第4章 網(wǎng)絡(luò)層

1、第 4 章 網(wǎng)絡(luò)層第 4 章 網(wǎng)絡(luò)層4.1 網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)4.2 網(wǎng)際協(xié)議 IP4.3 劃分子網(wǎng)4.4 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP4.5 互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇協(xié)議4.6 IPv64.7 IP 多播4.8 虛擬專用網(wǎng) VPN 和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 NAT4.1 網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù) 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運(yùn)輸層提供怎樣的服務(wù)（“面向連接”還是“無連接”）曾引起了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。爭(zhēng)論焦點(diǎn)的實(shí)質(zhì)就是：在計(jì)算機(jī)通信中，可靠交付應(yīng)當(dāng)由誰來負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)還是端系統(tǒng)？ 虛電路服務(wù)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層H1 H2虛電路H1 發(fā)送給 H2 的所有分組都沿著同一條虛電路

2、傳送數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層運(yùn)輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層H1 H2IP 數(shù)據(jù)報(bào)丟失H1 發(fā)送給 H2 的分組可能沿著不同路徑傳送網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)層提供簡(jiǎn)單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。將可靠網(wǎng)絡(luò)傳輸交給傳輸層。無需建立連接。每一個(gè)分組（即 IP 數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即使分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)、失序、無傳送時(shí)限保障。采用這種設(shè)計(jì)思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)大大降低，運(yùn)行方式靈活，能夠適應(yīng)多種應(yīng)用。 互連網(wǎng)能夠發(fā)展到今日的規(guī)模，充分證明了當(dāng)初采用這種設(shè)計(jì)思路的正確性。4.2 網(wǎng)際協(xié)議 IP 網(wǎng)際協(xié)議 IP 是 TCP/IP 體

3、系中兩個(gè)最主要的協(xié)議之一。與 IP 協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolution Protocol)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol)網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol)網(wǎng)際層的 IP 協(xié)議及配套協(xié)議各種應(yīng)用層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)接口層(HTTP, FTP, SMTP 等)物理硬件運(yùn)輸層TCP, UDP應(yīng)用層ICMPIPARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)層（網(wǎng)際層）IGMP4.2 網(wǎng)際協(xié)議 IP4.2.1 IP互連網(wǎng)絡(luò)4.2.2 分類的 IP 地

4、址4.2.3 IP 地址與硬件地址4.2.4 地址解析協(xié)議 ARP4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式4.2.6 IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程4.2.1 IP互連網(wǎng)絡(luò) 將網(wǎng)絡(luò)互連并能夠互相通信，會(huì)遇到許多問題需要解決，如：不同的尋址方案不同的最大分組長(zhǎng)度不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制不同的超時(shí)控制不同的差錯(cuò)恢復(fù)方法不同的狀態(tài)報(bào)告方法不同的路由選擇技術(shù)不同的用戶接入控制不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)）不同的管理與控制方式 等如何將異構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)互相連接起來？互連網(wǎng)絡(luò)與IP互連網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(a) 互連網(wǎng)絡(luò)路由器(b) IP互連網(wǎng)絡(luò) IP互連網(wǎng)絡(luò)（互聯(lián)網(wǎng)）IP 網(wǎng)的概念4.2.2 分類的 IP 地址在 TC

5、P/IP 體系中，IP 地址是一個(gè)最基本的概念。本部分重點(diǎn)學(xué)習(xí)：1. IP 地址及其表示方法2. 常用的三種類別的 IP 地址1. IP 地址及其表示方法 IP 地址就是給每個(gè)連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的 32 位的標(biāo)識(shí)符。IP 地址現(xiàn)在由互聯(lián)網(wǎng)名字和數(shù)字分配機(jī)構(gòu)ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進(jìn)行分配。 分類 IP 地址 這種兩級(jí)的 IP 地址結(jié)構(gòu)如下：這種兩級(jí)的 IP 地址可以記為：IP 地址 := , (4-1):= 代表“定義為”32位網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)

6、號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101A 類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 net-id

7、為 1 字節(jié)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101B 類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 net-id 為 2 字節(jié)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地

8、址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101C 類地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 net-id 為 3 字節(jié)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101A 類地址的主機(jī)號(hào)字段 host-id 為 3 字節(jié)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類

9、地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101B 類地址的主機(jī)號(hào)字段 host-id 為 2 字節(jié)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101C 類地址的主機(jī)號(hào)字段 host-id 為 1 字節(jié)各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-i

10、d24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101D 類地址是多播地址各類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位0A 類地址host-id16 位B 類地址C 類地址011host-id8 位D 類地址1 1 1 0多 播 地 址E 類地址保 留 為 今 后 使 用1 1 1 101E 類地址保留為今后使用點(diǎn)分十進(jìn)制記法 10000000000010

11、110000001100011111 機(jī)器中存放的 IP 地址是 32 位二進(jìn)制代碼10000000 00001011 00000011 00011111 每 8 位為一組采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法則進(jìn)一步提高可讀性1 128 11 3 31 將每 8 位的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)2. 常用的三種類別的 IP 地址 網(wǎng)絡(luò)類別最大可指派的網(wǎng)絡(luò)數(shù)第一個(gè)可指派的網(wǎng)絡(luò)號(hào)最后一個(gè)可指派的網(wǎng)絡(luò)號(hào)每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中最大主機(jī)數(shù)A126 (27 2)112616777214B16383 (214 1)128.1191.25565534C2097151 (221 1)192.0.1223.255.255254IP 地址的指派范圍

12、一般不使用的特殊的 IP 地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)代表的意思00在本網(wǎng)絡(luò)上的本主機(jī)0host-id在本網(wǎng)絡(luò)上的某臺(tái)主機(jī)host-id全1全1只在本網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣播（各路由器均不轉(zhuǎn)發(fā)）net-id全1對(duì)net-id上的所有主機(jī)進(jìn)行廣播127非全0或全1的任何數(shù)用作本地軟件環(huán)回測(cè)試之用互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N

13、1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)在同一個(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(hào)必須是一樣的。圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP 地址。互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互聯(lián)網(wǎng)兩個(gè)路由器直接相

14、連的接口處，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，則這一段連線就構(gòu)成了一種只包含一段線路的特殊“網(wǎng)絡(luò)” ?，F(xiàn)在常不指明 IP 地址。思考1IP 地址不夠用了怎么辦？動(dòng)態(tài)IPNATIPv64.2.3 IP 地址與硬件地址IP 地址與硬件地址是不同的地址。從層次的角度看，硬件地址（或物理地址）是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址。IP 地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址（稱 IP 地址是邏輯地址是因?yàn)?IP 地址是用軟件實(shí)現(xiàn)的）。4.2.3 IP 地址與硬件地址TCP 報(bào)文IP 數(shù)據(jù)報(bào)MAC 幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部首部尾部首部鏈路層及以下使用硬件地址硬件地址網(wǎng)絡(luò)層及以上 使用 IP

15、地址IP 地址IP 地址與硬件地址的區(qū)別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。HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1HA為硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)通信的路徑：H1經(jīng)過 R1 轉(zhuǎn)發(fā)再經(jīng)過 R2 轉(zhuǎn)發(fā)H2查找路由表查找路由表IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報(bào)從協(xié)

16、議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動(dòng)HA1HA5HA4HA3HA6主機(jī) H1主機(jī) H2路由器 R1HA為硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)主機(jī) H1 與 H2 通信中使用的IP地址 與 硬件地址HA在網(wǎng)絡(luò)層寫入IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的地址在數(shù)據(jù)鏈路層寫入MAC幀首部的地址源地址目的地址源地址目的地址從H1到R1IP1IP2HA1HA3從R1到R2IP1IP2HA4HA5從R2到H2IP1IP2HA6HA24.2.4 地址解析協(xié)議 ARP通信時(shí)使用了兩個(gè)地址：IP 地址（網(wǎng)絡(luò)層地址）MAC 地址（數(shù)據(jù)鏈路層地址）每個(gè)接口都有兩個(gè)地址000-15-C5-C6-CC-07000-15-C5-C8-

17、C4-95600-15-C5-C6-C8-11IP 地址MAC 地址LAN地址解析協(xié)議 ARP 的作用已經(jīng)知道了一個(gè)機(jī)器（主機(jī)或路由器）的IP地址，如何找出其相應(yīng)的硬件地址？地址解析協(xié)議 ARP 就是用來解決這樣的問題的。網(wǎng)絡(luò)層ARPIP地址硬件地址IPIGMPICMPARPARP 協(xié)議的作用ARP 作用：從網(wǎng)絡(luò)層使用的 IP 地址，解析出在數(shù)據(jù)鏈路層使用的硬件地址。地址解析協(xié)議 ARP 要點(diǎn)不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。 每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè) ARP 高速緩存 (ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到

18、硬件地址的映射表。TTL (Time To Live)：地址映射有效時(shí)間 。地址解析協(xié)議 ARP 要點(diǎn)當(dāng)主機(jī) A 欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無主機(jī) B 的 IP 地址。如有，就可查出其對(duì)應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址。如沒有， ARP 進(jìn)程在本局域網(wǎng)上廣播發(fā)送一個(gè) ARP 請(qǐng)求分組。收到 ARP 響應(yīng)分組后，將得到的 IP 地址到硬件地址的映射寫入 ARP 高速緩存。思考2為什么不直接使用硬件地址進(jìn)行通信？ 直接用物理地址不好將網(wǎng)絡(luò)分級(jí)、分組、路由算法不好實(shí)現(xiàn)。IP 編址把這

19、個(gè)復(fù)雜問題解決了。連接到互聯(lián)網(wǎng)的主機(jī)只需各自擁有一個(gè)唯一的 IP 地址，它們之間的通信就像連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上那樣簡(jiǎn)單方便，因?yàn)樯鲜龅恼{(diào)用 ARP 的復(fù)雜過程都是由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)進(jìn)行的，對(duì)用戶來說是看不見這種調(diào)用過程的。4.2.5 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式 一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。首部的前一部分是固定長(zhǎng)度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報(bào)必須具有的。在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的。 固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng)

20、度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分首 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部發(fā)送在前IP 數(shù)據(jù)報(bào)由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分首部版本占 4 位，指 IP 協(xié)議的版本。目前的 IP 協(xié)議版本號(hào)為 4 (即 IPv4)。1. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段 固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源

21、地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分首部生存時(shí)間占8 位，記為 TTL (Time To Live)，指示數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中可通過的路由器數(shù)的最大值。1. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段 固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度片 偏 移填 充首 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位首部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分首部協(xié)議占8 位，指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議，以便目的主機(jī)的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給那個(gè)處理過程1. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的固定部分中的各字段 運(yùn)輸

22、層網(wǎng)絡(luò)層首部TCPUDPICMPIGMPOSPF數(shù) 據(jù) 部 分IP 數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議字段指出應(yīng)將數(shù)據(jù)部分交給哪一個(gè)進(jìn)程IP 協(xié)議支持多種協(xié)議，IP 數(shù)據(jù)報(bào)可以封裝多種協(xié)議 PDU。2. IP 數(shù)據(jù)報(bào)首部的可變部分 IP 首部的可變部分就是一個(gè)選項(xiàng)字段，用來支持排錯(cuò)、測(cè)量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。選項(xiàng)字段的長(zhǎng)度可變，從 1 個(gè)字節(jié)到 40 個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。因?yàn)樵黾娱_銷，所以實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。4.2.6 IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程 假設(shè)：有四個(gè) A 類網(wǎng)絡(luò)通過三個(gè)路由器連接在一起。每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上都可能有成千上萬個(gè)主機(jī)。可以想像，若按目的主機(jī)號(hào)來制作路由表，每一個(gè)路由表就有 4 萬個(gè)項(xiàng)

23、目，即 4 萬行（每一行對(duì)應(yīng)于一臺(tái)主機(jī)），則所得出的路由表就會(huì)過于龐大。但若按主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)地址來制作路由表，那么每一個(gè)路由器中的路由表就只包含 4 個(gè)項(xiàng)目（每一行對(duì)應(yīng)于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），這樣就可使路由表大大簡(jiǎn)化。 在路由表中，對(duì)每一條路由，最主要的是（目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址） 網(wǎng) 1 網(wǎng) 4 網(wǎng) 3 網(wǎng) 2目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)下一跳地址直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表鏈路 4鏈路 3鏈路 2鏈路 1R2R3R101R2R3R101查找路由表根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址就能確定下一跳路由器，這樣做的結(jié)果是：IP 數(shù)據(jù)報(bào)最終一定可以找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（可能要通過多次的間接

24、交付）。只有到達(dá)最后一個(gè)路由器時(shí)，才試圖向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。 關(guān)于路由表路由表沒有給分組指明到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)的完整路徑。路由表指出，到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)先到某個(gè)路由器（即下一跳路由器）。在到達(dá)下一跳路由器后，再繼續(xù)查找其路由表，直到再下一步應(yīng)當(dāng)?shù)侥囊粋€(gè)路由器。這樣一步一步地查找下去，直到最后到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)。4.3 劃分子網(wǎng)4.3.1 劃分子網(wǎng)4.3.2 使用子網(wǎng)時(shí)分組的轉(zhuǎn)發(fā)4.3.1 劃分子網(wǎng)1. 從兩級(jí) IP 地址到三級(jí) IP 地址 早期IP 地址的設(shè)計(jì)確實(shí)不夠合理：(1) IP 地址空間的利用率有時(shí)很低。 (2) 給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)會(huì)使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。 (3) 兩級(jí)的

25、IP 地址不夠靈活。在 IP 地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)的 IP 地址變成為三級(jí)的 IP 地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng) 。劃分子網(wǎng)的基本思路 劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)位作為子網(wǎng)號(hào) subnet-id，而主機(jī)號(hào) host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。IP地址 := , , (4-2)32位本地地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)號(hào)01014563所有到網(wǎng)絡(luò) 的分組均到達(dá)此路由器我的網(wǎng)絡(luò)地址是 R1R3R2網(wǎng)絡(luò)一個(gè)未劃分子網(wǎng)的 B 類網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)子網(wǎng)后對(duì)外仍是一個(gè)網(wǎng)絡(luò) 01014563子網(wǎng) 子網(wǎng) 子網(wǎng) 所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)的分組均到達(dá)此路由器

26、網(wǎng)絡(luò)R1R3R2劃分子網(wǎng)后變成了三級(jí)結(jié)構(gòu) 優(yōu)點(diǎn)減少了 IP 地址的浪費(fèi)使網(wǎng)絡(luò)的組織更加靈活更便于維護(hù)和管理2. 子網(wǎng)掩碼從一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分。 規(guī)則：子網(wǎng)掩碼長(zhǎng)度32位某位1：IP地址中的對(duì)應(yīng)位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)某位0：IP地址中的對(duì)應(yīng)位為主機(jī)號(hào)IP 地址的各字段和子網(wǎng)掩碼 145 . 13 .3 . 10兩級(jí) IP 地址子網(wǎng)號(hào)為 3 的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)三級(jí) IP 地址主機(jī)號(hào)三級(jí) IP 地址的子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

27、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00網(wǎng)絡(luò)號(hào)子網(wǎng)號(hào)主機(jī)號(hào)145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0【例】已知 IP 地址是 4，子網(wǎng)掩碼是 。試求網(wǎng)絡(luò)地址。 (a) 點(diǎn)分十進(jìn)制表示的 IP 地址(c) 子網(wǎng)掩碼是 0 0 0 0 0 0 0 0141 . 14 . 72 . 24141 . 14 .64 . 0 . 0 0 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . . 24(b) I

28、P 地址的第 3 字節(jié)是二進(jìn)制(d) IP 地址與子網(wǎng)掩碼逐位相與(e) 網(wǎng)絡(luò)地址（點(diǎn)分十進(jìn)制表示）4.3.2 使用子網(wǎng)時(shí)分組的轉(zhuǎn)發(fā)在不劃分子網(wǎng)的兩級(jí) IP 地址下，從 IP 地址得出網(wǎng)絡(luò)地址是個(gè)很簡(jiǎn)單的事。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從 IP 地址卻不能唯一地得出網(wǎng)絡(luò)地址來，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址取決于那個(gè)網(wǎng)絡(luò)所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報(bào)的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應(yīng)的改動(dòng)。 在劃分子網(wǎng)情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法 (1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”，看是否和相應(yīng)的網(wǎng) 絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則

29、就是間接交付， 執(zhí)行 (3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將分組傳送給 指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行 (4)。(4) 對(duì)路由表中的每一行，將子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”。若結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行 (5)。(5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表中所指明 的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行 (6)。(6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。4.4 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP4.4.1 ICMP 報(bào)文的種類4.4.2 ICMP 的應(yīng)用舉例4.4 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP為了更有效地轉(zhuǎn)發(fā) IP 數(shù)據(jù)報(bào)和提高交付成功的機(jī)會(huì)，在網(wǎng)際

30、層使用了網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議 ICMP (Internet Control Message Protocol)。ICMP 允許主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)情況和提供有關(guān)異常情況的報(bào)告。ICMP 報(bào)文的格式 首 部ICMP 報(bào)文0數(shù) 據(jù) 部 分檢驗(yàn)和類型代碼（這 4 個(gè)字節(jié)取決于 ICMP 報(bào)文的類型）81631IP 數(shù)據(jù)報(bào)前 4 個(gè)字節(jié)都是一樣的ICMP 的數(shù)據(jù)部分（長(zhǎng)度取決于類型）4.4.1 ICMP 報(bào)文的種類ICMP 報(bào)文的種類有兩種，即 ICMP 差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文和 ICMP 詢問報(bào)文。 ICMP 報(bào)文的前 4 個(gè)字節(jié)是統(tǒng)一的格式，共有三個(gè)字段：即類型、代碼和檢驗(yàn)和。接著的 4 個(gè)字節(jié)的內(nèi)容與 ICM

31、P 的類型有關(guān)。 ICMP 差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文共有 4 種 終點(diǎn)不可達(dá) 時(shí)間超過 參數(shù)問題 改變路由（重定向）(Redirect) ICMP 詢問報(bào)文有2種 回送請(qǐng)求和回答報(bào)文時(shí)間戳請(qǐng)求和回答報(bào)文4.4.2 ICMP的應(yīng)用舉例PING (Packet InterNet Groper) PING 用來測(cè)試兩個(gè)主機(jī)之間的連通性。PING 使用了 ICMP 回送請(qǐng)求與回送回答報(bào)文。PING 是應(yīng)用層直接使用網(wǎng)絡(luò)層 ICMP 的例子，它沒有通過運(yùn)輸層的 TCP 或UDP。 PING 的應(yīng)用舉例用 PING 測(cè)試主機(jī)的連通性4.4.2 ICMP的應(yīng)用舉例Traceroute 的應(yīng)用舉例在 Windows 操作

32、系統(tǒng)中這個(gè)命令是 tracert。用來跟蹤一個(gè)分組從源點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑。它利用 IP 數(shù)據(jù)報(bào)中的 TTL 字段和 ICMP 時(shí)間超過差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文實(shí)現(xiàn)對(duì)從源點(diǎn)到終點(diǎn)的路徑的跟蹤。4.4.2 ICMP的應(yīng)用舉例用 tracert 命令獲得到目的主機(jī)的路由信息4.5 互聯(lián)網(wǎng)的路由選擇協(xié)議4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 RIP4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 OSPF4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念1. 理想的路由算法算法必須是正確的和完整的。 算法在計(jì)算上應(yīng)簡(jiǎn)單。 算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?，這就是說，要有自適應(yīng)性。 算法應(yīng)

33、具有穩(wěn)定性。 算法應(yīng)是公平的。 算法應(yīng)是最佳的。 關(guān)于“最佳路由” 不存在一種絕對(duì)的最佳路由算法。所謂“最佳”只能是相對(duì)于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。實(shí)際的路由選擇算法，應(yīng)盡可能接近于理想的算法。 路由選擇是個(gè)非常復(fù)雜的問題它是網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)共同協(xié)調(diào)工作的結(jié)果。路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時(shí)無法事先知道。 互聯(lián)網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP (Interior Gateway Protocol) 在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，如 RIP 和 OSPF 協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 EGP (External Gatew

34、ay Protocol) 若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)傳到一個(gè)自治系統(tǒng)的邊界時(shí)，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個(gè)自治系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 EGP。在外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中目前使用最多的是 BGP-4。 自治系統(tǒng)和內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如，RIP）自治系統(tǒng) B自治系統(tǒng) A用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如，BGP-4）R1R2 用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（例如，OSPF）自治系統(tǒng)之間的路由選擇也叫作域間路由選擇 (interdomain routing)，在自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇叫作域內(nèi)路由選擇 (intradomain routing) 。4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)

35、議 RIP1. 工作原理路由信息協(xié)議 RIP (Routing Information Protocol) 是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP 中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP 是一種分布式的、基于距離向量的路由選擇協(xié)議。RIP 協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)路由器都要維護(hù)從它自己到其他每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。 “距離”的定義 從一個(gè)路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為 1。從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加 1。RIP 協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hop count)，因?yàn)槊拷?jīng)過一個(gè)路由器，跳數(shù)就加 1。這里的“距離”實(shí)際上指的是“最短距離”。 “距離”的定義 RIP 認(rèn)為一個(gè)好的

36、路由就是它通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。RIP 允許一條路徑最多只能包含 15 個(gè)路由器。“距離”的最大值為 16 時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)。可見 RIP 只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。RIP 選擇最短路由，哪怕還存在另一條高速但路由器較多的路由。 【例】已知路由器 R6 有表4-9(a)所示的路由表。現(xiàn)在收到相鄰路由器 R4 發(fā)來的路由更新信息，如表4-9(b)所示。試更新路由器 R6 的路由表。目的網(wǎng)絡(luò)距離下一跳路由器Net23R4Net34R5目的網(wǎng)絡(luò)距離下一跳路由器Net13R1Net24R2Net31直接交付目的網(wǎng)絡(luò)距離下一跳路由器Net14R4Net25R4Net32R4目的網(wǎng)絡(luò)距離下一跳路由

37、器Net14R4Net25R4Net32R4表4-9(a) 路由器R6的路由表表4-9(b) R4發(fā)來的路由更新信息表4-9(d) 路由器R6更新后的路由表表4-9(c) 修改后的表4-9(b)距離加1計(jì)算更新好消息傳播得快，壞消息傳播得慢RIP協(xié)議特點(diǎn)：好消息傳播得快，壞消息傳播得慢。RIP存在的一個(gè)問題：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要經(jīng)過比較長(zhǎng)的時(shí)間 (例如數(shù)分鐘) 才能將此信息傳送到所有的路由器。4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 OSPF開放最短路徑優(yōu)先 OSPF (Open Shortest Path First)是為克服 RIP 的缺點(diǎn)。OSPF 的原理很簡(jiǎn)單，但實(shí)現(xiàn)起來卻較復(fù)雜。三個(gè)要點(diǎn) 向本自治系

38、統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里使用的方法是洪泛法。發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息?！版溌窢顟B(tài)”就是說明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”(metric)。 只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，路由器才用洪泛法向所有路由器發(fā)送此信息。 OSPF 的區(qū)域 (area) 為了使 OSPF 能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF 將一個(gè)自治系統(tǒng)再劃分為若干個(gè)更小的范圍，叫作區(qū)域。每一個(gè)區(qū)域都有一個(gè) 32 位的區(qū)域標(biāo)識(shí)符（用點(diǎn)分十進(jìn)制表示）。區(qū)域也不能太大，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過 200 個(gè)。 自治系統(tǒng) ASOSPF 劃分為兩種不同的區(qū)域 區(qū)域 區(qū)

39、域 主干區(qū)域 至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng) 8網(wǎng) 6網(wǎng) 3網(wǎng) 2網(wǎng) 1網(wǎng) 7區(qū)域 網(wǎng) 4網(wǎng) 5R8OSPF 的特點(diǎn) OSPF 對(duì)不同的鏈路可根據(jù) IP 分組的不同服務(wù)類型 TOS 而設(shè)置成不同的代價(jià)。因此，OSPF 對(duì)于不同類型的業(yè)務(wù)可計(jì)算出不同的路由。如果到同一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)有多條相同代價(jià)的路徑，那么可以將通信量分配給這幾條路徑。這叫作多路徑間的負(fù)載平衡。支持可變長(zhǎng)度的子網(wǎng)劃分。每一個(gè)鏈路狀態(tài)都帶上一個(gè) 32 位的序號(hào)，序號(hào)越大狀態(tài)就越新。OSPF 的其他特點(diǎn) OSPF 還規(guī)定每隔一段時(shí)間，如 30 分鐘，要刷新一次數(shù)據(jù)庫(kù)中的鏈路狀態(tài)。 由于一個(gè)路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰

40、路由器的連通狀態(tài)，因而與整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并無直接關(guān)系。因此當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時(shí)，OSPF 協(xié)議要比距離向量協(xié)議 RIP 好得多。 OSPF 沒有“壞消息傳播得慢”的問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的時(shí)間小于 100 ms。 4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGPBGP 是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。 BGP 較新版本是 2006 年 1 月發(fā)表的 BGP-4（BGP 第 4 個(gè)版本）。 可以將 BGP-4 簡(jiǎn)寫為 BGP。 BGP 使用環(huán)境不同互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模太大，使得自治系統(tǒng)之間路由選擇非常困難。對(duì)于自治系統(tǒng)之間的路由選擇，要尋找最佳路由是很不現(xiàn)實(shí)的。當(dāng)一條路徑通過幾個(gè)不同 AS 時(shí)，要想對(duì)

41、這樣的路徑計(jì)算出有意義的代價(jià)是不太可能的。比較合理的做法是在 AS 之間交換“可達(dá)性”信息。自治系統(tǒng)之間的路由選擇必須考慮有關(guān)策略。因此，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP 只能是力求尋找一條能夠到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)且比較好的路由（不能兜圈子），而并非要尋找一條最佳路由。 BGP 發(fā)言人每一個(gè)自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個(gè)路由器作為該自治系統(tǒng)的“ BGP 發(fā)言人” (BGP speaker) 。一般說來，兩個(gè) BGP 發(fā)言人都是通過一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)連接在一起的。 BGP 交換路由信息 BGP 發(fā)言人之間要交換路由信息，就要先建立 TCP 連接，然后在此連接上交換 BGP 報(bào)文以建立 BGP 會(huì)話(session)，利用

42、 BGP 會(huì)話交換路由信息。使用 TCP 連接能提供可靠的服務(wù)，也簡(jiǎn)化了路由選擇協(xié)議。BGP 發(fā)言人和自治系統(tǒng) AS 的關(guān)系 BGP 發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP 發(fā)言人BGP 發(fā)言人BGP發(fā)言人AS1AS3AS2AS5AS4BGP 協(xié)議的特點(diǎn)BGP 協(xié)議交換路由信息的結(jié)點(diǎn)數(shù)量要比自治系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)少很多。 BGP 發(fā)言人的數(shù)目少，使得自治系統(tǒng)之間的路由選擇不致過分復(fù)雜。 在BGP 剛剛運(yùn)行時(shí)，BGP 的鄰站是交換整個(gè)的 BGP 路由表。但以后只需要在發(fā)生變化時(shí)更新有變化的部分。4.6 IPv64.6.1 IPv6的基本首部4.6.2 IPv6的地址4.6.3 從IPv4向IPv6過渡4.6.4

43、ICMPv64.6.1 IPv6 的基本首部IPv6 引進(jìn)的主要變化如下：更大的地址空間。IPv6 將地址從 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。 擴(kuò)展的地址層次結(jié)構(gòu)。 靈活的首部格式。 IPv6 定義了許多可選的擴(kuò)展首部。改進(jìn)的選項(xiàng)。 IPv6 允許數(shù)據(jù)報(bào)包含有選項(xiàng)的控制信息，其選項(xiàng)放在有效載荷中。允許協(xié)議繼續(xù)擴(kuò)充。 支持即插即用（即自動(dòng)配置）。因此 IPv6 不需要使用 DHCP。支持資源的預(yù)分配。IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的一般形式IPv6數(shù)據(jù)報(bào)由兩大部分組成：基本首部 (base header)有效載荷 (payload)。有效載荷也稱為凈負(fù)荷。有效載荷允許有零個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展首部(ext

44、ension header)，再后面是數(shù)據(jù)部分?；臼撞?擴(kuò)展首部 1 擴(kuò)展首部 N 數(shù) 據(jù) 部 分選項(xiàng)IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)40 字節(jié)不超過 65535 字節(jié)發(fā)送在前有 效 載 荷具有多個(gè)可選擴(kuò)展首部的 IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的一般形式041631版 本位目 的 地 址源 地 址下 一 個(gè) 首 部流 標(biāo) 號(hào)12通 信 量 類（128 位）（128 位）有 效 載 荷 長(zhǎng) 度跳 數(shù) 限 制24有效載荷（擴(kuò)展首部 / 數(shù)據(jù)）IPv6 的基本首部（40 B）IPv6 的有效載荷（至 64 KB）40 字節(jié)長(zhǎng)的 IPv6 基本首部IPv6 的擴(kuò)展首部IPv6 把原來 IPv4 首部中選項(xiàng)的功能都放在擴(kuò)展首部中，

45、并將擴(kuò)展首部留給路徑兩端的源站和目的站的主機(jī)來處理。數(shù)據(jù)報(bào)途中經(jīng)過的路由器都不處理這些擴(kuò)展首部（只有一個(gè)首部例外，即逐跳選項(xiàng)擴(kuò)展首部）。這樣就大大提高了路由器的處理效率。 六種擴(kuò)展首部 在 RFC 2460 中定義了六種擴(kuò)展首部： (1) 逐跳選項(xiàng) (2) 路由選擇 (3) 分片 (4) 鑒別 (5) 封裝安全有效載荷 (6) 目的站選項(xiàng) 每一個(gè)擴(kuò)展首部都由若干個(gè)字段組成，它們的長(zhǎng)度也各不相同。但所有擴(kuò)展首部的第一個(gè)字段都是8位的“下一個(gè)首部”字段。此字段的值指出了在該擴(kuò)展首部后面的字段是什么。4.6.2 IPv6 的地址IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址可以是以下三種基本類型地址之一：(1) 單播

46、(unicast)：傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。(2) 多播 (multicast)：一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。(3) 任播 (anycast)：這是 IPv6 增加的一種類型。任播的目的站是一組計(jì)算機(jī)，但數(shù)據(jù)報(bào)在交付時(shí)只交付其中的一個(gè)，通常是距離最近的一個(gè)。 冒號(hào)十六進(jìn)制記法在IPv6中，每個(gè)地址占 128 位，地址空間大于 3.41038 。為了使地址再稍簡(jiǎn)潔些，IPv6 使用冒號(hào)十六進(jìn)制記法(colon hexadecimal notation, 簡(jiǎn)寫為colon hex)。每個(gè) 16 位的值用十六進(jìn)制值表示，各值之間用冒號(hào)分隔。例如： 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FF

47、FF在十六進(jìn)制記法中，允許把數(shù)字前面的0省略。例如把0000中的前三個(gè)0省略，寫成1個(gè)0。零壓縮冒號(hào)十六進(jìn)制記法可以允許零壓縮 (zero compression)，即一連串連續(xù)的零可以為一對(duì)冒號(hào)所取代。 FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可壓縮為： FF05:B3注意：在任一地址中只能使用一次零壓縮。冒號(hào)十六進(jìn)制記法可結(jié)合使用點(diǎn)分十進(jìn)制記法的后綴，這種結(jié)合在 IPv4 向 IPv6 的轉(zhuǎn)換階段特別有用。例如：0:0:0:0:0:0: 再使用零壓縮即可得出： :4.6.3 從 IPv4 向 IPv6 過渡向 IPv6 過渡只能采用逐步演進(jìn)的辦法，同時(shí)，還必須使新安裝的 IPv6 系統(tǒng)能夠

48、向后兼容：IPv6 系統(tǒng)必須能夠接收和轉(zhuǎn)發(fā) IPv4 分組，并且能夠?yàn)?IPv4 分組選擇路由。兩種向 IPv6 過渡的策略：使用雙協(xié)議棧使用隧道技術(shù)雙協(xié)議棧雙協(xié)議棧IPv6/IPv4IPv6IPv6IPv4 網(wǎng)絡(luò)ABCDEF流標(biāo)號(hào)：X源地址：A目的地址：F 數(shù)據(jù)部分流標(biāo)號(hào)：無源地址：A目的地址：F 數(shù)據(jù)部分雙協(xié)議棧IPv6/IPv4IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)源地址：A目的地址：F數(shù)據(jù)部分源地址：A目的地址：F數(shù)據(jù)部分IPv4 網(wǎng)絡(luò)使用雙協(xié)議棧進(jìn)行從 IPv4 到 IPv6 的過渡IPv4 數(shù)據(jù)報(bào)IPv4 數(shù)據(jù)報(bào)IPv6隧道IPv6隧道IPv6隧道IPv6IPv6AFIPv4 數(shù)據(jù)報(bào)IP

49、v4 數(shù)據(jù)報(bào)源地址：B目的地址：EIPv6數(shù)據(jù)報(bào)雙協(xié)議棧IPv6/IPv4流標(biāo)號(hào)：X源地址：A目的地址：F 數(shù)據(jù)部分IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)流標(biāo)號(hào)：X源地址：A目的地址：F 數(shù)據(jù)部分IPv6 數(shù)據(jù)報(bào)源地址：B目的地址：EIPv6數(shù)據(jù)報(bào)隧道技術(shù)IPv4 網(wǎng)絡(luò)BCDE雙協(xié)議棧IPv6/IPv4IPv4網(wǎng)絡(luò) 使用隧道技術(shù)進(jìn)行從 IPv4 到 IPv6 的過渡4.6.4 ICMPv6IPv6 也不保證數(shù)據(jù)報(bào)的可靠交付，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)中的路由器可能會(huì)丟棄數(shù)據(jù)報(bào)。因此 IPv6 也需要使用 ICMP 來反饋一些差錯(cuò)信息。新的版本稱為 ICMPv6。4.6.4 ICMPv6地址解析協(xié)議 ARP 和網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGM

50、P 協(xié)議的功能都已被合并到 ICMPv6 中。 版本 4 中的網(wǎng)絡(luò)層ICMPIPv4ARPIGMP版本 6 中的網(wǎng)絡(luò)層ICMPv6IPv6新舊版本中的網(wǎng)絡(luò)層的比較4.7 IP 多播4.7.1 IP 多播的基本概念4.7.2 在局域網(wǎng)上進(jìn)行硬件多播4.7.3 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP 和多播路由選擇協(xié)議4.7.1 IP 多播的基本概念I(lǐng)P 多播 (multicast，以前曾譯為組播) 已成為互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)熱門課題。目的：更好地支持一對(duì)多通信。一對(duì)多通信：一個(gè)源點(diǎn)發(fā)送到許多個(gè)終點(diǎn)。例如，實(shí)時(shí)信息的交付（如新聞、股市行情等），軟件更新，交互式會(huì)議及其他多媒體通信。多播可大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源共有 90 個(gè)主

51、機(jī)接收視頻節(jié)目R1R3R4R2視頻服務(wù)器 M30 個(gè)30 個(gè)30 個(gè)30 個(gè)30個(gè)30 個(gè)90 個(gè)采用單播方式，向 90 臺(tái)主機(jī)傳送同樣的視頻節(jié)目需要發(fā)送 90 個(gè)單播單播多播可大大節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源采用多播方式，只需發(fā)送一次到多播組。路由器復(fù)制分組。局域網(wǎng)具有硬件多播功能，不需要復(fù)制分組。當(dāng)多播組的主機(jī)數(shù)很大時(shí)（如成千上萬個(gè)），采用多播方式就可明顯地減輕網(wǎng)絡(luò)中各種資源的消耗。多播組成員共有 90 個(gè)R1R3R4R2視頻服務(wù)器 M1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)1 個(gè)復(fù)制多播多播多播多播多播 IP 地址IP 多播所傳送的分組需要使用多播 IP 地址。多播組的標(biāo)識(shí)符就是 IP 地址中的 D 類地址

52、（多播地址）。每一個(gè)D類地址標(biāo)志一個(gè)多播組。多播地址只能用于目的地址，不能用于源地址。多播數(shù)據(jù)報(bào)多播數(shù)據(jù)報(bào)和一般的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的區(qū)別就是它使用 D 類 IP 地址作為目的地址，并且首部中的協(xié)議字段值是2，表明使用網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP。多播數(shù)據(jù)報(bào)也是“盡最大努力交付”，不保證一定能夠交付多播組內(nèi)的所有成員。對(duì)多播數(shù)據(jù)報(bào)不產(chǎn)生 ICMP 差錯(cuò)報(bào)文。因此，若在 PING 命令后面鍵入多播地址，將永遠(yuǎn)不會(huì)收到響應(yīng)。4.7.3 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP 和多播路由選擇協(xié)議為了使路由器知道多播組成員的信息，需要利用網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Pro

53、tocol)。局域網(wǎng)上的多播路由器還必須和互聯(lián)網(wǎng)上的多播路由器協(xié)同工作，以便把多播數(shù)據(jù)報(bào)用最小代價(jià)傳送給所有的組成員。這就需要使用多播路由選擇協(xié)議。 IGMP 使多播路由器知道多播組成員信息 4263多播組23IGMPIGMPIGMPIGMPR1R4R3R2參加多播組參加多播組參加多播組參加多播組未參加多播組未參加多播組IGMP 的使用范圍 IGMP 不知道 IP 多播組包含的成員數(shù)，也不知道這些成員都分布在哪些網(wǎng)絡(luò)上。IGMP 協(xié)議是讓連接在本地局域網(wǎng)上的多播路由器知道本局域網(wǎng)上是否有主機(jī)參加或退出了某個(gè)多播組。IGMP 可分為兩個(gè)階段 第一階段：加入多播組。當(dāng)某個(gè)主機(jī)加入新的多播組時(shí)，該主機(jī)應(yīng)向多播組的多播地址發(fā)送IGMP 報(bào)文，聲明自己要成為該組的成員。本地的多播路由器收到 IGMP 報(bào)文后，將組成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給互聯(lián)網(wǎng)上的其他多播路由器。IGMP 可分為兩個(gè)階段 第二階段：探詢組成員變化情況。因?yàn)榻M成員關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，因此本地多播路由器要周期性