第6章網(wǎng)絡(luò)的互連

1、杜煜本章主要內(nèi)容 互連網(wǎng)絡(luò)的基本概念；網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備；網(wǎng)際互聯(lián)IP協(xié)議IP的編址技術(shù)；IP路由選擇；IPv6技術(shù)。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.2互連網(wǎng)絡(luò)的基本概念 互連網(wǎng)絡(luò)是指將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備連接起來，以構(gòu)成更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，最大程度地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享。網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互通2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.3網(wǎng)絡(luò)互連的類型網(wǎng)絡(luò)互連的類型分以下幾種：局域網(wǎng)局域網(wǎng)互連同構(gòu)網(wǎng)互連：具有相同協(xié)議的局域網(wǎng)互連；異構(gòu)網(wǎng)互連：不同協(xié)議的局域網(wǎng)互連；局域網(wǎng)廣域網(wǎng)互連；廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)互連；網(wǎng)絡(luò)互連需解決的問題處理互連網(wǎng)絡(luò)的幀、分組、報文和協(xié)議的差異問題；2022年3月計算機網(wǎng)

2、絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.4網(wǎng)絡(luò)互連的類型網(wǎng)絡(luò)互連從通信協(xié)議的角度來看可以分成四個層次：2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.5物理層的互連 在不同的電纜段之間復(fù)制位信號是物理層互連的基本要求。物理層的連接設(shè)備主要是中繼器。中繼器是最低層的物理設(shè)備，用于在局域網(wǎng)中連接幾個網(wǎng)段，只起簡單的信號放大作用，用于延伸局域網(wǎng)的長度。嚴(yán)格地說，中繼器是網(wǎng)段連接設(shè)備而不是網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.6數(shù)據(jù)鏈路層互連 數(shù)據(jù)鏈路層互連要解決的問題是在網(wǎng)絡(luò)之間存儲轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。互連的主要設(shè)備是網(wǎng)橋。網(wǎng)橋在網(wǎng)絡(luò)互連中起到數(shù)據(jù)接收、地址過濾與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的作用，它用來實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換。用網(wǎng)

3、橋?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層互連時，允許互連網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層協(xié)議是相同的，也可以是不同的。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.7網(wǎng)絡(luò)層互連 網(wǎng)絡(luò)層互連要解決的問題是在不同的網(wǎng)絡(luò)之間存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組?；ミB的主要設(shè)備是路由器。網(wǎng)絡(luò)層互連包括路由選擇、擁塞控制、差錯處理與分段技術(shù)等。如果網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議相同，則互連主要是解決路由選擇問題。如果網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議不同，則需使用多協(xié)議路由器。用路由器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層互連時，允許互連網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)層及以下各層協(xié)議是相同的，也可以是不同的。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.8高層互連 傳輸層及以上各層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)之間的互連屬于高層互連。實現(xiàn)高層互連的設(shè)備是網(wǎng)關(guān)。高層互連使用的網(wǎng)

4、關(guān)很多是應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)，通常簡稱為應(yīng)用網(wǎng)關(guān)。如果使用應(yīng)用網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)高層互連，那么允許兩個網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用層及以下各層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是不同的。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.9網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備網(wǎng)橋應(yīng)用場合在一個單位內(nèi)各個部門之間的局域網(wǎng)互連；在一個企業(yè)或校園，有上千臺計算機需要連網(wǎng)；連網(wǎng)計算機之間的距離超過了單個局域網(wǎng)的最大覆蓋范圍；網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，可以實現(xiàn)局域網(wǎng)互聯(lián)，并在兩個局域網(wǎng)網(wǎng)段之間對數(shù)據(jù)鏈路層幀進(jìn)行接收、存儲與轉(zhuǎn)發(fā)，把兩個物理網(wǎng)絡(luò)連接成一個邏輯網(wǎng)絡(luò)；2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.10網(wǎng)橋的特點特點：使用網(wǎng)橋互連兩個網(wǎng)絡(luò)時，必須要求每個網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同或兼容的協(xié)議

5、。 網(wǎng)橋互連兩個采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)橋以接收、存儲、地址過濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實現(xiàn)兩個互連網(wǎng)絡(luò)之間的通信，并實現(xiàn)大范圍局域網(wǎng)的互連。 網(wǎng)橋可以分隔兩個網(wǎng)絡(luò)之間的通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡(luò)的性能。 缺點：由于網(wǎng)橋處理其接收到的數(shù)據(jù)，增加了時延，降低了網(wǎng)絡(luò)性能；網(wǎng)橋傳遞所有的廣播；網(wǎng)橋的成本比轉(zhuǎn)發(fā)器高；2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.11網(wǎng)橋分隔兩個網(wǎng)絡(luò)的通信量不同MAC子層的局域網(wǎng)的連接2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.13網(wǎng)橋轉(zhuǎn)發(fā)所有廣播數(shù)據(jù) 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.14網(wǎng)橋的分類一 根據(jù)介質(zhì)訪問控制協(xié)議的不同，網(wǎng)橋可分四種：透

6、明網(wǎng)橋源路由網(wǎng)橋轉(zhuǎn)換式網(wǎng)橋源路由透明網(wǎng)橋2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.15網(wǎng)橋的分類二本地網(wǎng)橋用于直接連接兩個相距很近的LAN，通過網(wǎng)橋劃分網(wǎng)段以提高網(wǎng)絡(luò)性能。遠(yuǎn)程網(wǎng)橋用來連接兩個遠(yuǎn)距離的網(wǎng)絡(luò)，通?？梢岳霉镁W(wǎng)連接分布在不同地理位置的網(wǎng)橋，以形成單個大型的網(wǎng)絡(luò)（遠(yuǎn)程網(wǎng)橋也可通過路由器來實現(xiàn)）。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.16網(wǎng)橋的分類三級聯(lián)和多端口網(wǎng)橋 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.17路由器（Router） 路由器的工作原理2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.18路由器的特點特點路由器是在網(wǎng)絡(luò)層上實現(xiàn)多個網(wǎng)絡(luò)之間互連的設(shè)備；路由器為兩個或三個以上網(wǎng)絡(luò)之間

7、的數(shù)據(jù)傳輸解決最佳路徑選擇；路由器與網(wǎng)橋的區(qū)別：網(wǎng)橋獨立于高層協(xié)議，它把幾個物理子網(wǎng)連接起來，向用戶提供一個大的邏輯網(wǎng)絡(luò)。路由器則是從路徑選擇角度為邏輯子網(wǎng)的節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸提供最佳的路線；路由器要求節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)層以上的各層使用相同或兼容的協(xié)議。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.19路由器的結(jié)構(gòu)由器是一種帶有多個輸入輸出端口的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其內(nèi)部包含輸入端口、輸出端口、路由處理器和交換結(jié)構(gòu)四個部分。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.20路由器的基本功能連接功能網(wǎng)絡(luò)地址判斷最佳路由選擇數(shù)據(jù)處理功能2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.21路由器的分類 單協(xié)議和多協(xié)議路由器 202

8、2年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.22路由器的分類橋路由器（Brouters） 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.23路由器的分類 本地和遠(yuǎn)程路由器 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.24網(wǎng)關(guān)（Gateway） 網(wǎng)間協(xié)議變換器實現(xiàn)不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間的互連，包括不同網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間互連，實現(xiàn)局域網(wǎng)與遠(yuǎn)程網(wǎng)之間的互連。網(wǎng)關(guān)一般用于不同類型、差別較大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的互連。又可用于同一個物理網(wǎng)而在邏輯上不同的網(wǎng)絡(luò)之間互連，還可用于不同大型主機之間和不同數(shù)據(jù)庫之間的互連。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.25網(wǎng)際互聯(lián)IP協(xié)議IP數(shù)據(jù)報IP協(xié)議使用的分組稱為數(shù)據(jù)報，它包括IP報頭

9、與更高層協(xié)議的相關(guān)數(shù)據(jù)。IP數(shù)據(jù)報是可變長的分組，包括首部和數(shù)據(jù)（或負(fù)載）兩部分。IP數(shù)據(jù)報的報頭至少為20個字節(jié)，其中包括版本號，報頭長度，服務(wù)類型，數(shù)據(jù)報總長度，標(biāo)識，標(biāo)志，片偏移，生存時間，協(xié)議和頭部校驗和源，目的IP地址等。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.26IP數(shù)據(jù)報的協(xié)議格式2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.27IP數(shù)據(jù)報的協(xié)議格式使用協(xié)議字段的不同值標(biāo)識上層的處理協(xié)議2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.28IP編址在網(wǎng)絡(luò)中，對主機的識別要依靠地址，而保證地址全網(wǎng)唯一性是需要解決的問題。在任何一個物理網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點的設(shè)備必須都有一個可以識別的地址，才能使信息進(jìn)行

10、交換，這個地址稱為“物理地址”（Physical Address）。單純使用網(wǎng)絡(luò)的物理地址尋址會有一些問題：物理地址是物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一種體現(xiàn)，不同的物理網(wǎng)絡(luò)，其物理地址可能各不相同。物理地址被固化在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)適配器）中，通常不能被修改。物理地址屬于非層次化的地址，它只能標(biāo)識出單個的設(shè)備，標(biāo)識不出該設(shè)備連接的是哪一個網(wǎng)絡(luò)。針對物理網(wǎng)絡(luò)地址的問題，采用網(wǎng)絡(luò)層IP地址的編址方案。 Internet采用一種全局通用的地址格式，為每一個網(wǎng)絡(luò)和每一臺主機分配一個IP地址，以此屏蔽物理網(wǎng)絡(luò)地址的差異。通過IP協(xié)議，把主機原來的物理地址隱藏起來，在網(wǎng)絡(luò)層中使用統(tǒng)一的IP地址。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)

11、 杜煜No.29IP地址的劃分 IP地址由32比特組成，包括三個部分：地址類別、網(wǎng)絡(luò)號和主機號；IP地址以32個二進(jìn)制數(shù)字形式表示，不適合閱讀和記憶。為了便于用戶閱讀和理解IP地址，Internet管理委員會采用了一種“點分十進(jìn)制”表示方法表示IP地址。將IP地址分為4個字節(jié)（每個字節(jié)8個比特），且每個字節(jié)用十進(jìn)制表示，并用點號“”隔開， 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.30IP地址的類型 Internet的IP地址分為五種類型：A類、B類、C類、D類和E類 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.31A類地址A類地址的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為27（128）個，每個網(wǎng)絡(luò)包含的主機數(shù)為224（16777

12、216）個，A類地址的范圍是0.0.0.0127.255.255.255。由于網(wǎng)絡(luò)號全為0和全為1保留用于特殊目的，所以A類地址有效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為126個，其范圍是1126。另外，主機號全為0和全為1也有特殊作用，所以每個網(wǎng)絡(luò)號包含的主機數(shù)應(yīng)該是224-2（16777214）個。因此，一臺主機能使用的A類地址的有效范圍是：1.0.0.1126.255.255.254。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.32B類地址B類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為214個（實際有效的網(wǎng)絡(luò)數(shù)是214-2），每個網(wǎng)絡(luò)號所包含的主機數(shù)為216個（實際有效的主機數(shù)是216-2）。B類地址的范圍為128.0.0.0191.255.255

13、.255，與A類地址類似（網(wǎng)絡(luò)號和主機號全0和全1有特殊作用），一臺主機能使用的B類地址的有效范圍是：128.1.0.1191.254.255.2542022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.33C類地址C類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為221（實際有效的為221-2）個，每個網(wǎng)絡(luò)號所包含的主機數(shù)為256（實際有效的為254）個。C類地址的范圍為192.0.0.0223.255.255.255，同樣，一臺主機能使用的C類地址的有效范圍是：192.0.1.1223.255.254.2542022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.34D類地址和E類地址D類地址用于多播，多播就是同時把數(shù)據(jù)發(fā)送給一組主機，只有那些已經(jīng)登記

14、可以接收多播地址的主機，才能接收多播數(shù)據(jù)包。D類地址的范圍是224.0.0.0239.255.255.255。 E類地址為將來預(yù)留的，同時也可以用于實驗?zāi)康模鼈儾荒鼙环峙浣o主機。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.35幾種特殊的IP地址 廣播地址有限廣播地址“0”地址回送地址2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.36內(nèi)部網(wǎng)可選的地址為了避免某個單位選擇任意網(wǎng)絡(luò)地址，造成與合法的Internet地址發(fā)生沖突，IETF已經(jīng)分配了具體的A類、B類和C類地址供單位內(nèi)部網(wǎng)使用，這些地址為： A類10.0.0.010.255.255.255B類172.16.0.0172.31.255.255C類

15、192.168.0.0192.168.255.255 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.37地址解析 在一個物理網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的任何兩臺主機之間進(jìn)行通信時，都必須獲得對方的物理地址，而使用IP地址的作用就在于，它提供了一種邏輯的地址，能夠使不同網(wǎng)絡(luò)之間的主機進(jìn)行通信。當(dāng)IP把數(shù)據(jù)從一個物理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€物理網(wǎng)絡(luò)之后，就不能完全依靠IP地址了，而要依靠主機的物理地址。為了完成數(shù)據(jù)傳輸，IP必須具有一種確定目標(biāo)主機物理地址的方法，也就是說要在IP地址與物理地址之間建立一種映射關(guān)系，而這種映射關(guān)系被稱為“地址解析”2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.38ICMP協(xié)議Internet控制報

16、文協(xié)議（Internet Control Message Protocol，ICMP）是TCP/IP協(xié)議族的一個子協(xié)議，用于在主機、路由器之間傳遞控制消息，包括網(wǎng)絡(luò)通不通、主機是否可達(dá)、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。當(dāng)遇到IP數(shù)據(jù)無法訪問目標(biāo)、IP路由器無法按當(dāng)前的傳輸速率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等情況時，會自動發(fā)送ICMP消息。這些控制消息雖然并不傳輸用戶數(shù)據(jù)，但是對于用戶數(shù)據(jù)的傳遞起著重要的作用。ICMP報文分兩大類：差錯報告報文和查詢報文。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.39ICMP協(xié)議差錯報告報文為了簡化差錯報告，ICMP差錯報告報文遵循3條原則。對于帶有多播或特殊地址（如本機地址或回送地址

17、）的數(shù)據(jù)報，不再產(chǎn)生差錯報告報文。對于攜帶ICMP差錯報文的數(shù)據(jù)報，不再產(chǎn)生差錯報告報文。對于分段的數(shù)據(jù)報文，如果不是第一個分段則不再產(chǎn)生差錯報告報文。ICMP差錯報告報文有5種:目的節(jié)點不可達(dá)報文（Destination-unreachable）源節(jié)點抑制報文（Source Quench）重定向報文（Redirection）超時報文（Time Exceeded）參數(shù)問題報文（Parameter Problem）2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.40ICMP協(xié)議查詢報文ICMP中的查詢報文可以獨立使用而與某個具體的IP數(shù)據(jù)報無關(guān)。查詢報文用來探測或檢查互聯(lián)網(wǎng)中主機或路由器是否處于活躍狀態(tài)

18、，也用來獲取兩個節(jié)點之間IP數(shù)據(jù)報的單向或往返時間，甚至用于檢查兩個節(jié)點之間的時鐘是否同步。ICMP查詢報文都是以查詢和應(yīng)答成對出現(xiàn)的:回送請求（Echo Request）和回送應(yīng)答（Echo Reply）報文時間戳請求（Timestamp Request）和時間戳應(yīng)答（Timestamp Reply）報文2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.41ICMP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常會使用到ICMP協(xié)議，比如我們經(jīng)常使用的用于檢查網(wǎng)絡(luò)通不通的Ping命令（Linux和Windows中均有），這個“Ping”的過程實際上就是ICMP協(xié)議工作的過程。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.42IGMP協(xié)議I

19、P 多播概述IP的單播是指一個源節(jié)點將數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給一個目的節(jié)點，而IP多播是指將一個源節(jié)點將多播數(shù)據(jù)包發(fā)給網(wǎng)絡(luò)中的一組節(jié)點多播通過發(fā)送數(shù)據(jù)的一個副本，可以顯著減少網(wǎng)絡(luò)通信，提高效率。只有正在監(jiān)聽多播的目的節(jié)點組（多播組）中的成員才會處理多播數(shù)據(jù)包，而所有其他節(jié)點均忽略多播數(shù)據(jù)包。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.43IGMP協(xié)議IP 多播概述組成員身份的概念是IP多播的核心。IP多播數(shù)據(jù)包發(fā)送給某個組，只有該組的成員才能接收數(shù)據(jù)包。多播組通過一個IP多播地址來標(biāo)識，該地址是D類范圍224.0.0.0239.255.255.255中的IP地址（網(wǎng)絡(luò)前綴法為224.0.0.0/4）。

20、這些D類地址稱為多播組地址。源節(jié)點將多播數(shù)據(jù)包發(fā)送到多播組地址。目的節(jié)點通知本地路由器自己需要加入組。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.44IGMP協(xié)議IGMP的工作過程2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.45IGMP協(xié)議多播路由協(xié)議距離向量多播路由選擇協(xié)議DVMRP（Distance Vector Multicast Rou ting Protocol）基于核心的轉(zhuǎn)發(fā)樹CBT（Core Based Tree）開放最短通路優(yōu)先的多播擴展 MOSPF（Multicast extensions to OSPF）協(xié)議無關(guān)多播稀疏方式 PIM-SM（Protocol Independent

21、Multicast-Sparse Mode）協(xié)議無關(guān)多播密集方式PIM-DM（Protocol Independent Multicast- Dense Mode）2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.46子網(wǎng)劃分技術(shù)（Subnetting）子網(wǎng)劃分能夠使單個網(wǎng)絡(luò)地址橫跨幾個物理網(wǎng)絡(luò)，這些物理網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為子網(wǎng)?？梢允褂寐酚善鲗⑺鼈冞B接起來。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.47劃分子網(wǎng)的原因 充分使用地址劃分管理職責(zé)提高網(wǎng)絡(luò)性能2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.48子網(wǎng)劃分的層次結(jié)構(gòu)IP地址是一種層次型的編址方案。通過劃分子網(wǎng)，形成一個三層的結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)號、子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號、子網(wǎng)號和主機

22、號號和主機號。通過網(wǎng)絡(luò)號確定了一個站點，通過子網(wǎng)號確定一個物理子網(wǎng)，而通過主機號則確定了與子網(wǎng)相連的主機地址。因此，一個IP數(shù)據(jù)包的路由就涉及到三部分：傳送到站點、傳送到子網(wǎng)、傳送到主機。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.49子網(wǎng)具體的劃分方法對子網(wǎng)的劃分，可以將單個網(wǎng)絡(luò)的主機號分為兩個部分，其中一部分用于子網(wǎng)號編址，另一部分用于主機號編址。劃分子網(wǎng)號的位數(shù)，取決于具體的需要。若子網(wǎng)號所占的比特越多，可分配給主機的位數(shù)就越少，也就是說，在一個子網(wǎng)中所包含的主機就越少。比如一個B類網(wǎng)絡(luò)172.17.0.0，將主機號分為兩部分，其中8個比特用于子網(wǎng)號，另外8個比特用于主機號，那么這個B類網(wǎng)絡(luò)

23、就被分為254個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可以容納254臺主機。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.50劃分子網(wǎng)后的問題如何區(qū)分這兩個地址？如何確定兩個IP地址是否屬于同一個網(wǎng)絡(luò)？2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.51子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩瑪（Subnet Mask）也是一個“點分十進(jìn)制”表示的32位二進(jìn)制數(shù)，通過子網(wǎng)掩碼，可以指出一個IP地址中的哪些位對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址（包括子網(wǎng)地址）、哪些位對應(yīng)于主機地址。對于子網(wǎng)掩碼的取值，通常是將對應(yīng)于IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號）的所有位都設(shè)置為“1”，對應(yīng)于主機地址（主機號）的所有位都設(shè)置為“0”。 地址類型地址類型點分十進(jìn)制表示點分十進(jìn)制表示子網(wǎng)掩碼的

24、二進(jìn)制位子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)制位A255.0.0.011111111000000000000000000000000B255.255.0.011111111111111110000000000000000C255.255.255.0111111111111111111111111000000002022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.52通過子網(wǎng)掩碼識別網(wǎng)絡(luò)地址TCP/IP對子網(wǎng)掩碼和IP地址進(jìn)行“按位與”的操作。經(jīng)過按位與運算，可以將每個IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址取出，從而知道兩個IP地址所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.53子網(wǎng)掩碼與主機IP地址范圍的計算2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基

25、礎(chǔ) 杜煜No.54子網(wǎng)劃分的規(guī)則 在RFC文檔中，RFC950規(guī)定了子網(wǎng)劃分的規(guī)范，其中對網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號作了如下的規(guī)定：由于網(wǎng)絡(luò)號全為“0”代表的是本網(wǎng)絡(luò)，所以網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號也不能全為“0”，子網(wǎng)號全為“0”時，表示本子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)號全為“1”表示的是廣播地址，所以網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號也不能全為“1”，全為“1”的地址用于向子網(wǎng)廣播。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.55子網(wǎng)劃分的步驟在劃分子網(wǎng)之前，需要確定所需要的子網(wǎng)數(shù)和每個子網(wǎng)的最大主機數(shù)，有了這些信息后，就可以定義每個子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號+子網(wǎng)號）的范圍和主機號的范圍。劃分子網(wǎng)的步驟如下：確定需要多少子網(wǎng)號來

26、唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)上的每一個子網(wǎng)。確定需要多少主機號來標(biāo)識每個子網(wǎng)上的每臺主機。定義一個符合網(wǎng)絡(luò)要求的子網(wǎng)掩碼。確定標(biāo)識每一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。確定每一個子網(wǎng)上所使用的主機地址的范圍。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.56子網(wǎng)劃分實例2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.57確定子網(wǎng)掩碼將一個C類的地址劃分為兩個子網(wǎng)，必然要從代表主機號的第四個字節(jié)中取出若干個位用于劃分子網(wǎng)。若取出1位，根據(jù)子網(wǎng)劃分規(guī)則，無法使用。若取出3位，可以劃分6個子網(wǎng)，似乎可行，但子網(wǎng)的增多也表示了每個子網(wǎng)容納的主機數(shù)減少，6個子網(wǎng)中每個子網(wǎng)容納的主機數(shù)為30，而實際的要求是每個子網(wǎng)需要51個主機號。若取出2位，可以劃

27、分2個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)可容納62個主機號（全為0和全為1的主機號不能分配給主機），因此，取出2位劃分子網(wǎng)是可行的，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.192。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.58確定標(biāo)識每一個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.59確定每個子網(wǎng)的主機地址范圍 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.60每個子網(wǎng)中每臺主機的地址分配 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.61可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法表示子網(wǎng)掩碼中網(wǎng)絡(luò)地址長度的方法。由于網(wǎng)絡(luò)號是從IP地址高位字節(jié)以連續(xù)方式選取的，即從左到右連續(xù)取若干位作為網(wǎng)絡(luò)號，比如，A類地址取前8位作

28、為網(wǎng)絡(luò)號，B類地址取前16位，C類地址取前24位?？梢杂靡环N簡便方法來表示子網(wǎng)掩碼中對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，用網(wǎng)絡(luò)前綴表示：/，它定義了網(wǎng)絡(luò)號的位數(shù)。網(wǎng)絡(luò)前綴標(biāo)記法表示的A類、B類和C類地址缺省的子網(wǎng)掩碼2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.62可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）變長子網(wǎng)劃分是一種用不同長度的子網(wǎng)掩碼來分配子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號的技術(shù)但所有的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號都是唯一的，并能通過對應(yīng)的子網(wǎng)掩碼進(jìn)行區(qū)分。對于變長子網(wǎng)的劃分，實際上是對已劃分好的子網(wǎng)做進(jìn)一步劃分，從而形成不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.63可變長子網(wǎng)劃分（VLSM）例如：一個B類的網(wǎng)絡(luò)為135.41.0.0，需要的配置是1個

29、能容納32 000臺主機的子網(wǎng)、15個能容納2 000臺主機的子網(wǎng)和8個能容納254臺主機的子網(wǎng)1.用主機號中的1位進(jìn)行子網(wǎng)劃分，產(chǎn)生兩個子網(wǎng)，135.41.0.0/17和135.41.128.0/17；2.若要滿足15個子網(wǎng)容納大約2 000臺主機的需求，再使用主機號中的4位對子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)135.41.128.0/17進(jìn)行子網(wǎng)劃分，就可以劃分16個子網(wǎng)，即135.41.128.0/21，135.41.136.0/21，135.41.240.0/21，135.41.248.0/21，從這16個子網(wǎng)中選擇前15個子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)就可以滿足需求；3.為了滿足8個子網(wǎng)容納254臺主機的需求，再用主機號中的3位對

30、子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)135.41.248.0/21（第（2）步驟中所劃分的第16個子網(wǎng)）進(jìn)行劃分，可以產(chǎn)生8個子網(wǎng)。每個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址為135.41.248.0/24，135.41.249.0/24，135.41.250.0/24，135.41.251.0/24，135.41.252.0/24，135.41.253.0/24，135.41.254.0/24，135.41.255.0/24。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.642022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.65超網(wǎng)和無類域間路由CIDR超網(wǎng)產(chǎn)生的原因并不是所有的地址都得到充分利用，A類和B類地址所包含的主機數(shù)太大，在一個C類的網(wǎng)絡(luò)中只能容納

31、254臺主機，而對于擁有上千臺主機的單位來說，獲得一個C類的網(wǎng)絡(luò)地址顯然是不夠的。Internet的迅猛擴展，主機數(shù)量急劇增加，它正以非?？斓乃俣群谋M目前尚未使用的IP地址，A、B類網(wǎng)絡(luò)幾乎被分配完；將若干個C類的網(wǎng)絡(luò)合并為一個網(wǎng)絡(luò)，而這個合并后的網(wǎng)絡(luò)就稱為超網(wǎng)。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.66超網(wǎng)和無類域間路由CIDR某個單位使用超網(wǎng)后，在Internet上的每個路由器的路由表中必須有8個C類網(wǎng)絡(luò)表項才能把IP包路由到該單位。為防止Internet路由器被過多的路由淹沒，采用了一種稱為無類域間路由（CIDR）的技術(shù)把多個網(wǎng)絡(luò)表項縮成一個路由表項。使用了CIDR后，在路由表中只用一

32、個路由表項就可以表示分配給該單位的所有C類網(wǎng)絡(luò)，大大減少網(wǎng)絡(luò)上核心路由器的路由條目數(shù)。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.67超網(wǎng)和無類域間路由CIDR超網(wǎng)的實例以網(wǎng)絡(luò)202.78.168.0開始的連續(xù)的8個C類網(wǎng)絡(luò)地址；8個C類網(wǎng)絡(luò)的前21位都是相同的，第三個字節(jié)中的最后3位從000變到111；超網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼可以用255.255.248.0表示，二進(jìn)制數(shù)為“11111111 11111111 11111000 00000000”；用網(wǎng)絡(luò)前綴表示法來表示，可表示為202.78.168.0/21。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.68IP路由選擇路由選擇基礎(chǔ)Internet是由計算機網(wǎng)

33、絡(luò)與路由器連接起來的網(wǎng)絡(luò)，為了將數(shù)據(jù)包正確地發(fā)送到目的主機，路由器負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包沿著正確的方向進(jìn)行發(fā)送，這個過程稱為路由選擇。路由器按照路由表轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，通過比較IP地址的目的地址網(wǎng)絡(luò)部分和路由表中的網(wǎng)絡(luò)地址部分，確定下一個應(yīng)該發(fā)送的路由器；路由表的正確與否至關(guān)重要，而確定路由表的路由選擇算法就是核心；路由選擇算法并不能達(dá)到理想的算法，只能是在某種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的最佳算法。路由器的路由表包括靜態(tài)路由表和動態(tài)路由表 。 2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.69IP路由選擇靜態(tài)路由和動態(tài)路由靜態(tài)路由選擇是通過網(wǎng)絡(luò)管理員設(shè)置路由表來完成的，在任意兩個路由器之間都有固定的路徑。有一種特殊的路由叫缺省路由

34、。缺省路由用來指明數(shù)據(jù)報的目的地不在路由表中時的路由，也就是說在沒有找到匹配的路由時使用的路由。在路由表中，缺省路由使用的目的網(wǎng)絡(luò)地址為0.0.0.0、子網(wǎng)掩碼為0.0.0.0。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.70IP路由選擇靜態(tài)路由和動態(tài)路由動態(tài)路由的產(chǎn)生不需要網(wǎng)絡(luò)管理員的介入，各路由器之間根據(jù)路由選擇協(xié)議交換路由信息，從而建立起一個動態(tài)的路由表。動態(tài)路由器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)變化、更新它們的路由表并在需要時重新配置網(wǎng)絡(luò)路徑，因此，動態(tài)路由非常適合大型的網(wǎng)絡(luò)。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.71網(wǎng)絡(luò)的自治系統(tǒng)Internet采用了基于自治系統(tǒng)的分層次路由選擇協(xié)議;整個Internet被劃

35、分成多個較小的自治系統(tǒng)（AS），一個AS是一個互聯(lián)網(wǎng)，AS自主決定在本系統(tǒng)采用的路由選擇協(xié)議。一個AS內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)都屬于一個機構(gòu)（如企業(yè)、學(xué)校，政府部門）;Internet把路由選擇協(xié)議分為2大類:內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP）;外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（External Gateway Protocol，EGP）;2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.722022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.73路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議（Routing Information Protocol，RIP）是一個在AS內(nèi)部使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，是一種基于距離向量的路由選擇

36、算法，使用路由器的跳數(shù)作為最佳途徑的判斷依據(jù)。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.74路由信息協(xié)議RIP跳數(shù)（Hop count）在一個AS中，由于一個網(wǎng)絡(luò)的路由器需要知道如何將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)到另一個網(wǎng)絡(luò)，RIP路由器需要通告到達(dá)不同網(wǎng)絡(luò)的代價，這個代價就是在路由器和目的主機之間的“成本”。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.75路由信息協(xié)議RIP路由表自治系統(tǒng)中的路由器需要記錄路由表來將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到目的網(wǎng)絡(luò)。RIP路由表是包含若干條目的一個列表，而每個條目又包含了3部分內(nèi)容，即目的網(wǎng)絡(luò)地址、下一跳路由器地址和到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)最大跳數(shù)值。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.76路由信息協(xié)議R

37、IPRIP路由更新在RIP路由選擇算法中，每個路由器都會向與其相鄰的路由器發(fā)送自己的整個路由表，當(dāng)收到相鄰路由器發(fā)來的路由表后，就會更新自己的路由表。RIP路由協(xié)議最大跳數(shù)為15。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.77開放最短路徑優(yōu)先OSPF開放最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）是一種鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，除了路由器的數(shù)目外，OSPF還要判斷路程段之間的連接速率和負(fù)載平衡來確定發(fā)送數(shù)據(jù)包的最佳途徑。OSPF需要每個路由器向其同一管理域的所有其他路路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息，包括所有接口、所有的量度和其他一些變量的信息。與RIP不同，OSPF將一個自治域

38、再劃分為區(qū)，相應(yīng)地有兩種類型的路由選擇方式：當(dāng)源和目的地在同一區(qū)時，采用區(qū)內(nèi)路由選擇；當(dāng)源和目的不在同一個區(qū)域時，則采用區(qū)間路由選擇。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.78開放最短路徑優(yōu)先OSPF為了使OSPF能夠用于規(guī)模更大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的范圍，被稱為區(qū)域（Area）圖中表示了一個自治系統(tǒng)分為3個區(qū)域，每個區(qū)域都有一個32 bit/s的區(qū)域標(biāo)識符（用點分十進(jìn)制表示）。劃分區(qū)域的好處就是減少了整個網(wǎng)絡(luò)上的通信量。在一個區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，而不知道其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.79外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BG

39、P邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Border Gateway Protocol，BGP），成為Internet中唯一的域間路由選擇協(xié)議。BGP 協(xié)議不但可以實現(xiàn)自治系統(tǒng)間的路由選擇，也可以用于自治系統(tǒng)內(nèi)部，是一種雙重路由選擇協(xié)議。兩個在自治系統(tǒng)之間進(jìn)行通信的BGP相鄰結(jié)點必須存在于同一個物理鏈路上。位于同一個自治系統(tǒng)內(nèi)的BGP路由器可以互相通信，以確保它們對整個自治系統(tǒng)的所有信息都相同，而且通過信息交換后，它們將決定自治系統(tǒng)內(nèi)哪個BGP路由器作為連接點來負(fù)責(zé)接收來自自治系統(tǒng)外部的信息。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.80外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGPBGP 協(xié)議不但可以實現(xiàn)自治系統(tǒng)間的路由選擇，也可以用于自治系統(tǒng)

40、內(nèi)部，是一種雙重路由選擇協(xié)議。兩個在自治系統(tǒng)之間進(jìn)行通信的BGP相鄰結(jié)點必須存在于同一個物理鏈路上。位于同一個自治系統(tǒng)內(nèi)的BGP路由器可以互相通信，以確保它們對整個自治系統(tǒng)的所有信息都相同，而且通過信息交換后，它們將決定自治系統(tǒng)內(nèi)哪個BGP路由器作為連接點來負(fù)責(zé)接收來自自治系統(tǒng)外部的信息。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.81外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGPBGP采用了路由向量路由協(xié)議，在配置BGP時，每一個自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個路由器作為該自治系統(tǒng)的“BGP發(fā)言人”。同一個自治系統(tǒng)（AS）中的兩個或多個路由器之間運行的BGP 被稱為 iBGP（internal BGP）。歸屬不同AS的路由器之間運行的BGP稱為eBGP （external BGP）。在AS邊界上與其他AS交換信息的路由器被稱作邊界路由器。2022年3月計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 杜煜No.82IPv6 技術(shù)擴展了尋址和路由的能力IPv6把IP地址由32位增加到128位；IPv6地址支持更多級別的地址層次，類似于CIDR的分層分級結(jié)構(gòu)，把IPv6的地址空間按照不同的地址前綴來劃分，以利于骨干