計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理及應(yīng)用：第七章網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)

1、第7章網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)交換今日汗水，路由明朝輝煌7 網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)本章內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)層概述IP地址網(wǎng)絡(luò)層常見協(xié)議報(bào)文協(xié)議ICMP網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備7.1 網(wǎng)絡(luò)層概述 網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)各種不同的網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是將發(fā)送端計(jì)算機(jī)傳輸層遞交的數(shù)據(jù)分組通過物理網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇邮斩擞?jì)算機(jī)的傳輸層。具體來說： （1）路由選擇：找到一條從發(fā)送端計(jì)算機(jī)到接受端計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸路徑。 （2）分組轉(zhuǎn)發(fā)：通過找到的路徑，將數(shù)據(jù)分組一個(gè)節(jié)點(diǎn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)地轉(zhuǎn)發(fā)到接收端計(jì)算機(jī)。 7-1 網(wǎng)絡(luò)層概述網(wǎng)絡(luò)層位于OSI模型的第三層，網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)將分組從源端傳輸?shù)侥康亩?，這可能要跨越多個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)層的主要任務(wù)網(wǎng)絡(luò)層主機(jī)A主機(jī)B結(jié)點(diǎn) 1結(jié)點(diǎn) 2結(jié)點(diǎn)

2、3網(wǎng)絡(luò)連接數(shù)據(jù)鏈路連接數(shù)據(jù)鏈路連接 傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層是通信子網(wǎng)的最高層，對(duì)上層用戶屏蔽了子網(wǎng)通信的細(xì)節(jié)，如子網(wǎng)類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、子網(wǎng)數(shù)目，向上層提供一致的服務(wù)、統(tǒng)一的地址7.1.1網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計(jì)問題設(shè)計(jì)中3個(gè)主要問題：1.異種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)問題:源主機(jī)與目的主機(jī)不處于同一網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，應(yīng)由網(wǎng)絡(luò)層來處理這些差異，并解決由此而帶來的問題2.路由選擇：網(wǎng)絡(luò)層必須知道通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（即所有路由器的位置），并選擇通過子網(wǎng)的合適路徑。3.擁塞控制：選擇路徑時(shí)要注意到，不要使一些通信線路超負(fù)荷工作，而另一些通信線路卻處于空閑狀態(tài)。 網(wǎng)絡(luò)層的功能標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)地址（邏輯編址）路由提供網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)單元：分組保證服務(wù)參數(shù)

3、：與傳輸層協(xié)商傳輸率，傳輸延遲等；多路復(fù)用：一條鏈路分為多個(gè)信道是鏈路層的功能，在網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用；差錯(cuò)控制流量控制和擁塞控制：流量控制負(fù)責(zé)源站與目標(biāo)站之間收發(fā)速率的匹配，擁塞控制負(fù)責(zé)通信子網(wǎng)內(nèi)的吞吐量的問題。 網(wǎng)絡(luò)層的功能網(wǎng)絡(luò)層的基本服務(wù)是為兩個(gè)傳送實(shí)體之間提供透明的數(shù)據(jù)傳送，它使得傳輸層不需要了解基本通信媒體上的任何細(xì)節(jié)當(dāng)兩個(gè)站之間只有直接鏈路時(shí)，可以不需要網(wǎng)絡(luò)層對(duì)于分組交換網(wǎng)絡(luò)，只有經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層才能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)間的通信常見協(xié)議：IP IPX（Netware操作系統(tǒng)中）網(wǎng)絡(luò)層通常提供的服務(wù)類型：數(shù)據(jù)報(bào)、虛電路網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)層提供了兩種數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)： 面向連接的可靠的服務(wù)：虛電路方式 無

4、連接的不可靠的服務(wù)：數(shù)據(jù)報(bào)方式（1）面向連接的虛電路方式面向連接的通信方式 建立虛電路(Virtual Circuit)，以保證雙方通信所需的一切網(wǎng)絡(luò)資源。 如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)。 虛電路服務(wù)H1H5H2H4H3ACDBH6E分組交換網(wǎng)端系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)虛電路邏輯信道物理信道應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層H1 發(fā)送給 H5 的所有分組都沿著同一條虛電路傳送虛電路是邏輯連接虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接。請(qǐng)注意，電路交換的電話通信是先建立了一條真正的連接。因此分組交換的虛連接和

5、電路交換的連接只是類似，但并不完全一樣。 無連接的服務(wù) (2)無連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡(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)。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組（即 IP 數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無關(guān)（不進(jìn)行編號(hào)）。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。即所傳送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)然也不保證分組傳送的時(shí)限。 數(shù)據(jù)報(bào)操作方式在數(shù)據(jù)報(bào)操作方式中，每個(gè)分組被稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，若干個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)構(gòu)成一次要傳送的報(bào)文或數(shù)據(jù)塊。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)自身攜帶有足夠的信息，它的傳送是被單獨(dú)處理的。 發(fā)送一個(gè)報(bào)文時(shí)，將報(bào)文拆成若干個(gè)帶有序號(hào)和地址信息的數(shù)據(jù)報(bào)，依次發(fā)給

6、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。 各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)所走的路徑就可能不同，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)要為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)做路由選擇。 應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)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關(guān)鍵問題：(1)尋址：（哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)、哪臺(tái)主機(jī)）。(2)路由：（路由表）。 (3)分組生命期。 (4)差錯(cuò)控制和流量控制。 (5)分段和重組。 虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的對(duì)比對(duì)比的方面虛電路服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)思路可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機(jī)來保證連接的建立必須有不需要終點(diǎn)地址僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用短的虛電路號(hào)每個(gè)分組都有終點(diǎn)的完整地址分組的轉(zhuǎn)發(fā)屬于

7、同一條虛電路的分組均按照同一路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)結(jié)點(diǎn)出故障時(shí)所有通過出故障的結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作出故障的結(jié)點(diǎn)可能會(huì)丟失分組，一些路由可能會(huì)發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)終點(diǎn)到達(dá)終點(diǎn)時(shí)不一定按發(fā)送順序端到端的差錯(cuò)處理和流量控制可以由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)，也可以由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)面向連接的互連方式的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：緩沖區(qū)可以預(yù)約；保證順序發(fā)送；可以使用較短的分組頭；可以避免由延遲的重復(fù)分組帶來的問題。缺點(diǎn)：1.需要有一張表存儲(chǔ)每個(gè)打開的連接的信息；連接一旦建立后路由就固定了，沒法繞過出現(xiàn)故障的區(qū)域；沿途路由器崩潰帶來的脆弱性。2.某個(gè)子網(wǎng)為不可靠數(shù)據(jù)報(bào)方式時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來很困難，

8、甚至不可能實(shí)現(xiàn)。無連接的互連方式特點(diǎn)特性：1.更有可能造成擁塞；但也更能適應(yīng)擁塞；2.路由器崩潰時(shí)的健壯性；3.需要更長(zhǎng)的分組頭部；4.可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)路由選擇等。7.2 IP協(xié)議IP協(xié)議是因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。IP協(xié)議是一個(gè)不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議。IP協(xié)議提供的是一種盡力遞交服務(wù)?！氨M力”意味著IP沒有提供差錯(cuò)控制和流量控制控制機(jī)制。數(shù)據(jù)的可靠傳輸靠高層協(xié)議來解決。IP層的主要功能：對(duì)數(shù)據(jù)分組的路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)。IP層在每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包前加入一個(gè)控制信息，其中包含了源主機(jī)的IP地址、目的主機(jī)的IP地址和其他一些信息。數(shù)據(jù)分組的分段和重組。當(dāng)數(shù)據(jù)分組的大小大于實(shí)際物理網(wǎng)絡(luò)所支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分組的大小

9、時(shí)，IP層就要在發(fā)送端（發(fā)送端主機(jī)或路由器）將數(shù)據(jù)分組分割成若干個(gè)片段進(jìn)行傳輸。當(dāng)目的端主機(jī)接收到數(shù)據(jù)片段后，IP層將所有的片段重新組合形成原始的數(shù)據(jù)分組。TCP 報(bào)文IP 數(shù)據(jù)報(bào)MAC 幀應(yīng)用層數(shù)據(jù)頭部頭部尾部頭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 地址IP 地址7.2.2 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的格式 IP層的數(shù)據(jù)分組稱為數(shù)據(jù)報(bào)。一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)由頭部和數(shù)據(jù)兩部分組成。頭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。在頭部的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的：從040個(gè)字節(jié)。 固定部分可變部分04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié)

10、 議標(biāo) 識(shí)區(qū) 分 服 務(wù)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分頭 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)頭部發(fā)送在前可變部分頭部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) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分頭 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)固定部分發(fā)送在前頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的

11、地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分?jǐn)?shù) 據(jù) 部 分頭 部IP 數(shù)據(jù)報(bào)固定部分可變部分區(qū) 分 服 務(wù)發(fā)送在前頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分版本占 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)區(qū) 分 服 務(wù)1. IP 數(shù)據(jù)報(bào)頭部的固定部分中的各字段 頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn)

12、和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分頭部長(zhǎng)度占 4 位，可表示的最大數(shù)值是 15 個(gè)單位(一個(gè)單位為 4 字節(jié))因此 IP 的頭部長(zhǎng)度的最大值是 60 字節(jié)。區(qū) 分 服 務(wù)頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分區(qū)分服務(wù)占 8 位，用來獲得更好的服務(wù)在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型，但實(shí)際上一直未被使用過。1998 年這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù)。只有在使用區(qū)分服務(wù)（DiffS

13、erv）時(shí)，這個(gè)字段才起作用。在一般的情況下都不使用這個(gè)字段 區(qū) 分 服 務(wù)頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分總長(zhǎng)度占 16 位，指頭部和數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報(bào)的最大長(zhǎng)度為 65535 字節(jié)?？傞L(zhǎng)度必須不超過最大傳送單元 MTU。 區(qū) 分 服 務(wù)頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng)

14、度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分標(biāo)識(shí)(identification) 占 16 位，它是一個(gè)計(jì)數(shù)器，用于數(shù)據(jù)報(bào)的分段和重裝 區(qū) 分 服 務(wù)頭部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) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分標(biāo)志(flag) 占 3 位，目前只有前兩位有意義。標(biāo)志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF 1 表示后面“還有分段”。MF 0 表示最后一個(gè)分段。標(biāo)志字段中間的一位是 DF (Dont Fra

15、gment) 。只有當(dāng) DF 0 時(shí)才允許分段。 頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分分段偏移(12 位)指出：較長(zhǎng)的分組在分段后某段在原分組中的相對(duì)位置。分段偏移以 8 個(gè)字節(jié)為偏移單位。區(qū) 分 服 務(wù)偏移 = 0/8 = 0偏移 = 0/8= 0偏移 = 1400/8 = 175偏移 = 2800/8 = 350140028003799279913993799需分段的數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)分段 1頭部數(shù)據(jù)部分共 3800 字節(jié)

16、頭部 1頭部 2頭部 3字節(jié) 0數(shù)據(jù)報(bào)分段 2數(shù)據(jù)報(bào)分段 314002800字節(jié) 0【例7-1】 IP 數(shù)據(jù)報(bào)分段頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分生存時(shí)間(8 位)記為 TTL (Time To Live)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。區(qū) 分 服 務(wù)頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度

17、可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分協(xié)議(8 位)字段指出此數(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)部分上交給哪個(gè)處理過程區(qū) 分 服 務(wù)傳輸層網(wǎng)絡(luò)層頭部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)程頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分頭部檢驗(yàn)和(16 位)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的頭部不檢驗(yàn)數(shù)據(jù)部分。這里不采用 CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡(jiǎn)單的計(jì)算方法

18、。 區(qū) 分 服 務(wù)發(fā)送端接收端16 位字 116 位字 2置為全 0檢驗(yàn)和16 位字 n16 位反碼算術(shù)運(yùn)算求和取反碼數(shù)據(jù)報(bào)頭部IP 數(shù)據(jù)報(bào)16 位檢驗(yàn)和16 位字 116 位字 216 位檢驗(yàn)和16 位字 n16 位反碼算術(shù)運(yùn)算求和16 位結(jié)果取反碼數(shù)據(jù)部分若結(jié)果為 0, 則保留；否則，丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)部分不參與檢驗(yàn)和的計(jì)算頭部04816192431版 本標(biāo)志生 存 時(shí) 間協(xié) 議標(biāo) 識(shí)總 長(zhǎng) 度分 段 偏 移 量填 充頭 部 檢 驗(yàn) 和源 地 址目 的 地 址可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變）位頭部長(zhǎng)度數(shù) 據(jù) 部 分固定部分可變部分源地址和目的地址都各占 4 字節(jié)區(qū) 分 服 務(wù)7-2.3 I

19、P地址計(jì)算機(jī)互聯(lián)的前提，標(biāo)識(shí)與尋址MAC 尋址 IP 尋址 What Is an IP Address?133.120.75.886131.107.0.0131.107.3.27133.120.0.0129.102.12.7129.102.0.0129.102.16.29094MARIA AVEMARIA AVEInternet地址要使Internet上主機(jī)間能正常通信，必須給每個(gè)計(jì)算機(jī)一個(gè)全球都能接收和識(shí)別的唯一標(biāo)識(shí)，即IP地址。IP地址的劃分 IP地址由32比特組成，包括三個(gè)部分：地址類別、網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)；IP地址以32個(gè)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

20、，Internet管理委員會(huì)采用了一種“點(diǎn)分十進(jìn)制”表示方法表示IP地址。將IP地址分為4個(gè)字節(jié)（每個(gè)字節(jié)8個(gè)比特），且每個(gè)字節(jié)用十進(jìn)制表示，并用點(diǎn)號(hào)“”隔開， IP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 A類地址A類地址的網(wǎng)絡(luò)數(shù)為27（128）個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)包含的主機(jī)數(shù)為224（16777216）個(gè)，A類地址的范圍是0.0.0.0127.255.255.255。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)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(gè)，其范圍是1126。另外，主機(jī)號(hào)全為0和全為1也有特殊作用，所以每個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)包含的主機(jī)數(shù)應(yīng)該是224-2（1677721

21、4）個(gè)。因此，一臺(tái)主機(jī)能使用的A類地址的有效范圍是：1.0.0.1126.255.255.254。B類地址B類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為214個(gè)（16384），主機(jī)數(shù)是216（65536）B類地址的范圍為128.0.0.0191.255.255.255，與A類地址類似（主機(jī)號(hào)全0和全1有特殊作用），一臺(tái)主機(jī)能使用的B類地址的有效范圍是：128.0.0.1191.255.255.254C類地址C類地址網(wǎng)絡(luò)數(shù)為221個(gè)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)所包含的主機(jī)數(shù)為256（實(shí)際有效的為254）個(gè)。C類地址的范圍為192.0.0.0223.255.255.255，同樣，一臺(tái)主機(jī)能使用的C類地址的有效范圍是：192.0.0.1223.

22、255.255.25401D類地址和E類地址D類地址用于多播，多播就是同時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送給一組主機(jī)，只有那些已經(jīng)登記可以接收多播地址的主機(jī)，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(shí)也可以用于實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，它們不能被分配給主機(jī)。 幾種特殊的IP地址 廣播地址:主機(jī)號(hào)全為1的IP地址用于廣播，成為直接廣播地址。有限廣播地址：需要在本網(wǎng)內(nèi)廣播，但又不知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)？TCP/IP:32bit全部為1的IP地址用于本網(wǎng)廣播?！?”地址:主機(jī)號(hào)全為0，表示本地網(wǎng)絡(luò)?；厮偷刂罚阂?27開始的地址是作為一個(gè)保留地址，如127.0.0.1：用于

23、網(wǎng)絡(luò)軟件測(cè)試以及本地主機(jī)進(jìn)程間通信，則該地址就成為回送地址。內(nèi)部網(wǎng)可選的地址Internet網(wǎng)絡(luò)信息中心負(fù)責(zé)全球IP地址的分配與回收。對(duì)為了避免某個(gè)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，, Internet工程任務(wù)組 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192.168.0.0192.168.255.255 子網(wǎng)劃分技術(shù)（Subnetting）子網(wǎng)劃分能夠使單個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址橫跨幾個(gè)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

24、來。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(gè)三層的結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。通過網(wǎng)絡(luò)號(hào)確定了一個(gè)站點(diǎn)，通過子網(wǎng)號(hào)確定一個(gè)物理子網(wǎng)，而通過主機(jī)號(hào)則確定了與子網(wǎng)相連的主機(jī)地址。因此，一個(gè)IP數(shù)據(jù)包的路由就涉及到三部分：傳送到站點(diǎn)、傳送到子網(wǎng)、傳送到主機(jī)。子網(wǎng)具體的劃分方法對(duì)子網(wǎng)的劃分，可以將單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)分為兩個(gè)部分，其中一部分用于子網(wǎng)號(hào)編址，另一部分用于主機(jī)號(hào)編址。劃分子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)，取決于具體的需要。若子網(wǎng)號(hào)所占的比特越多，可分配給主機(jī)的位數(shù)就越少，也就是說，在一個(gè)子網(wǎng)中所包含的主機(jī)就越少。比如一個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)

25、172.17.0.0，將主機(jī)號(hào)分為兩部分，其中8個(gè)比特用于子網(wǎng)號(hào)，另外8個(gè)比特用于主機(jī)號(hào)，那么這個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)就被分為254個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可以容納254臺(tái)主機(jī)。劃分子網(wǎng)后的問題如何區(qū)分這兩個(gè)地址？如何確定兩個(gè)IP地址是否屬于同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)？子網(wǎng)掩碼 子網(wǎng)掩瑪（Subnet Mask）也是一個(gè)“點(diǎn)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(gè)IP地址中的哪些位對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)地址（包括子網(wǎng)地址）、哪些位對(duì)應(yīng)于主機(jī)地址。對(duì)于子網(wǎng)掩碼的取值，通常是將對(duì)應(yīng)于IP地址中網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)）的所有位都設(shè)置為“1”，對(duì)應(yīng)于主機(jī)地址（主機(jī)號(hào)）的所有位都設(shè)置為“0”。 地址類型點(diǎn)分十進(jìn)制表示子網(wǎng)掩碼的二進(jìn)

26、制位A255.0.0.011111111000000000000000000000000B255.255.0.011111111111111110000000000000000C255.255.255.011111111111111111111111100000000通過子網(wǎng)掩碼識(shí)別網(wǎng)絡(luò)地址TCP/IP對(duì)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(yùn)算，可以將每個(gè)IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址取出，從而知道兩個(gè)IP地址所對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)。 子網(wǎng)掩碼與主機(jī)IP地址范圍的計(jì)算子網(wǎng)劃分的規(guī)則 在RFC文檔中(Request For Comments（RFC），是一系列以編號(hào)排定的文件。 )，RFC950規(guī)定了子

27、網(wǎng)劃分的規(guī)范，其中對(duì)網(wǎng)絡(luò)地址中的子網(wǎng)號(hào)作了如下的規(guī)定：由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)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(hào)也不能全為“0”，子網(wǎng)號(hào)全為“0”時(shí)，表示本子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)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(hào)也不能全為“1”，全為“1”的地址用于向子網(wǎng)廣播。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(gè)子網(wǎng)的最大主機(jī)數(shù)，有了這些信息后，就可以定義每個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)地址（網(wǎng)絡(luò)號(hào)+子網(wǎng)號(hào)）的范圍和主機(jī)號(hào)的范圍。劃分子網(wǎng)的步驟如下：確定需要多少子網(wǎng)號(hào)來唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)上的每一個(gè)子網(wǎng)。確定需要多少主機(jī)號(hào)來標(biāo)識(shí)每個(gè)子網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)。定義一個(gè)符合網(wǎng)絡(luò)要求的子網(wǎng)掩碼。確定標(biāo)識(shí)

28、每一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。確定每一個(gè)子網(wǎng)上所使用的主機(jī)地址的范圍。子網(wǎng)劃分實(shí)例網(wǎng)絡(luò)中有100臺(tái)主機(jī)，現(xiàn)在分成子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)能容下60臺(tái)主機(jī)，怎樣劃分子網(wǎng)？確定子網(wǎng)掩碼將一個(gè)C類的地址劃分為兩個(gè)子網(wǎng)，必然要從代表主機(jī)號(hào)的第四個(gè)字節(jié)中取出若干個(gè)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(gè)子網(wǎng)，似乎可行，但子網(wǎng)的增多也表示了每個(gè)子網(wǎng)容納的主機(jī)數(shù)減少，6個(gè)子網(wǎng)中每個(gè)子網(wǎng)容納的主機(jī)數(shù)為30，而實(shí)際的要求是每個(gè)子網(wǎng)需要51個(gè)主機(jī)號(hào)。若取出2位，可以劃分2個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可容納62個(gè)主機(jī)號(hào)（全為0和全為1的主機(jī)號(hào)不能分配給主機(jī)），因此，取出2位劃分子網(wǎng)是可行的，子網(wǎng)掩碼為25

29、5.255.255.192。 確定標(biāo)識(shí)每一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址確定每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)地址范圍 每個(gè)子網(wǎng)中每臺(tái)主機(jī)的地址分配 練習(xí)題：若要將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)172.17.0.0劃分為14個(gè)子網(wǎng)，請(qǐng)計(jì)算出每個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼，以及在每個(gè)子網(wǎng)中主機(jī)IP地址的范圍是多少？答：子網(wǎng)掩碼是255.255.240.011111111111111111111000000000000171720001 0000000000010001 111111111111網(wǎng)絡(luò)地址1.172.17.16.0每個(gè)子網(wǎng)主機(jī)IP的地址：172.17.16.1172.17.31.254171720010 0000000000010010 111111

30、1111112.172.17.32.0172.17.32.1172.17.47.254171720011 0000000000010011 1111111111113.172.17.48.0172.17.48.1172.17.63.254171720100 0000000000010100 1111111111114.172.17.64.0172.17.64.1172.17.79.254171720101 0000000000010101 1111111111115.172.17.80.0172.17.80.1172.17.95.254171720110 0000000000010110 11

31、11111111116.172.17.96.0172.17.96.1172.17.111.254171720111 0000000000010111 1111111111117.172.17.112.0172.17.112.1172.17.127.254171721000 0000000000011000 111111111111網(wǎng)絡(luò)地址8.172.17.128.0每個(gè)子網(wǎng)主機(jī)IP的地址：172.17.128.1172.17.143.254171721001 0000000000011001 1111111111119.172.17.144.0172.17.144.1172.17.159.25

32、4171721010 0000000000011010 11111111111110.172.17.160.0172.17.160.1172.17.175.254171721011 0000000000011011 11111111111111.172.17.176.0172.17.176.1172.17.191.254171721100 0000000000011100 11111111111112.172.17.192.0172.17.192.1172.17.207.254171721101 0000000000011101 11111111111113.172.17.208.0172.1

33、7.208.1172.17.223.254171721110 0000000000011110 11111111111114.172.17.224.0172.17.224.1172.17.239.2541、設(shè)IP地址為192.168.68.250，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224，求網(wǎng)絡(luò)地址。2、用32位二進(jìn)制表示的IP地址為11000001 10101001 10001010 11111010，請(qǐng)給出該IP的點(diǎn)分十進(jìn)制表示形式？該IP地址屬于哪類網(wǎng)絡(luò)？若子網(wǎng)掩碼為255.255.255.224，請(qǐng)計(jì)算出該IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址？3、若要將一個(gè)C類的網(wǎng)絡(luò)192.17.168.0劃分為6個(gè)子

34、網(wǎng)，請(qǐng)計(jì)算出子網(wǎng)掩碼和每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址，以及在每個(gè)子網(wǎng)中主機(jī)IP地址的范圍是多少？VLSM可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼VLSM（Variable Length Subnet Mask, 可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼），這是一種產(chǎn)生不同大小子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)分配機(jī)制。VLSM將允許給點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路分配子網(wǎng)掩碼255.255.255.252，而給Ethernet網(wǎng)絡(luò)分配255.255.255.0。VLSM技術(shù)對(duì)高效分配IP地址（較少浪費(fèi)）以及減少路由表大小都起到非常重要的作用。但是需要注意的是使用VLSM時(shí)，所采用的路由協(xié)議必須能夠支持它，這些路由協(xié)議包括RIP2，OSPF，EIGRP和BGP。2、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMPIP協(xié)議盡

35、力傳遞并不表示數(shù)據(jù)報(bào)一定能夠投送到目標(biāo)點(diǎn)；一旦發(fā)送過程出了某些問題，網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議（ICMP，Internet Control Message Protocol）將通知發(fā)送方且數(shù)據(jù)不再被傳送。ICMP位于TCP/IP模型互聯(lián)網(wǎng)層的IP協(xié)議和TCP協(xié)議之間，它不擔(dān)供差錯(cuò)控制服務(wù)，而是僅僅報(bào)告哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是不可到達(dá)的，哪一數(shù)據(jù)報(bào)因分配的生存時(shí)間（它們的TTL）過期而被拋棄。ICMP的作用主要用于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和結(jié)點(diǎn)之間的控制與差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文的傳輸。目的僅僅是向源主機(jī)告知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境出現(xiàn)問題。ICMP 報(bào)文封裝在IP分組中ICMP 消息: 包括一個(gè)類型字段和一個(gè)編碼字段ICMP 報(bào)文的種類有兩種，即 ICMP

36、差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文和 ICMP 詢問報(bào)文首 部ICMP 報(bào)文0數(shù) 據(jù) 部 分檢驗(yàn)和類型編碼（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）787.4 因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議（ICMP）類型 編碼 描述 0 0 回聲回答（對(duì)Ping的回答） 3 1 目的主機(jī)不可達(dá) 3 2 目的協(xié)議不可達(dá) 3 3 目的端口不可達(dá) 3 6 目的網(wǎng)絡(luò)未知 3 7 目的主機(jī)未知 4 0 源抑制 (擁塞控制，未用) 8 0 回聲請(qǐng)求 (ping) 9 0 路由器通告10 0 路由器發(fā)現(xiàn)11 0 TTL 過期12 0 IP 首部錯(cuò)誤79基于 ICMP協(xié)

37、議的網(wǎng)絡(luò)診斷軟件Ping軟件：跟蹤IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送的路由測(cè)試整個(gè)路徑的最大MTU課件制作人：謝希仁Ping 的應(yīng)用舉例課件制作人：謝希仁Traceroute 的應(yīng)用舉例自治系統(tǒng) AS(Autonomous System) 自治系統(tǒng)AS 的定義：在單一的技術(shù)管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種 AS 內(nèi)部的路由選擇協(xié)議和共同的度量以確定分組在該 AS 內(nèi)的路由，同時(shí)還使用一種 AS 之間的路由選擇協(xié)議用以確定分組在 AS之間的路由?，F(xiàn)在對(duì)自治系統(tǒng) AS 的定義是強(qiáng)調(diào)下面的事實(shí)：盡管一個(gè) AS 使用了多種內(nèi)部路由選擇協(xié)議和度量，但重要的是一個(gè) AS 對(duì)其他 AS 表現(xiàn)出的是一個(gè)單一的和一致的路由

38、選擇策略。每個(gè)自治系統(tǒng)都分配了一個(gè)自治系統(tǒng)編號(hào)，該自治系統(tǒng)編號(hào)與IP地址一樣，都由一個(gè)中央權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行分配，它唯一地標(biāo)識(shí)了對(duì)應(yīng)的自治系統(tǒng)。7-3 路由協(xié)議IGPs: RIP, OSPFEGPs: BGP自治系統(tǒng) 100自治系統(tǒng) 200自治系統(tǒng) 300自治系統(tǒng) 400外部鄰居：兩個(gè)屬于不同自治系統(tǒng)并且交換路由信息的路由器； 使用的協(xié)議時(shí)EGP。內(nèi)部鄰居：屬于同一自治系統(tǒng)并交換路由信息的兩個(gè)路由器。使用的路由協(xié)議稱為IGP。 自治系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一個(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 Gateway Protocol) 若源