计算机网络第五版课件第4章 网络层

1、计算机网络第 4章 网络层n本章最重要的概念是：nIP地址与物理地址的关系。n分类的IP地址(包括子网掩码)和无分类域间路由选择CIDR。n路由选择协议的工作原理。第4章 网络层.4 因特网控制报文协议因特网控制报文协议ICMPICMPn以小写字母i开始的。n以大写字母I开始的。4.1.2 中继设备中继设备 将网络互相连接起来要使用一些(或)，ISO的术语称之为(relay)系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种不同的中继系统。 （1）物理层中继系统，即(repeater)。 （2）数据链路层中继系统，即或(bridge)。 （3）网络层中继系统，即(router)。 （4）网桥和路由器

2、的混合物(brouter)。 （5）在网络层以上的中继系统称为(gateway)，也有人称之为网间连接器、信关或联网机。 中继器又称中继器又称“转发器转发器”，它是最简单的和最便宜，它是最简单的和最便宜的网间连接设备。中继器实现网络在物理层上的连接。的网间连接设备。中继器实现网络在物理层上的连接。在以太网中，它用于连接在以太网中，它用于连接CSMA/CD访问控制方式的访问控制方式的以太网络，当局域网网段的跨越距离过长，使得信号以太网络，当局域网网段的跨越距离过长，使得信号衰减，从而导致接收设备无法识别时，就应加装中继衰减，从而导致接收设备无法识别时，就应加装中继器，用来加强信号。由此可见，器，

3、用来加强信号。由此可见，中继器起到扩展网络中继器起到扩展网络连接距离和扩充工作站数目的作用连接距离和扩充工作站数目的作用；此外，；此外，中继器还中继器还起着接收、放大、整形和转发网络信息的作用起着接收、放大、整形和转发网络信息的作用。中继。中继器的外型就像一个小盒子，连接着两个网络电缆段。器的外型就像一个小盒子，连接着两个网络电缆段。它放大、整形、并且重新产生电缆上的数字信号；之它放大、整形、并且重新产生电缆上的数字信号；之后，按原来的方向重新发送该再生信号。后，按原来的方向重新发送该再生信号。一、中继器一、中继器(Repeater，又称转发器，又称转发器)1. 中继器的功能和使用方式中继器的

4、功能和使用方式2. 中继器的应用特点中继器的应用特点(1) 优点优点 中继器可以轻易的扩展网络的长度。中继器可以轻易的扩展网络的长度。 使用中继器网络传输性能基本不变。使用中继器网络传输性能基本不变。 安装简单、使用方便。安装简单、使用方便。 价格低廉，是最便宜的扩展网络距离的设备。价格低廉，是最便宜的扩展网络距离的设备。 可以连接使用不同传输介质的类型相似的网络，可以连接使用不同传输介质的类型相似的网络，但所连接的网段必须使用相同的介质访问控制方法。但所连接的网段必须使用相同的介质访问控制方法。例如，中继器可以将使用例如，中继器可以将使用UTP双绞线的以太网段与双绞线的以太网段与使用细同轴电

5、缆的以太网段连接在一起。使用细同轴电缆的以太网段连接在一起。(2) 缺点缺点 中继器用于有条件的同构型局域网中继器用于有条件的同构型局域网(即第即第27层使层使用相同或兼容协议用相同或兼容协议)之间的连接，不能用来连接异构型的之间的连接，不能用来连接异构型的网段。如：一个使用网段。如：一个使用CSMA/CD方法的以太网和一个使用方法的以太网和一个使用令牌环介质访问控制方法的两个网络连接时不能使用中令牌环介质访问控制方法的两个网络连接时不能使用中继器。而可以用中继器连接两个使用不同物理传输介质继器。而可以用中继器连接两个使用不同物理传输介质但使用相同介质访问控制方法的网络。但使用相同介质访问控制

6、方法的网络。 使用中继器连接的网络，不能进行通信分段，连使用中继器连接的网络，不能进行通信分段，连接后增加了网络的信息量，易发生阻塞。即中继器不能接后增加了网络的信息量，易发生阻塞。即中继器不能提供网段之间的隔离功能，通过中继器连接起来的网络提供网段之间的隔离功能，通过中继器连接起来的网络实际上在逻辑上是同一个网络。实际上在逻辑上是同一个网络。 许多类型的网络对可以同时使用中继器扩展网段许多类型的网络对可以同时使用中继器扩展网段数目和网络距离的数目都有所限制。例如，在以太网中，数目和网络距离的数目都有所限制。例如，在以太网中，使用使用5-4-3规则设计网络。按此规则，常规以太网中总规则设计网络

7、。按此规则，常规以太网中总共可以有共可以有5个网段、个网段、4个中继器和个中继器和3个连有客户机的网段。个连有客户机的网段。如果使用的中继器个数超过如果使用的中继器个数超过4个，即网段数目大于个，即网段数目大于5个将个将会影响以太网的冲突检测，并导致其他问题。会影响以太网的冲突检测，并导致其他问题。 中继器不对信号进行滤波和解释，只是完全重复中继器不对信号进行滤波和解释，只是完全重复(再生再生)信号，全方位传送所有的网络业务量信号，全方位传送所有的网络业务量(甚至是错误甚至是错误的的)。 中继器不需要任何来自数据帧的信息，原因是它中继器不需要任何来自数据帧的信息，原因是它只是完全地重复数据比特

8、。这就意味着如果数据不可靠只是完全地重复数据比特。这就意味着如果数据不可靠，中继器仍然重复它。例如：对于由于网络适配器故障，中继器仍然重复它。例如：对于由于网络适配器故障而产生的广播风暴，中继器也只是简单地重复。而产生的广播风暴，中继器也只是简单地重复。3. 中继器的使用、选择的注意事项中继器的使用、选择的注意事项 连接网段的接口。连接网段的接口。 网段的扩展距离。网段的扩展距离。 使用中继器时，应注意在同一网络的各段上不使用中继器时，应注意在同一网络的各段上不能使用不同的介质访问控制方法。能使用不同的介质访问控制方法。 集线器集线器(HUB)也称集中器，这里主要指共享式集也称集中器，这里主要

9、指共享式集线器。它工作在线器。它工作在OSI模型的第一层，即物理层，其作模型的第一层，即物理层，其作用与中继器类似，或者说，它就是用于用与中继器类似，或者说，它就是用于UTP双绞线的双绞线的多端口中继器。集线器的大小可以从多端口中继器。集线器的大小可以从4端口到几百个端口到几百个端口。这样的集线器就是中继器，它们以相同的方式端口。这样的集线器就是中继器，它们以相同的方式工作，遵循同样的规则。工作，遵循同样的规则。 共享式集线器的主要功能为组网、强化和转发信号共享式集线器的主要功能为组网、强化和转发信号、指示和隔离故障站点。、指示和隔离故障站点。 集线器按是否有集线器按是否有“源源”分为两种：分

10、为两种：“主动式主动式”，即有源即有源HUB(类似中继器，转发、再生所有的信号类似中继器，转发、再生所有的信号)和和“被动式被动式”，即无源，即无源HUB(不提供信号再生功能，仅不提供信号再生功能，仅连接电缆连接电缆)。 二、以太网集线器二、以太网集线器(Ethernet hub) 2. 集线器的应用特点集线器的应用特点(1) 优点优点 集线器安装极为简单，几乎不需要配置。集线器安装极为简单，几乎不需要配置。 主动式集线器可以扩展网络介质的极限距离。主动式集线器可以扩展网络介质的极限距离。 使用集线器的向上连接端口可以连接使用不同传输介质使用集线器的向上连接端口可以连接使用不同传输介质的类型相

11、似的网络的类型相似的网络(即互联的两个网络的即互联的两个网络的2-7层使用相同或层使用相同或兼容协议，例如，兼容协议，例如，10BASE2与与10BASE5网络网络)。(2) 缺点缺点 常用的集线器极大地限制了介质的极限距离，例如，常用的集线器极大地限制了介质的极限距离，例如，10BASE-T中的中的100m。 集线器没有数据过滤的功能，所以将收到的数据全部从集线器没有数据过滤的功能，所以将收到的数据全部从端口发出去，即不能进行通信分段，连接后增加了网络的端口发出去，即不能进行通信分段，连接后增加了网络的信息量，易发生阻塞。信息量，易发生阻塞。3. 集线器应用时应注意的因素集线器应用时应注意的

12、因素 集线器可以作为中继器使用，因此，使用集线器可以作为中继器使用，因此，使用集线器的网络也必须遵循中继器所遵循的集线器的网络也必须遵循中继器所遵循的5-4-3规规则，即级联时，最多串接则，即级联时，最多串接4个集线器。由于集线器个集线器。由于集线器工作在物理层，因此它也要求所连接的网段在物工作在物理层，因此它也要求所连接的网段在物理层以上使用相同或兼容协议。理层以上使用相同或兼容协议。 集线器应用时应考虑网络所使用的传输介集线器应用时应考虑网络所使用的传输介质。质。 集线器按照工作原理可以分为共享式和交集线器按照工作原理可以分为共享式和交换式两种，其中对应的主要设备分别为共享式集换式两种，其

13、中对应的主要设备分别为共享式集线器和交换机。线器和交换机。 三、三、 网桥网桥(Bridge)1. 网桥定义网桥定义 网桥一般是指用以连接在数据链路层以上具网桥一般是指用以连接在数据链路层以上具有相同协议的网络的软件和硬件。有相同协议的网络的软件和硬件。 网桥工作在网桥工作在OSI模型的第二层，即介质访问模型的第二层，即介质访问控制控制(MAC)子层。因此，网桥用于有条件同构型子层。因此，网桥用于有条件同构型局域网之间的连接局域网之间的连接(即第即第37层使用相同或兼容协层使用相同或兼容协议议)，不能用来连接异构型的网段。也就是说，网，不能用来连接异构型的网段。也就是说，网桥能够实现两个在物理

14、层或数据链路层使用不同桥能够实现两个在物理层或数据链路层使用不同协议的网络间的连接，例如，可以连接使用不同协议的网络间的连接，例如，可以连接使用不同传输介质和不同介质访问控制协议的两个网络。传输介质和不同介质访问控制协议的两个网络。2. 网桥的功能和作用网桥的功能和作用(1)网桥的功能网桥的功能 过滤和转发。过滤和转发。 学习功能。学习功能。 (2) 网桥在实际应用中的主要作用网桥在实际应用中的主要作用 网络分段。网络分段。 扩展网络的物理尺寸。扩展网络的物理尺寸。 网桥可以实现局域网网桥可以实现局域网(LAN)之间，以及远程之间，以及远程局域网和局域网之间的互相连接。局域网和局域网之间的互相

15、连接。 网桥可以连接使用不同传输介质的网络。网桥可以连接使用不同传输介质的网络。 例如：网桥可以实现同轴电缆以太网与双绞例如：网桥可以实现同轴电缆以太网与双绞线以太网的连接。线以太网的连接。(3) 在复杂网络环境中使用网桥的限制在复杂网络环境中使用网桥的限制 拥有网桥的网络通常不能使用备用通道。拥有网桥的网络通常不能使用备用通道。 网桥不能对网络进行分析，以实现继续传网桥不能对网络进行分析，以实现继续传输数据时的最快路由。在多种路由存在时，尤其输数据时的最快路由。在多种路由存在时，尤其是在那些路由较慢的广域网中，是在那些路由较慢的广域网中，“路由选择路由选择”功功能往往是最希望具备和最需要的能

16、力。能往往是最希望具备和最需要的能力。 网络不能过滤广播分组，因此，对于避免网络不能过滤广播分组，因此，对于避免广播风暴，网桥无能为力。广播风暴，网桥无能为力。3. 网桥的使用方式网桥的使用方式 网桥可以用来互联两个同类网络，例如，两个网桥可以用来互联两个同类网络，例如，两个以太网之间的互联。网桥使用时的最简单形式是使以太网之间的互联。网桥使用时的最简单形式是使用两端口的网桥互联两个局部网络。这种用网桥连用两端口的网桥互联两个局部网络。这种用网桥连接两个网络的方式与使用中继器连接相比较，其效接两个网络的方式与使用中继器连接相比较，其效率较高，因为网桥可以起隔离网络的作用，当网络率较高，因为网桥

17、可以起隔离网络的作用，当网络1和网络和网络2上的工作站各自访问自己的服务器时，它们上的工作站各自访问自己的服务器时，它们互不干扰，两个局域网都可同时工作，而用中继器互不干扰，两个局域网都可同时工作，而用中继器连接时则做不到这一点。当使用网桥时，一定要注连接时则做不到这一点。当使用网桥时，一定要注意它在网络中的位置。如果客户机都访问同一台服意它在网络中的位置。如果客户机都访问同一台服务器，则将网桥放置在这些客户机和服务器之间时务器，则将网桥放置在这些客户机和服务器之间时，不会带来好的通信效果。因此，只有放置合适的，不会带来好的通信效果。因此，只有放置合适的位置，才能取得最大的效率，例如：设计为最

18、佳位位置，才能取得最大的效率，例如：设计为最佳位置时，能够阻挡置时，能够阻挡70%的通信量进入分段后的网络。的通信量进入分段后的网络。4. 网桥的应用特点网桥的应用特点(1) 优点优点 网桥通过对不需要传递的数据进行过滤来网桥通过对不需要传递的数据进行过滤来实现对网络间的通信分段。实现对网络间的通信分段。 网桥可以连接两个使用不同传输介质，但网桥可以连接两个使用不同传输介质，但介质访问控制方式相似的网络。介质访问控制方式相似的网络。 特殊的网桥特殊的网桥(转换桥转换桥)可以连接不同类型的可以连接不同类型的网络。网络。 (2) 缺点缺点 由于网桥处理接收到的数据信息，因此，会降低网络由于网桥处理

19、接收到的数据信息，因此，会降低网络性能。性能。 网桥传递所有的广播。网桥传递所有的广播。 由于网桥具有比中继器更高的智能，因此价格比中继由于网桥具有比中继器更高的智能，因此价格比中继器贵。器贵。 网桥在将两个或多个微机局域网连接成一个大的网络网桥在将两个或多个微机局域网连接成一个大的网络时分解了网络的流量，提高了整体效率。但是，网桥没有时分解了网络的流量，提高了整体效率。但是，网桥没有路径选择的能力，在存在有多个路径时，网桥只使用某一路径选择的能力，在存在有多个路径时，网桥只使用某一固定的路径。固定的路径。 网桥连接两个网络时，要求被连接的网络在网桥连接两个网络时，要求被连接的网络在“数据链数

20、据链路层路层”以上的各层以上的各层(第第37层层)，采用相同或相兼容的协议，采用相同或相兼容的协议。 以太网交换式集线器又被称为以太网交换机，也以太网交换式集线器又被称为以太网交换机，也有的书把它称做有的书把它称做“智能型集线器智能型集线器”。由于它工作在数。由于它工作在数据链路层，因此又被称为第二层设备；另外，有些交据链路层，因此又被称为第二层设备；另外，有些交换机还具有第三层的部分功能。第二层的交换机具备换机还具有第三层的部分功能。第二层的交换机具备网桥的功能，即可以过滤以太网的数据帧，由于，它网桥的功能，即可以过滤以太网的数据帧，由于，它不向其他子网转发属于本子网内的数据帧，而只转发不向

21、其他子网转发属于本子网内的数据帧，而只转发需要转发的数据帧，因此可以显著提高网络的传输带需要转发的数据帧，因此可以显著提高网络的传输带宽。宽。 交换机相当于多端口的网桥，因此，人们又把交交换机相当于多端口的网桥，因此，人们又把交换机称为换机称为“网络开关网络开关”，在组建网络时，主要用它连，在组建网络时，主要用它连接集线器、服务器、多媒体工作站；或者用它来连接接集线器、服务器、多媒体工作站；或者用它来连接分散的主干网等，需要独立和专有带宽的场合。分散的主干网等，需要独立和专有带宽的场合。 四、以太网交换机四、以太网交换机(Ethernet Switching hub) 1. 以太网交换机的功能

22、以太网交换机的功能 第二层交换机是交换式局域网的主要设备，它第二层交换机是交换式局域网的主要设备，它的主要功能为增加传输带宽、降低网络传输的延迟的主要功能为增加传输带宽、降低网络传输的延迟、进行网络管理、选择网络传输线路等。、进行网络管理、选择网络传输线路等。 2. 以太网交换机的工作方式和分类以太网交换机的工作方式和分类 (1) 直通传送直通传送(Cut-Through) 直通式交换机，在收到以太网端口送来的信息之直通式交换机，在收到以太网端口送来的信息之后，首先，读取信息帧中的目的地址，接着就查询后，首先，读取信息帧中的目的地址，接着就查询端口地址映射表，如果与某站点地址相符就转发该端口地

23、址映射表，如果与某站点地址相符就转发该信息到相应的端口。由于此类交换机不对信息帧做信息到相应的端口。由于此类交换机不对信息帧做任何处理，因此，转发速度快，适用于碰撞率和误任何处理，因此，转发速度快，适用于碰撞率和误码率都较低的场合。码率都较低的场合。直通式交换机的优点是速度快、延迟小；缺点是可直通式交换机的优点是速度快、延迟小；缺点是可靠性差，交换控制器要求高，存在传输差错等。靠性差，交换控制器要求高，存在传输差错等。 (2) 存储转发存储转发(Store Forward) 存储转发式交换机，在接到信息帧之后，首存储转发式交换机，在接到信息帧之后，首先，将其存储到高速缓冲器中，其次，还要对有问

24、先，将其存储到高速缓冲器中，其次，还要对有问题的信息帧做过滤处理，最后才转发该信息帧，因题的信息帧做过滤处理，最后才转发该信息帧，因此，它的转发速度较直通式交换机慢，适用于碰撞此，它的转发速度较直通式交换机慢，适用于碰撞率和误码率都较高的场合。率和误码率都较高的场合。 存储转发式交换机的优点是可靠性较高、支存储转发式交换机的优点是可靠性较高、支持高速端口和不同速率的链路；缺点是延迟增加。持高速端口和不同速率的链路；缺点是延迟增加。3. 以太网交换机的应用特点以太网交换机的应用特点 可用带宽增加。可用带宽增加。 交换速度快，传输时间延迟大大降低。交换速度快，传输时间延迟大大降低。 管理和维护简单

25、。管理和维护简单。 扩展和兼容型好。扩展和兼容型好。 具有高带宽专用端口。具有高带宽专用端口。 允许允许10Mbit/s和和100Mbit/s等多种端口共存，等多种端口共存，可以充分保护已有投资。可以充分保护已有投资。五、五、 路由器路由器( (Routouter)r) 路由器一般是指用以连接两个以上复杂局域网路由器一般是指用以连接两个以上复杂局域网的软件和硬件。的软件和硬件。 路由器工作在路由器工作在OSI模型的第三层模型的第三层(网络层网络层)。由。由于，它比网桥工作在更高一层，因此，路由器的功于，它比网桥工作在更高一层，因此，路由器的功能比网桥更强。它除了具有网桥的全部功能外，还能比网桥

26、更强。它除了具有网桥的全部功能外，还具有路径选择功能。当要求通信的工作站分别处于具有路径选择功能。当要求通信的工作站分别处于两个以上的局域网，且两个工作站之间存在多条通两个以上的局域网，且两个工作站之间存在多条通路时，路由器可根据当时网络上的信息拥挤程度而路时，路由器可根据当时网络上的信息拥挤程度而自动地选择传输效率比较高的路径。因此，如果某自动地选择传输效率比较高的路径。因此，如果某条通信通路不能工作时，路由器可以自行选择其他条通信通路不能工作时，路由器可以自行选择其他可用通道传递信息。可用通道传递信息。2. 路由器的工作方式路由器的工作方式 从物理结构上看，路由器和网桥没有什么从物理结构上

27、看，路由器和网桥没有什么差别，它们都是由软件和硬件两部分组成的。差别，它们都是由软件和硬件两部分组成的。 路由器能在多个网络和介质之间提供网络互联路由器能在多个网络和介质之间提供网络互联的能力，用路由器可以实现多个网络的相互连的能力，用路由器可以实现多个网络的相互连接；也可以实现远程工作站对局域网的访问。接；也可以实现远程工作站对局域网的访问。路由器连接的网络中有一个选择最短路径进行路由器连接的网络中有一个选择最短路径进行通信的问题，如果某条通道坏了，有选择另一通信的问题，如果某条通道坏了，有选择另一条通道把信息传送出去的能力，我们称之为条通道把信息传送出去的能力，我们称之为“路由路径选择路由

28、路径选择”。3. 路由器的分类路由器的分类 近程路由器和远程路由器。近程路由器和远程路由器。 内部路由器和外部路由器。内部路由器和外部路由器。 “静态静态”路由器和路由器和“动态动态”路由器。路由器。 单协议路由器和多协议路由器等。单协议路由器和多协议路由器等。4. 路由器的功能与特征路由器的功能与特征5. 路由器的使用特点路由器的使用特点(1)使用路由器的优点使用路由器的优点(2) 使用路由器的缺点使用路由器的缺点(1)使用路由器的优点使用路由器的优点 可以合理、智能地选择最佳路径。可以合理、智能地选择最佳路径。 路由器也可以作为网桥，以便处理不可路由器也可以作为网桥，以便处理不可“路路由由

29、”的协议，例如：的协议，例如：NetBEUI。 实现各异构网实现各异构网(13层使用不同协议层使用不同协议)间的互间的互联。例如，连接使用不同传输介质和不同介联。例如，连接使用不同传输介质和不同介质访问控制方法的网络。质访问控制方法的网络。 使用路由器可使互联网络保持自己的管理控使用路由器可使互联网络保持自己的管理控制范围，保证网络的安全。制范围，保证网络的安全。 路由器可以作为防火墙使用，限制局域网内路由器可以作为防火墙使用，限制局域网内部对外网部对外网(因特网因特网)和外网对局域网内部的访和外网对局域网内部的访问，起到网络屏障的作用。问，起到网络屏障的作用。(2) 使用路由器的缺点使用路由

30、器的缺点 使用较多的时间进行处理，致使网络传输性使用较多的时间进行处理，致使网络传输性能下降。能下降。 安装和维护困难。安装和维护困难。 价格较高。价格较高。 路由器连接网络时，所连接的网络要求在网路由器连接网络时，所连接的网络要求在网络层以上的各层络层以上的各层(第第47层层)采用相同或相兼容的采用相同或相兼容的协议。协议。六、六、 网桥路由器网桥路由器(BRouter) 网桥路由器是一种可以起网桥作用的路由器。网桥路由器是一种可以起网桥作用的路由器。网桥路由器根据网络协议信息进行分组的传递。网桥路由器根据网络协议信息进行分组的传递。遇到某些分组不能得到网络层的支持，网桥路由遇到某些分组不能

31、得到网络层的支持，网桥路由器就采用设备地址传递这个分组。器就采用设备地址传递这个分组。 如果用户需要把两个采用可以进行路由选择的如果用户需要把两个采用可以进行路由选择的协议协议(例如：例如：TCP/IP)和不可以进行路由选择的协和不可以进行路由选择的协议议(例如：例如：NetBEUI)的网络连接起来，则必须使用的网络连接起来，则必须使用网桥路由器。这样用户既采用了路由器子网的长网桥路由器。这样用户既采用了路由器子网的长处，也保留了网桥全连接的特点。处，也保留了网桥全连接的特点。七、七、 网关网关( (Gatatewaway) )1. 网关的定义网关的定义 网关一般是指用以连接异构网网关一般是指

32、用以连接异构网(通常指异种网络通常指异种网络操作系统操作系统)的软件，而不是指它的物理设备。一般的软件，而不是指它的物理设备。一般PC机、工作站或小型机都可以作为网关的硬件平机、工作站或小型机都可以作为网关的硬件平台。台。 2. 网关的功能网关的功能3. 网关的使用网关的使用 当两个完全不同的网络当两个完全不同的网络(即，不仅硬件不同，即，不仅硬件不同，整体结构、数据类型和通信协议也可以完全不同整体结构、数据类型和通信协议也可以完全不同)连接时，通常使用网关。连接时，通常使用网关。 网关工作在网关工作在OSI七层模型的高三层，即会话七层模型的高三层，即会话层、表示层和应用层；或者说，网关使用了

33、层、表示层和应用层；或者说，网关使用了OSI模型的所有层，但它主要应用在会话层、表示层模型的所有层，但它主要应用在会话层、表示层和应用层。用中继器、网桥、交换机、或者路由和应用层。用中继器、网桥、交换机、或者路由器连接网络时，对连接双方的高层协议都有所规器连接网络时，对连接双方的高层协议都有所规定，相同时才能连接，而网关则容许使用不同的定，相同时才能连接，而网关则容许使用不同的高层协议，它为互联网络双方的高层提供了协议高层协议，它为互联网络双方的高层提供了协议的转换功能。所以网关又称为的转换功能。所以网关又称为“协议转换器协议转换器”。其作用像一个其作用像一个“翻译翻译”。4.2 因特网的网际

34、协议IPnIP协议配套使用的有下述四个协议。ARP (Address Resolution Protocol)RARP (Reverse Address Resolution Protocol)ICMP (Internet Control Message Protocol)IGMP (Internet Group Management Protocol)。网际协议网际协议 IP 及其配套协议及其配套协议 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IGMP4.2.1 分类的分类的 IP 地

35、址地址1. IP 地址及其表示方法地址及其表示方法 n我们把整个因特网看成为一个单一的、抽我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的界范围是唯一的 32 bit 的标识符。的标识符。nIP 地址现在由因特网名字与号码指派公司地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分进行分配配 IP 地址的编址方法地址的编址方法 n分类的分类的

36、IP 地址地址。这是最基本的编址。这是最基本的编址方法，在方法，在 1981 年就通过了相应的标年就通过了相应的标准协议。准协议。n子网的划分子网的划分。这是对最基本的编址方。这是对最基本的编址方法的改进，其标准法的改进，其标准RFC 950在在 1985 年通过。年通过。n构成超网构成超网。这是比较新的无分类编址。这是比较新的无分类编址方法。方法。1993 年提出后很快就得到推年提出后很快就得到推广应用。广应用。IP 地址 := , 分类分类 IP 地址地址 n每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中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一个字段是网络号 net-id，

37、它标志主机（或路由，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）。，它标志该主机（或路由器）。n两级的两级的 IP 地址可以记为：地址可以记为：:= 代表“定义为”net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1

38、 1 101net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id

39、16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为

40、3 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id1

41、6 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为

42、1 字节net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址

43、01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101E 类地址保留为今后使用 路由器转发分组的步骤路由器转发分组的步骤 n先按所要找的先按所要找的 IP 地址中的网络号地址中的网络号 net-id 把目把目的网络找到。的网络找到。n当分组到达目的网络后，再利用主机号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。将数据报直接交付给目的主机。n按照整数字节划分按照整数字节划分 net-id 字段和字段和 host-id 字段，字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地就可以使路由器在收到一

44、个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。将地址中的网络号提取出来。 n在主机或路由器中存放的在主机或路由器中存放的IP地址都是地址都是32 bit的二进制代码。为了提高可读性，在写出的二进制代码。为了提高可读性，在写出给人看的给人看的IP地址时，往往每隔地址时，往往每隔8 bit插入一个插入一个空格。但这样还是不方便。于是我们常常将空格。但这样还是不方便。于是我们常常将32 bit的的IP地址中的每地址中的每8 bit用其等效的十进用其等效的十进制数字表示，并且在这些数字之间加上一个制数字表示，并且在这些数字之间加上一个点。这就叫做点。这就叫做(dotted decimal notatio

45、n)。下图表示了这种方法，。下图表示了这种方法，这是一个这是一个B类类IP地址。地址。点分十进制记法点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 bit 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 bit 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1 128 11 3 31 将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数22常用的三种类别的常用的三种类别的I IP地址地址nA类地址的类地址的net-id字段占一个字节，只有字段占一个字节，只有

46、7个比特可供使用。个比特可供使用。n整个整个A类地址空间共有类地址空间共有231 (2147483648)个个地址。地址。nB类地址的类地址的net-id字段有字段有2字节，但前面两字节，但前面两个比特个比特(1 0)已经固定了，只剩下已经固定了，只剩下14个比特可以个比特可以变化。变化。nC类地址有类地址有3个字节的个字节的net-id字段，最前面字段，最前面的的3个比特是个比特是(1 1 0)，还有，还有21个比特可以变化，个比特可以变化，因此因此C类地址的网络总数是类地址的网络总数是2097152 (221)(这里这里也不需要减也不需要减2)。每一个。每一个C类地址的最大主机数类地址的最

47、大主机数是是254，即，即(28 2)。整个。整个C类地址空间共有类地址空间共有536870912 (229)个地址。个地址。2. 常用的三种类别的常用的三种类别的 IP 地址地址 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 A 126 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383 (214-1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221-1) 192.0.1 223.255.255 254IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点 (1) IP 地址是一种分

48、等级的地址结构。分两个地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：等级的好处是：n第一，第一，IP 地址管理机构在分配地址管理机构在分配 IP 地址时只地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址地址的管理。的管理。n第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络第二，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，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。从

49、而减小了路由表所占的存储空间。 IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点 (2) 实际上实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。器）和一条链路的接口。 n当一个主机同时连接到两个网络上时，该当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，地址，其网络号其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机必须是不同的。这种主机称为多接口主机称为多接口主机(multihomed host)。n由于一个路由器至少应当连接到两个网络由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将（这样它才能将 IP

50、 数据报从一个网络转发数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的当有两个不同的 IP 地址。地址。 IP 地址的一些重要特点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网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号有同样的网络号 net-id。(4) 所有分配到网络号所有分配到网络号 net-id 的网络，范围的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。范围的广域网，都是平等的。 互

51、联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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 n

52、et-id互联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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

53、地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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

54、就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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。

55、图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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

56、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 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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

57、个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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

58、接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 BR1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.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

59、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。4.2.2 IP地址与硬件地址n下图说明了主机的与的区别。从层次的角度看，。 IP 地址与硬件地址 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。因而在。n下图画的是三个局域网用两个路由器R1和R2互连起来。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HA1HA5H

60、A4HA3HA6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 R2 IP1 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