网络互连的概念--第6章-网络互连

第6章网络互连海南大学信息科学技术学院基本内容网络互连的概念，IP协议、IP地址、IP数据报的格式、子网划分及子网掩码的设置、IP地址和物理地址的关系，控制报文协议，路由选择协议：内部网关协议RIP、OSPF，外部网关协议BGP，网络互联设备。重点掌握IP协议、IP地址、IP数据报的格式、子网划分及子网掩码的设置、IP地址和物理地址的关系，路由选择协议：内部网关协议RIP、OSPF，外部网关协议BGP。6.1网络互联的概念多种网络类型的存在不同的应用要求由不同的网络支持处于不同网络上的用户有互相通信的要求处于同一网络上的用户有使用另一网络上资源的需求网络互联的必要性网络的差异地址方案不同最大报文长度不同网络的存储机制不同超时不同错误恢复不同路由技术不同用户访问控制不同使用的连接方式不同网络互连设备将网络互相连接起来的设备，称为中继（relay）系统，根据中继系统所处的层次的不同，可有以下五种中继系统：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）。兼有网桥和路由器的功能。在网络层以上的中继系统：网关（gateway）。主要实现高层协议的转换。面向连接的网络互连面向无连接的网络互连6.2因特网的网际协议IPIP协议因特网控制报文协议(ICMP)地址解析协议(ARP)逆地址解析协议(RARP)应用层传输层网络层接口层硬件唯一编址使得端系统间的通信称为可能引入TCP/IP地址主机B主机A公司A公司B172.16.3.1010.250.8.1132Bits网络号主机号IP地址IP地址32Bits网络号主机号8Bits8Bits8Bits8Bits10101100000100001100110001111010IP地址32Bits网络号主机号8Bits172. 16.122.2048Bits8Bits8Bits1010110000010000110011000111101000000000~11111111(二进制)–––

0~255(十进制)A类:B类:C类:D类:组播地址

E类:保留为今后使用N=网络号H=主机号IP地址分类NHHHNNHHNNNHIP地址比特模式1724A类:#Bits0网络#主机#1724ClassA:#Bits1416ClassB:#Bits0网络#主机#1网络#主机#02IP地址比特模式1724ClassA:#Bits1416ClassB:#Bits3218ClassC:#Bits0网络#主机#1网络#主机#01网络#主机#102IP地址比特模式ClassD:#Bits11101ClassE:#Bits11111组播地址预留今后用IP地址比特模式网络172.16.0.0主机0.0.3.10主机0.0.3.15172.16.0.0IP地址举例172.16.3.10172.16.3.15根据高位比特判断地址类型高位比特十进制地址类型010110111011111–126128–191192–223224–239240–255ABCDE网络127.0.0.0留作广播用，地址127.0.0.1常用来指本地主机网络和主机号地址类型网络号码主机号码ABC12616,3842,097,15216,777,21465,534254网络126=27-1(127.0.0.0Reserved)16384=2142,097,152=221主机16,777,214=224-265,534=216-2254=28-2地址类型网络号主机号10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10A练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10A10.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10A0.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10AB0.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10AB128.63.0.00.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10AB0.0.2.100128.63.0.00.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABC0.0.2.100128.63.0.00.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABC201.222.5.00.0.2.100128.63.0.00.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABC0.0.0.64201.222.5.00.0.2.100128.63.0.00.2.1.110.0.0.0练习：IP地址分类AddressClassNetworkHost10.2.1.1128.63.2.100201.222.5.64192.6.141.2130.113.64.16256.241.201.10ABCCB0.0.64.16130.113.0.00.0.0.2192.6.141.00.0.0.64201.222.5.00.0.2.100128.63.0.00.2.1.110.0.0.0Nonexistent00000000~11111111(二进制)–––0~255(十进制)练习：IP地址分类ARP协议－－提出问题IP地址将不同的物理地址统一起来，将物理地址隐藏．上层软件使用IP地址标识节点只有两台机器知道物理地址时才能进行实际的通信分组到达目的物理网络后，发送分组的计算机需把目的主机的IP地址映射到它的物理地址上需经中介路由器的发送，发送方必须将中介路由器的IP地址映射到它的物理地址上IP地址到物理地址映射的方法表格方式--在主机中建立IP地址—物理地址的映射表--需人工建立，人工维护直接映射--对可自由配置而且短的物理地址，编入IP地址码中--PA=f(IA)动态绑定--解决范围大、物理地址固定，接口更换时物理地址跟随变化的问题--ARP协议ARP的基本思想RARP的基本思想IP数据报的格式#Bits61632416632版本首部长度服务类型总长度标识标志片偏移生存时间4#Bits163241632协议首部校验和源地址目的地址可选字段数据4

网络头报文头帧尾帧头数据数据报分片的原因分片重组数据报分片后，每片都作为独立的数据包传送，一直等到到达目的主机后才对它们重组缺点：在通过小MTU时不重组，造成在以后的传输中传送小报文，效率下降；丢失一个分片就不能重组报文．优点：数据报分片独立选路；不要求路由器对分片存储或重组6.3划分子网和子网掩码主机地址172.16.2.2172.16.3.10172.16.12.12IP:172.16.2.110.1.1.110.250.8.1110.180.30.118IP:10.6.24.2E0E1172.161212网络主机..网络接口172.16.0.010.0.0.0E0E1路由表网络172.16.0.0172.16.0.0标准地址网络172.16.0.0带子网的地址172.16.1.0172.16.2.0172.16.3.0172.16.4.0CompanyA172.18.0.0172.16.0.0172.17.0.0子网地址172.16.?.200172.16.?.2172.16.?.160172.16.?.5172.16.?.100172.16.?.150E0E1网络接口172.16.0.0172.16.0.0E0E1路由表172.16.2.200172.16.2.2172.16.2.160IP:172.16.2.1172.16.3.5172.16.3.100172.16.3.150IP:172.16.3.1E0E1172.162160网络号主机号..子网号172.163100网络号主机号..子网号网络接口172.16.2.0172.16.3.0E0E1新的路由表子网掩码1721600IP

地址NetworkHost172160025525500IP

地址默认子网掩码NetworkHostNetworkHost子网掩码1721600255255002552552550IP

地址默认子网掩码附加的8位子网掩码NetworkHost从主机号码中拿出８位作为网络号NetworkHostNetworkSubnetHost子网掩码比特串对应的十进制1 0 0 0 0 0 0 0 = 1281 1 0 0 0 0 0 0 = 1921 1 1 0 0 0 0 0 = 2241 1 1 1 0 0 0 0 = 2401 1 1 1 1 0 0 0 = 2481 1 1 1 1 1 0 0 = 2521 1 1 1 1 1 1 0 = 2541 1 1 1 1 1 1 1 = 255128 64 32 16 8 4 2 1网络主机172.16.2.160255.255.0.017216001010110011111111101011000001000011111111000100000000000000000000101000000000000000000000默认方式下，没采用子网00000010无子网的标准地址NetworkHost172.16.2.160255.255.255.01721620Subnet11111111111111110000000011111111网络号增加了8位1010110010101100000100000001000000000010101000000000000000000010带子网的子网掩码NetworkHost172.16.98.160255.255.224.017216960Subnet11111111111111110000000011100000网络号码可增加可变位数1010110010101100000100000001000001100000101000000000000001100010带子网的子网掩码比特串对应的十进制1 0 0 0 0 0 0 0 = 1281 1 0 0 0 0 0 0 = 1921 1 1 0 0 0 0 0 = 2241 1 1 1 0 0 0 0 = 2401 1 1 1 1 0 0 0 = 2481 1 1 1 1 1 0 0 = 2521 1 1 1 1 1 1 0 = 2541 1 1 1 1 1 1 1 = 255128 64 32 16 8 4 2 1练习：子网掩码AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0B练习：子网掩码AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0B172.16.2.0练习：子网掩码AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0BA172.16.2.0练习：子网掩码AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0BA172.16.2.010.12.0.010.13.24.20255.252.0.0111111111111110000000000000000000000101000001010000011010000110000000000000101000000000000011000

10.12.0.0练习：子网掩码AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0BAA172.16.2.010.12.0.0练习：子网掩码AddressSubnetMaskClassSubnet172.16.2.1010.13.24.2010.30.36.12255.255.255.0255.252.0.0255.255.255.0BAA172.16.2.010.12.0.010.30.36.0练习：子网掩码设计子网Othersubnets20个子网每个子网5台主机C类地址:201.222.5.0201.222.5.16201.222.5.32201.222.5.4820个子网子网占5位

25=32个子网每个子网5台主机主机号占3个比特

23-2=6主机IP主机地址: 201.222.5.121子网掩码:255.255.255.248NetworkSubnetHost2012225120201.222.5.121:1100100111111111Subnet:11001001110111101101111011111111000001010000010111111111011110011111100001111000255.255.255.248:C类子网举例子网地址=201.222.5.120主机地址=0.0.0.1范围=201.222.5.121–201.222.5.126广播地址=201.222.5.127子网占５位IP主机地址: 172.16.2.120子网掩码:255.255.255.0子网地址=172.16.2.0主机地址=172.16.2.1–172.16.2.254广播地址=172.16.2.255子网占8位NetworkSubnetHost1721620172.16.2.120:255.255.255.0:1010110011111111Subnet:10101100000100000001000011111111000000100000001011111111011110010000000000000000C类子网举例IP地址与硬件地址物理地址是在单个网络内部对一个计算机进行寻址时所使用的地址。在局域网中物理地址被固化在网卡的ROM中，物理地址也称为硬件地址或MAC地址。IP地址有32bit，物理地址有48bit。在IP层的抽象互连网上，我们看到的是IP数据报，在数据报的首部中写明源地址和目的地址。在具体的物理网络的链路层，我们看到的是MAC帧（在X.25网的链路层则是HDLC帧），IP数据报被封装在MAC帧里面。互连在一起的网络的硬件地址体系可能各不相同，但IP层抽象的互连网却屏蔽了下层的这些很复杂的细节。IP地址与物理地址的区别6.4因特网控制报文协议ICMP应用层传输层网络层接口层硬件ICMP目的地不可达Echo(Ping)其它ICMP消息携带在IP数据报中，用来发送错误和控制消息IP和ICMP的关系

IP层提供尽力传递服务，出现并检测到差错时：丢弃差错分组，并发送一个差错报文ICMP。有的差错并不发送差错报文如校验和错误、ICMP分组错误等。ICMP报文被封装在IP分组中进行传递。

应用层传输层网络层接口层硬件ICMP目的地不可达Echo(Ping)其它·

目的地不可达·

超时·

参数出问题·

Echo请求·

Echo应答·

请求信息·

应答信息·

请求地址·

应答地址因特网控制报文协议测试ICMP目的地不可达主机或端口不可达网络不可达HostA不知如何到达Z.发送ICMP消息.ToZ目的地不可达发送数据到Z.数据网络由Ping命令得出的结果A可以.B可达否?B测试ICMP由Ping命令得出的结果A可以.B可达否?B测试ICMPICMPEchoRequest由Ping命令得出的结果A可以.B可达否?B测试ICMPICMPEchoRequestICMPEchoReply6.5因特网的路由选择协议功能：将分组从源端机器经选定路由送到目的端机器路由选择算法数据报和虚电路采用不同的选择方法子网采用数据报方式，每个包都要做路由选择；子网采用虚电路方式，只需在建立连接时做一次路由选择。希望具有的特征：正确性、简单性、健壮性、稳定性、公平性和最优性公平性与最优性之间的矛盾算法分类：非自适应算法

静态路由算法自适应算法

动态路由算法动态与静态路由动态路由路由选择器自动共享路由信息自动构造路由表需要一个路由协议，如RIP或OSPF需要第三方路由选择器静态路由路由选择器不共享路由信息手工构造路由表动态和静态路由选择器没有跟踪信息由配置成多宿主机系统的WindowsNT支持。内部网关协议RIP距离向量算法原理：让每个路由器维护一张向量表，表中给出每个目的地已知的最佳距离和线路通过与相邻路由器交换信息来更新表的信息应用：ARPANET、因特网、DECNet、NovellIPX、CiscoRouters等算法描述：每个路由器维护一张表，表中给出了到每个目的地的已知最佳距离和线路，并通过与相邻路由器交换距离信息来更新表；以子网中其它路由器为表的索引，表项包括两部分：到达目的结点的最佳输出线路，和到达目的结点所需时间或距离；距离向量算法算法描述：每隔一段时间，路由器向所有邻居结点发送它到每个目的结点的距离表，同时它也接收每个邻居结点发来的距离表；邻居结点X发来的表中，X到路由器i的距离为Xi，本路由器到X的距离为m，则本路由器经过X到i的距离为Xi+m。根据不同邻居发来的信息，计算Xi+m，并取最小值，更新本路由器的路由表；注意：本路由器中的老路由表在计算中不被使分析距离向量路由选择算法无穷计算问题算法的缺陷：算法收敛较慢。（对好消息反应迅速，对坏消息反应迟钝）水平分裂算法–解决“坏消息”反应慢的问题特点：到X的距离并不向真正通向X的邻居节点报告（报告为无穷大）失败的情况：RIP：请求路由信息格式Routerequest6*4=24byte32bitRIP：广播路由信息格式Routereply6*4=24byte32bit内部网关协议/外部网关协议开放最短路径优先(OSPF)工作原理支持3种类型的连接和网络点-点、LAN、WAN多路访问OSPF所做的工作，就是用图形代表实际的网络，并计算从每个路由器到其他路由器的最佳路径管理AS区域、主干（区域0）3种可能的路由：区域内、区域间和AS间要区分4类路由器与邻接路由器通过交换链接状态信息来更新路由5类OSPF消息内部网关路由选择协议:OSPF5种类型OSPF消息边界网关协议:用于AS之间必须大量考虑策略路由限制的例子策略由手工配置从BGP观点,网络分三类:支线网络多连接网络中转网络属于距离矢量协议记录使用确切路由外部网关路由选择协议:BGP思考题1．在B类地址中，哪些8位位组表示网络ID?哪些表示主机ID?2．在C类地址中；哪些8位位组表示网络ID?哪些表示主机ID?3．什么时侯需要网络ID?4．子网掩码的用途是什么?什么需要子网掩码?5．什么时候必须使用子网掩码?6.ARP协议工作原理是什么？6.6综合应用举例——中小规模局域网组建

知识点回顾：①第四章局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、介质访问控制方式以及相关标准和协议等。

深入调查，了解需求组网的主要技术环节：②第六章网络互连：路由协议、IP地址、接入Internet等。综合分析，确定性能网络选型，设计拓朴接入Internet安装、配置、调试划分子网，分配IP地址6.6.1背景——现状及未来某单位有三栋建筑：1号楼、2号楼、3号楼，每栋楼直线相距50米。现有电脑50台，未来3~5年增加到100台左右。1号楼:3层办公楼20台电脑2号楼:5层研发部(3楼）、供销部等部门3号楼:5层生产车间10台电脑现有20台电脑未来3~5年增加到70左右6.6.2需求分析及带宽估算共享软、硬件资源。在局域网内实现实时音频、视频服务，研发部内部能够互相传输CAD图片。每间办公室、每个车间都有一个信息点。实现Internet的接入和网上信息发布。1.总体需求2.带宽估算比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽，再到主干带宽的推算方法，这里采用一个简单的粗略估算方法：假设所有用户同时并发，每个视频流需要占用带宽200Kbps，则主干带宽为：当前需求：200Kbps×50≈10Mbps未来需求：200Kbps×100≈20Mbps6.6.3网络选型可选择的组网技术有：Ethernet、TokenRing、TokenBus、ATM等。首选方案：以太网技术。TokenRing、TokenBus技术近年已经逐渐退出市场，很少采用。ATM技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、价格昂贵，在局域网中的应用不多。Ethernet技术经过多年的发展，已经在传统的10M以太网的基础上开发出100M、1G、10G以太网，技术较成熟，价格适中，在局域网中应用广泛。网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（通常冗余30~50%）、价格适中。以太网的选型10BASE以太网，10Mbps，技术简单，设备便宜，基本满足当前需求。100BASE以太网，100Mbps，技术成熟，设备价格适中，能满足当前和未来一段时期的发展需求。1Gbps以太网，技术成熟，设备较贵，大大超出需求。首选方案：100BASE以太网6.6.4拓朴结构和媒体选择考虑到传输实时音频、视频的需求，若采用一级交换机的星形结构，则中心