第5章網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與IP地址

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,四川師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院,第5章 網(wǎng)絡(luò)互連,第,5章 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),5.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備,將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些,中間設(shè)備,(或,中間系統(tǒng),)，,ISO,的術(shù)語稱之為,中繼,(,relay),系統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次，可以有以下五種不同的中繼系統(tǒng)。,（1）物理層中繼系統(tǒng)，即,轉(zhuǎn)發(fā)器,(,repeater)、,集線器。實(shí)現(xiàn)范圍的擴(kuò)大,（2）,數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即,網(wǎng)橋,或,橋接器,(,bridge)，,二層交換機(jī)。實(shí)現(xiàn)簡單協(xié)議的轉(zhuǎn)換,（3）,網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即,路由器,(,router)，,三層交換機(jī)。,

2、（4）,網(wǎng)橋和路由器的混合物,橋路器,(,brouter,)。,（5）,在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)稱為,網(wǎng)關(guān),(,gateway)，,也有人稱之為網(wǎng)間連接器、信關(guān)或聯(lián)網(wǎng)機(jī)。,5.2 因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議,IP,IP,協(xié)議配套使用的有下述四個(gè)協(xié)議。,地址解析協(xié)議,ARP(Address Resolution Protocol),逆地址解析協(xié)議,RARP(Reverse Address Resolution Protocol),因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議,ICMP(Internet Control Message Protocol),因特網(wǎng)組管理協(xié)議,IGMP(Internet Group Management

3、Protocol),圖7-6畫出了這四個(gè)協(xié)議和網(wǎng)際協(xié)議,IP,的關(guān)系。,5.2.1 分類,IP,地址,1,IP,地址及其表示方法,IP,地址:=,(7-1),圖7-7給出了各種,IP,地址的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機(jī)號字段，這里,A,類、,B,類和,C,類地址是最常用的。,路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的步驟是：,（1）先按所要找的,IP,地址中的網(wǎng)絡(luò)號,net-id,把目的網(wǎng)絡(luò)找到。,（2）當(dāng)分組到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)后，再利用主機(jī)號,host-id,將數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī)。,從,IP,地址的結(jié)構(gòu)來看，,IP,地址并不只是一個(gè)主機(jī)的號，而是指出了連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)主機(jī)。,在主機(jī)或路由器中存放的,IP,地址都是32,bi

4、t,的二進(jìn)制代碼。為了提高可讀性，在寫出給人看,的,IP,地址時(shí)，往往每隔8,bit,插入一個(gè)空格。但這樣還是不方便。于是我們常常將32,bit,的,IP,地址中的每8,bit,用其等效的十進(jìn)制數(shù)字表示，并且在這些數(shù)字之間加上一個(gè)點(diǎn)。這就叫做,點(diǎn)分十進(jìn)制記法,(,dotted decimal notation)。,圖7-8表示了這種方法，這是一個(gè),B,類,IP,地址。,2常用的三種類別的,IP,地址,A,類地址的,net-id,字段占一個(gè)字節(jié)，只有7個(gè)比特可供使用。,整個(gè),A,類地址空間共有2,31,(2147483648)個(gè)地址。,B,類地址的,net-id,字段有2字節(jié)，但前面兩個(gè)比特(1

5、 0)已經(jīng)固定了，只剩下14個(gè)比特可以變化。,C,類地址有3個(gè)字節(jié)的,net-id,字段，最前面的3個(gè)比特是(1 1 0)，還有21個(gè)比特可以變化，因此,C,類地址的網(wǎng)絡(luò)總數(shù)是2097152(2,21,)(這里也不需要減2)。每一個(gè),C,類地址的最大主機(jī)數(shù)是254，即(2,8,2)。整個(gè),C,類地址空間共有536870912(2,29,)個(gè)地址。,表7-1所示的,IP,地址的使用范圍。,IP,地址具有以下一些重要特點(diǎn)：,（1）每一個(gè),IP,地址都由網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號兩部分組成。,（2）,IP,地址的這種結(jié)構(gòu)和電話號碼(這里指的是固定電話)的等級結(jié)構(gòu)雖然有相似之處，但并不完全一樣。,（3）當(dāng)一個(gè)主機(jī)

6、同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的,IP,地址，其網(wǎng)絡(luò)號,net-id,是不同的。這種主機(jī)稱為,多歸宿主機(jī),(,multihomed,host)，,或,多接口主機(jī),。,（4）按照因特網(wǎng)的觀點(diǎn)，,用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò),，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號,net-id。,（5）,在,IP,地址中，所有分配到網(wǎng)絡(luò),號,net-id,的網(wǎng)絡(luò)都是平等的。,圖7-9畫出了3個(gè)局域網(wǎng)(,LAN,1,LAN,2,和,LAN,3,),通過3個(gè)路由器(,R,1,R,2,和,R,3,),互連起來所構(gòu)成的一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)(此互聯(lián)網(wǎng)用虛線圓角方框表示)。,應(yīng)當(dāng)注意到：,（1）在

7、同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的,IP,地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的。,（2）用網(wǎng)橋(它只在鏈路層工作)互連的網(wǎng)段仍然是一個(gè)局域網(wǎng)，只能有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號。,（3）路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的,IP,地址。,（4）當(dāng)兩個(gè)路由器直接相連時(shí)，在連線兩端的接口處，可以指明也可以不指明,IP,地址。,5.2.2,IP,地址與硬件地址,圖7-10說明了主機(jī)的,IP,地址,與,硬件地址,的區(qū)別。從層次的角度看，,物理地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址，而,IP,地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址,。,IP,地址放在,IP,數(shù)據(jù)報(bào)的首部，而硬件地址則放在,MAC,幀的首部。在網(wǎng)絡(luò)層及以上使用的是,IP,地址，而數(shù)據(jù)鏈

8、路層及以下使用的是硬件地址,。因而在,數(shù)據(jù)鏈路層看不見數(shù)據(jù)報(bào)的,IP,地址,。,圖7-11,(,a),畫的是三個(gè)局域網(wǎng)用兩個(gè)路由器,R,1,和,R,2,互連起來。,圖7-11(,b),特別強(qiáng)調(diào)了,IP,地址與硬件地址的區(qū)別。表7-2歸納了這種區(qū)別。,強(qiáng)調(diào)指出的是：,（1）,在,IP,層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到,IP,數(shù)據(jù)報(bào),。,（2）雖然,在,IP,數(shù)據(jù)報(bào)首部有源站,IP,地址，但,路由器只根據(jù)目的站的,IP,地址的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行路由選擇,。,（3）,在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層，只能看見,MAC,幀,(,在,X.25,網(wǎng)的鏈路層則是,HDLC,幀)。,（4）盡管互連在一起的網(wǎng)絡(luò)的硬件地址體系各不相同，

9、,但,IP,層抽象的互聯(lián)網(wǎng)卻屏蔽了下層這些很復(fù)雜的細(xì)節(jié)。只要我們在網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的,IP,地址研究主機(jī)和主機(jī)或路由器之間的通信,。,5.2.3 地址解析協(xié)議,ARP,和逆地址解析協(xié)議,RARP,由于,IP,地址有32,bit，,而局域網(wǎng)的硬件地址是48,bit，,因此它們之間不存在簡單的轉(zhuǎn)換關(guān)系。,圖7-12(,a),是主機(jī),A,廣播發(fā)送,ARP,請求分組的示意圖。,5.2.5,IP,層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程,路由器和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)還有些區(qū)別。這就是：,路由器是用來連接不同的網(wǎng)絡(luò)，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)只是在一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)中工作。,路由器是專門用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)還可接上許多個(gè)主

10、機(jī)。,路由器使用統(tǒng)一的,IP,協(xié)議，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)使用所在廣域網(wǎng)的特定協(xié)議。,路由器根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址找出下一跳(即下一個(gè)路由器)，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)則根據(jù)目的站所接入的交換機(jī)號找出下一跳(即下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī))。,圖7-16(,a),是一個(gè)路由表的簡單的例子。,5.3 劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng),7.3.1 子網(wǎng)的劃分,1劃分子網(wǎng)的概念和思路,第一，,IP,地址空間的利用率有時(shí)很低。,第二，給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號會使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。,第三，兩級的,IP,地址不夠靈活。,圖7-17表示一個(gè)單位擁有一個(gè),B,類,IP,地址，網(wǎng)絡(luò)地址是145.13.0.0(,net-id,是145.13)。

11、,現(xiàn)將圖7-17的網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)子網(wǎng)，如圖7-18所示。,2子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)掩碼和,IP,地址一樣長，都是32,bit，,并且是由一串1和跟隨的一串0組成。,網(wǎng)絡(luò)地址,(即,子網(wǎng)地址,)就是將主機(jī)號置為全0的,IP,地址。這也是將子網(wǎng)掩碼和,IP,地址逐比特相“,與,”(,AND),的結(jié)果。,對于連接在一個(gè)子網(wǎng)上的所有主機(jī)和路由器，其子網(wǎng)掩碼都是同樣的。,子網(wǎng)掩碼是整個(gè)子網(wǎng)的一個(gè)重要屬性,。,我們以一個(gè),B,類地址為例，說明可以有多少種子網(wǎng)劃分的方法。在采用固定長度子網(wǎng)時(shí)，所劃分的,所有,子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼都是相同的，如表7-5所示。,5.3.2 在使用子網(wǎng)時(shí)分組的轉(zhuǎn)發(fā),路由表中的每行主要應(yīng)包括,目

12、的網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)掩碼,和,下一跳地址,。,圖7-20畫出了包括三個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?5.3.3 無分類編址,CIDR(,構(gòu)造超網(wǎng)),1,、,Internet,面臨的問題,（1）,B,類,地址將用完，但利用效率又不高。,（2）路由器中的路由表項(xiàng)目急劇增加，尋址時(shí)間加長。,（3,）,IPv4,的地址用完。,2,網(wǎng)絡(luò)前綴,CIDR,最主要的特點(diǎn)有兩個(gè)：,（1）,CIDR,消除了傳統(tǒng)的,A,類、,B,類和,C,類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配,IPv4,的地址空間，并且可以在新的,IPv6,使用之前容許因特網(wǎng)的規(guī)模繼續(xù)增長。,（2）,CIDR,將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的,IP,地址組成“,CIDR,地址塊”。,表7-6給出了最常用的,CIDR,地址塊,。,3最長前綴匹配,應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由,。這叫做,最長前綴匹配,(,longest-prefix matching)，,這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就,越具體,(,more specific)。,最長前綴匹配又為,最長匹配,或,最佳匹配,。,