计算机网络2012级第17讲

1计算机网络

（第十七讲）主讲：李勇二零一四年十一月2上次课主要内容路由器分组转发ARP协议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R2

IP1→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数据报在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报图中的IP1→IP2

表示从源地址IP1

到目的地址IP2

两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中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数据报路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择86、地址解析协议和逆地址解析协议地址解析协议ARP实现将IP地址转换成MAC地址的功能。逆地址解析协议RARP实现将MAC地址转换成IP地址的功能。IP地址物理地址ARP物理地址IP地址RARP96-1地址解析协议ARP基本思想ARP协议转换的基本思想如下：

1、事实上，IP地址是不能直接进行通信的，必须将IP地址转换成MAC地址后才能进行通信；

2、在主机的内部存在一个ARP高速缓存，每次数据传输时，主机到ARP高速缓存中查找目的主机IP地址对应的MAC地址，查到了，将IP地址转换成MAC地址；

3、如果没有查到，主机构造一个广播数据包，在该数据包中包含目的IP地址，将该广播包在网络中广播，称为ARP请求；

4、所有收到广播包的主机都将数据包中包含的IP地址与自己的IP地址做比较，不同，抛弃该数据包，相同，构造回应数据包，将自己的IP地址填入回应的数据包中，称为ARP回应；

5、发出广播包的主机收到回应包后，取出IP地址的同时，将其加入主机的ARP高速缓存中；

6、主机ARP的高速缓存都设置生存时间。10ARP响应AYXBZ主机B向A发送ARP响应分组主机A广播发送ARP请求分组ARP请求ARP请求ARP请求ARP请求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是209.0.0.5，硬件地址是00-00-C0-15-AD-18我想知道主机209.0.0.6的硬件地址我是209.0.0.6硬件地址是08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-18116-2ARP高速缓存的作用为了减少网络上的通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，就将自己的IP地址到硬件地址的映射写入ARP请求分组。当主机B收到A的ARP请求分组时，就将主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。这对主机B以后向A发送数据报时就更方便了。126-3应当注意的问题ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过

ARP

找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。136-3应当注意的问题（续）从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信，ARP协议就会自动地将该

IP

地址解析为链路层所需要的硬件地址。146-4使用ARP的四种典型情况发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用ARP找到目的主机的硬件地址。发送方是主机，要把IP数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。发送方是路由器，要把IP数据报转发到本网络上的一个主机。这时用ARP找到目的主机的硬件地址。发送方是路由器，要把IP数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。15什么我们不直接

使用硬件地址进行通信？由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。连接到因特网的主机都拥有统一的IP地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用ARP来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。166-5逆地址解析协议RARP

逆地址解析协议RARP使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址。这种主机往往是无盘工作站。因此RARP协议目前已很少使用。176-6ARP命令ARP命令举例18从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的IP地址变成为三级的IP地址。这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。5.2.3划分子网191-1子网划分的引入按照标准的A、B或者C类地址，可以很容易的获得IP中包含的网络地址；但按照A、B或者C类地址进行网络的IP地址设置，IP地址浪费很大。为解决此问题，引入了子网划分的概念。子网的划分是为解决IP地址浪费问题的一个有效手段。

20划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号

subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干个位。IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}1-2划分子网的基本思路21凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号

net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。最后就将IP数据报直接交付目的主机。1-3划分子网后的分组转发………145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到网络145.13.0.0的分组均到达此路由器我的网络地址是145.13.0.0R1R3R2网络145.13.0.0一个未划分子网的B类网络145.13.0.0划分为三个子网后对外仍是一个网络145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8………子网145.13.21.0子网145.13.3.0子网145.13.7.0所有到达网络145.13.0.0的分组均到达此路由器网络145.13.0.0R1R3R224从一个

IP

数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。使用子网掩码(subnetmask)可以找出IP地址中的子网部分。2、子网掩码252-1IP地址的各字段和子网掩码145.13.3.10两级IP地址子网号为3的网络的网络号三级IP地址主机号子网掩码net-idhost-id子网的网络地址1111111111111111

11111111000000000net-idsubnet-idhost-id145.13.145.13.33.1026(IP

地址)AND(子网掩码)=

网络地址网络号net-id主机号host-id两级IP地址网络号三级IP地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码子网的网络地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-id0逐位进行AND运算27111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111111111111000000000000000000000000net-idnet-idhost-id为全0net-id网络地址A类地址默认子网掩码255.0.0.0网络地址B类地址默认子网掩码255.255.0.0网络地址C类地址默认子网掩码255.255.255.0host-id为全0host-id为全0默认子网掩码282-2子网掩码是一个重要属性子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。29141.14.010000001111111111111111

11000000【例1】已知IP地址是141.14.72.24，子网掩码是255.255.192.0。试求网络地址。(a)点分十进制表示的IP地址(c)子网掩码是255.255.192.000000000141.14.

72.24141.14.64.0.001001000141.14..24(b)IP地址的第3字节是二进制(d)IP地址与子网掩码逐位相与(e)网络地址（点分十进制表示）30141.14.010000001111111111111111

11100000【例2】在上例中，若子网掩码改为255.255.224.0。试求网络地址，讨论所得结果。(a)点分十进制表示的IP地址(c)子网掩码是255.255.224.000000000141.14.

72.24141.14.64.0.001001000141.14..24(b)IP地址的第3字节是二进制(d)IP地址与子网掩码逐位相与(e)网络地址（点分十进制表示）不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。

31在不划分子网的两级IP地址下，从IP地址得出网络地址是个很简单的事。但在划分子网的情况下，从IP地址却不能唯一地得出网络地址来，这是因为网络地址取决于那个网络所采用的子网掩码，但数据报的首部并没有提供子网掩码的信息。因此分组转发的算法也必须做相应的改动。3、划分子网后的分组转发过程32在划分子网的情况下路由器转发分组的算法(1)从收到的分组的首部提取目的IP地址D。(2)先用各网络的子网掩码和D逐位相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。(3)若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4)对路由表中的每一行的子网掩码和

D逐位相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5)若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6)报告转发分组出错。128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0

子网掩码255.255.255.128128.30.33.130R1

的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址128.30.33.128

子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址128.30.36.0

子网掩码255.255.255.0128.30.36.12【例3】已知互联网和路由器R1中的路由表。主机H1向H2发送分组。试讨论R1收到H1

向H2发送的分组后查找路由表的过程。主机H1要发送分组给H2

128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0

子网掩码255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址128.30.33.128

子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址128.30.36.0

子网掩码255.255.255.0128.30.36.12要发送的分组的目的IP地址：128.30.33.138请注意：H1

并不知道

H2

连接在哪一个网络上。H1

仅仅知道

H2

的

IP

地址是128.30.33.138因此

H1

首先检查主机

128.30.33.138

是否连接在本网络上如果是，则直接交付；否则，就送交路由器

R1，并逐项查找路由表。128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2H1子网1：网络地址128.30.33.0

子网掩码255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址128.30.33.128

子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址128.30.36.0

子网掩码255.255.255.0128.30.36.12主机H1

首先将

本子网的子网掩码255.255.255.128

与分组的

IP

地址128.30.33.138逐比特相“与”(AND

操作)255.255.255.128AND128.30.33.138的计算255就是二进制的全1，因此255ANDxyz=xyz，这里只需计算最后的128AND138即可。128→10000000138→10001010逐比特AND

操作后：10000000→128255.255.255.128128.30.33.138128.30.33.128逐比特AND

操作

H1

的网络地址因此H1必须把分组传送到路由器R1

然后逐项查找路由表128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0

子网掩码255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址128.30.33.128

子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址128.30.36.0

子网掩码255.255.255.0128.30.36.12路由器R1收到分组后就用路由表中第1个项目的

子网掩码和128.30.33.138逐比特AND

操作128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址128.30.33.0

子网掩码255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址128.30.33.128

子网掩码255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址128.30.36.0

子网掩码255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128AND128.30.33.138=128.30.33.128不匹配!（因为128.30.33.128与路由表中的128.30.33.0不一致）R1

收到的分组的目的IP地址：128.30.33.138不一致路由器R1再用路由表中第2个项目的

子网掩码和128.30.33.138逐比特AND

操作128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未