路由器上。2020/2/28CIDR的特性202.114.1.0202.114.2.0202.114.3.0202.114.15.0202.114.0.0/20消除地址分类路由汇聚超网202.114.1.011001010011100100000000100000000202.114.2.011001010011100100000001000000000……202.114.15.011001010011100100000111100000000网络ID为11001010011100100000XXXXXXXXXXXX（即202.114.0.0）2020/2/28超网种类(图)2020/2/28无类别域间路由工作原理CIDR利用表示用来识别网络的比特数量的“网络前缀”，取代了A类、B类和C地址。前缀长度不一，从13到27位不等，而不是分类地址的8位、16位或24位。这意味着地址块可以成群分配，主机数量既可以少到32个，也可以多到50万个以上。2020/2/285.3路由路由是把信息从源穿过网络传递到目的的行为，在路上，至少遇到一个中间节点。路由通常与桥接来对比，在粗心的人看来，它们似乎完成的是同样的事。它们的主要区别在于桥接发生在OSI参考协议的第二层（链接层），而路由发生在第三层（网络层）。这一区别使二者在传递信息的过程中使用不同的信息，从而以不同的方式来完成其任务。2020/2/28网络层设备路由器是网络的“边缘”设备局域网局域网广域网广域网接口局域网接口2020/2/28路由器的基本构成路由器的核心作用是实现网络互连路由器必须具备：–两个或两个以上的接口–协议至少实现到网络层–至少支持两种以上的子网协议