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计算机网络2008年2月~~2008年6月互联网由局域网和广域网组成互连网局域网局域网广域网路由器结点交换机相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网第6章网络互连6.1路由器在网际互连中的作用6.2因特网的网际协议IP6.3划分子网和构造超网6.4因特网控制报文协议ICMP6.5因特网的路由选择协议6.6IP多播和因特网组管理协议IGMP6.7虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT6.8下一代的网际协议IPv66.1路由器在网际互连中的作用第6章网络互连当主机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。6.1路由器在网际互连中的作用第6章网络互连间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付与间接交付6.1路由器在网际互连中的作用第6章网络互连路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口……11133122223——网络层2——数据链路层1——物理层路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组(网络层的互连设备)。6.1路由器在网际互连中的作用第6章网络互连物理层处理数据链路层处理网络层处理分组排队交换结构输入/出端口的处理从线路接收分组查表和转发物理层处理数据链路层处理网络层处理分组排队向线路发送分组缓存管理交换结构将网络互相连接起来需使用一些中间设备（中间系统、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)。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)。6.1路由器在网际互连中的作用第6章网络互连第6章网络互连6.1路由器在网际互连中的作用6.2因特网的网际协议IP6.3划分子网和构造超网6.4因特网控制报文协议ICMP6.5因特网的路由选择协议6.6IP多播和因特网组管理协议IGMP6.7虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT6.8下一代的网际协议IPv66.2因特网的网际协议IP第6章网络互连各种应用层协议网络接口层(TELNET,FTP,SMTP等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMP6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连网际协议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(AddressResolutionProtocol)逆地址解析协议RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)因特网控制报文协议ICMP(InternetControlMessageProtocol)因特网组管理协议IGMP(InternetGroupManagementProtocol)6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连IP地址就是给每个连接在网络上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是惟一的标识符(IPv432bit)。作为网络层的主机标识，用于寻址，是逻辑地址，可根据需要来设置。MAC地址是物理地址(实际的、不变的)。IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers)进行分配6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连分类的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协议。子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC950]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。IP地址的编址方法经历的三个阶段：6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连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}::={网络地址,主机地址}确定对应某一网络的一条连接！net-id24bithost-id24bitnet-id16bitnet-id8bitIP地址中的网络号字段和主机号字段0A类地址host-id16bitB类地址C类地址011host-id8bitD类地址1110多播地址E类地址保留为今后使用1111001先按所要找的IP地址中的网络号net-id把目的网络找到。当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id将数据报直接交付给目的主机。按照整数字节划分net-id字段和host-id字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连路由器转发分组的步骤6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连10000000000010110000001100011111机器中存放的IP地址是32bit二进制代码10000000000010110000001100011111每隔8bit插入一个空格能够提高可读性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记法6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连常用的三种类别的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A126(27–2)112616,777,214B16,384(214)128.0191.25565,534C2,097,152(221)192.0.0223.255.2552546.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连(1)IP地址是一种分等级的地址结构。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6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连IP地址的一些重要特点(2)实际上IP地址是标志一个主机和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络时，该主机就必须同时具有两个相应IP地址，其网络号net-id不同。这种主机称为多接口主机(multihomedhost)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。6.2.1分类的IP地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连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。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。6.2.2IP地址与硬件地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连TCP报文IP数据报MAC帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上使用IP地址IP地址6.2.2IP地址与硬件地址6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连HA1HA5HA4HA3HA6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HA1HA5HA4HA3HA6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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1到HA3从HA4到HA5从HA6到HA2MAC帧MAC帧IP数据报从协议栈的层次上看数据的流动HA1HA5HA4HA3HA6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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1到HA3从HA4到HA5从HA6到HA2MAC帧MAC帧IP数据报从虚拟的IP层上看IP数据报的流动HA1HA5HA4HA3HA6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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1到HA3从HA4到HA5从HA6到HA2MAC帧MAC帧IP数据报在链路上看MAC帧的流动6.2.3地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP6.2因特网的网际协议IP第6章网络互连IP地址是主机在抽象的网络层中的地址，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。IP地址MAC地址地址解析协议ARP(AddressResolutionProtocol)6.2.3地址解析协议ARP和逆地址解析协议