第 5 章 网络互连技术与IP教学课件.pptx

第五章第五章 网络互连网络互连技术与技术与IP 本章学习要点：本章学习要点： 网络互连的基本概念网络互连的基本概念 网络互连的类型和层次网络互连的类型和层次 典型网络互连设备典型网络互连设备 路由协议路由协议 IP组播和组播和IGMP IP协议协议 子网和超网子网和超网 ARP和和ICMP协议协议 IPV4与与IPV6协议协议 移动移动IP技术技术5.1 网络互连的基本概念网络互连的基本概念5.1.1 网络互连概述网络互连概述1. 网络互连的概念网络互连的概念 网络互连网络互连是指将分布在不同地理位置、使用不同数据链路层协议的是指将分布在不同地理位置、使用不同数据链路层协议的单个网络通过网络互连设备进行连接，使之成为一个更大规模的互连单个网络通过网络互连设备进行连接，使之成为一个更大规模的互连网络系统，以实现更大范围的数据通信和资源共享。网络系统，以实现更大范围的数据通信和资源共享。 2. 网络互连的优点网络互连的优点l 扩大资源共享的范围扩大资源共享的范围 将多个计算机网络互连起来就构成了一个更大的网络将多个计算机网络互连起来就构成了一个更大的网络Internet。在在Internet上的用户只要遵循相同的协议，就能相互通信，并且上的用户只要遵循相同的协议，就能相互通信，并且Internet上的资源也可以被更多的用户所共享上的资源也可以被更多的用户所共享 l 提高网络的性能提高网络的性能 总线型网络随着用户数的增多，冲突的概率和数据发送延迟会显著增大，总线型网络随着用户数的增多，冲突的概率和数据发送延迟会显著增大，网络性能也会随之降低。但如果采用子网自治以及子网互连的方法就可以网络性能也会随之降低。但如果采用子网自治以及子网互连的方法就可以缩小冲突域，有效提高网络性能。缩小冲突域，有效提高网络性能。 l 降低连网的成本降低连网的成本 当同一地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，一般都采用主当同一地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，一般都采用主机先行联网（构成局域网），再通过网络互连技术和其它网络连接的方法，机先行联网（构成局域网），再通过网络互连技术和其它网络连接的方法，这样可以大大降低连网成本。这样可以大大降低连网成本。 l 提高网络的安全性提高网络的安全性 将具有相同权限的用户主机组成一个网络，在网络互连设备上严格控将具有相同权限的用户主机组成一个网络，在网络互连设备上严格控制其它用户对该网的访问，从而可以实现提高网络的安全机制。制其它用户对该网的访问，从而可以实现提高网络的安全机制。 l 提高网络的可靠性提高网络的可靠性 设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而通过子网的划分可以有效地设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而通过子网的划分可以有效地限制设备故障对网络的影响范围。限制设备故障对网络的影响范围。 5.1.2 网络互连的要求网络互连的要求l 能为不同子网之间的通信能为不同子网之间的通信提供路径选择和数据交换功能。提供路径选择和数据交换功能。l 在不修改互连在一起的各网络原有结构和协议的基础上，能够利在不修改互连在一起的各网络原有结构和协议的基础上，能够利用网间互连设备来协调和适配各个网络之间的差异。用网间互连设备来协调和适配各个网络之间的差异。l 应考虑虚拟网络的划分、不同子网的差错恢复机制对全网的影响、应考虑虚拟网络的划分、不同子网的差错恢复机制对全网的影响、不同子网的用户接入限制以及通过互连设备对网络的流量控制等不同子网的用户接入限制以及通过互连设备对网络的流量控制等问题。问题。l 尽量避免为提高网络之间的传输性能而影响各个子网内部的传输功尽量避免为提高网络之间的传输性能而影响各个子网内部的传输功能和传输性能。能和传输性能。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页5.2 网络互连的类型和层次网络互连的类型和层次5.2.1 网络互连的类型网络互连的类型 目前，计算机网络可以分为局域网、城域网与广域网目前，计算机网络可以分为局域网、城域网与广域网3种。因此，种。因此，网络互连的类型主要有以下几种。网络互连的类型主要有以下几种。1. 局域网局域网局域网互连（局域网互连（LANLAN） l 在实际的网络应用中，局域网在实际的网络应用中，局域网局域网互连是最常见的一种，如局域网互连是最常见的一种，如图图5-1所示。所示。图图5-1 局域网局域网局域网互连示意图局域网互连示意图l 局域网局域网局域网互连一般又可分为同种局域网互连（比如两个以太局域网互连一般又可分为同种局域网互连（比如两个以太网间的互连）和异种局域网互连（比如一个以太网和一个令牌环网的网间的互连）和异种局域网互连（比如一个以太网和一个令牌环网的互连）两种。互连）两种。 2. 局域网局域网广域网互连（广域网互连（LANWAN） 局域网局域网广域网互连也是常见的网络互连方式之一，如广域网互连也是常见的网络互连方式之一，如图图5-2所示。所示。局域网局域网广域网互连一般可以通过路由器（广域网互连一般可以通过路由器（Router）或网关）或网关（Gateway）来实现。）来实现。图图5-2 局域网局域网广域网互连示意图广域网互连示意图 3. 局域网局域网广域网广域网局域网互连（局域网互连（LANWANLAN） 局域网局域网广域网广域网局域网互连可以通过路由器和网关来实现，如局域网互连可以通过路由器和网关来实现，如图图5-3所示。所示。图图5-3 局域网局域网广域网广域网局域网互连示意图局域网互连示意图 4广域网广域网广域网互连（广域网互连（WANWAN） 广域网与广域网之间的互连可以通过路由器和网关来实现，如广域网与广域网之间的互连可以通过路由器和网关来实现，如图图5-4所示。所示。图图5-4 广域网广域网广域网互连示意图广域网互连示意图5.2.2 网络互连的层次网络互连的层次l 物理层互连物理层互连 物理层互连的设备是物理层互连的设备是中继器中继器。中继器在物理层互连中起到的作用是将。中继器在物理层互连中起到的作用是将一个网段传输的数据信号进行放大和整形，然后发送到另一个网段一个网段传输的数据信号进行放大和整形，然后发送到另一个网段 上，上，克服信号经过长距离传输后引起的衰减。克服信号经过长距离传输后引起的衰减。l 数据链路层互连数据链路层互连 数据链路层互连的设备是数据链路层互连的设备是网桥网桥。网桥一般用于互连两个或多个同一类。网桥一般用于互连两个或多个同一类型的局域网，其作用是对数据进行存储和转发，并且能够根据型的局域网，其作用是对数据进行存储和转发，并且能够根据MAC地址地址对数据进行过滤，以实现多个网络系统之间的数据交换。对数据进行过滤，以实现多个网络系统之间的数据交换。l 网络层互连网络层互连 网络层互连的设备是网络层互连的设备是路由器路由器。网络层互连主要是解决路由选择、拥塞。网络层互连主要是解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等问题。控制、差错处理与分段技术等问题。l 高层互连高层互连 实现高层互连的设备是实现高层互连的设备是网关网关。高层互连是指传输层以上各层协议不。高层互连是指传输层以上各层协议不同的网络之间的互连，高层互连所使用的网关大多是应用层网关，或同的网络之间的互连，高层互连所使用的网关大多是应用层网关，或称为应用程序网关（称为应用程序网关（Application Gateway）。）。 返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页5.3 典型网络互连设备典型网络互连设备 网络互连的目的是为了实现网络间的通信和更大范围的资源共享。但是网络互连的目的是为了实现网络间的通信和更大范围的资源共享。但是不同的网络所使用的通信协议往往也不相同，因此网络间的通信必须要依不同的网络所使用的通信协议往往也不相同，因此网络间的通信必须要依靠一个中间设备来进行协议转换，这种转换既可以由软件来实现，也可以靠一个中间设备来进行协议转换，这种转换既可以由软件来实现，也可以由硬件来实现。但是由于软件的转换速度较慢，因此，往往都使用硬件来由硬件来实现。但是由于软件的转换速度较慢，因此，往往都使用硬件来完成不同协议间的转换，这种设备就叫完成不同协议间的转换，这种设备就叫网络互连设备网络互连设备。常用的网络互连设。常用的网络互连设备有中继器、网桥、路由器和网关等。备有中继器、网桥、路由器和网关等。 5.3.1 中继器（中继器（Repeater） 1. 中继器的功能和特点中继器的功能和特点 l 中继器是最简单的网络设备，它工作在中继器是最简单的网络设备，它工作在OSI参考模型的最低层参考模型的最低层物物理层，常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。如理层，常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。如图图5-5所所示。示。严格地说，中继器只是网段连接设备而不是网络互连设备，它严格地说，中继器只是网段连接设备而不是网络互连设备，它只只能用来连接具有相同物理层协议的局域网。能用来连接具有相同物理层协议的局域网。 图图5-5 中继器工作示意图中继器工作示意图 l 中继器在数据信号传输过程当中只起到一个放大电信号、延伸传输中继器在数据信号传输过程当中只起到一个放大电信号、延伸传输 介质、将一个网络的范围扩大的作用，它并不具备检错和纠错的功能。介质、将一个网络的范围扩大的作用，它并不具备检错和纠错的功能。 l 中继器既可用于连接相同传输介质的局域网（如细缆以太网之间的中继器既可用于连接相同传输介质的局域网（如细缆以太网之间的连接），也可用于连接不同传输介质的局域网（如细缆以太网与双绞连接），也可用于连接不同传输介质的局域网（如细缆以太网与双绞线以太网之间的连接）。线以太网之间的连接）。 2. 集线器（集线器（HUB） l HUB是一种多端口的特殊中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤是一种多端口的特殊中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统，是组成介质以太网系统，是组成l0Base-T、100Base-T以太网的核心设备。以太网的核心设备。l HUB的使用起源于的使用起源于90年代初双绞线以太网标准的应用。年代初双绞线以太网标准的应用。HUB除了能除了能够进行信号的转发之外，它还克服了总线型网络的局限，够进行信号的转发之外，它还克服了总线型网络的局限， 大大增强了大大增强了网络的可靠性和可扩充性，因而得到了迅速的普及。网络的可靠性和可扩充性，因而得到了迅速的普及。l HUB可分为：可分为：无源无源HUB、有源有源HUB和智能和智能HUB 无源无源HUB的功能是只负责将多段传输媒体连在一起，而不对信号本身的功能是只负责将多段传输媒体连在一起，而不对信号本身作任何处理。作任何处理。 有源有源HUB和无源和无源HUB相似，但它还具有信号放大、延伸网段的作用相似，但它还具有信号放大、延伸网段的作用。 智能智能HUB除具有有源除具有有源HUB的全部功能外，还将网络的很多功能集成到的全部功能外，还将网络的很多功能集成到HUB中。中。5.3.2 网桥（网桥（Bridge）1网桥的功能和特点网桥的功能和特点 l 网桥是一种在网桥是一种在OSI参考模型的数据链路层实现局域网之间互连的设参考模型的数据链路层实现局域网之间互连的设备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网络，如局域网络，如图图5-6所示。所示。 图图5-6 网桥工作示意图网桥工作示意图 l 网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准，也可以基于不同类型的网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准，也可以基于不同类型的标准，并且这些网络使用的传输介质也可以不同。标准，并且这些网络使用的传输介质也可以不同。l 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现两个互连网络之间的网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现两个互连网络之间的通信，通信，以次来达到减少局域网上的通信量，提高整个网络系统性能的目以次来达到减少局域网上的通信量，提高整个网络系统性能的目的，的，并实现大范围局域网的互连。并实现大范围局域网的互连。2. 网桥和中继器的比较网桥和中继器的比较 l 网桥可实现不同结构、不同类型局域网络的互连，并在不同的局域网桥可实现不同结构、不同类型局域网络的互连，并在不同的局域网之间提供转换功能。而中继器只能实现同类局域网的互连。网之间提供转换功能。而中继器只能实现同类局域网的互连。 l 网桥不受定时特性的限制，可互连范围较大的网络。而中继器受网桥不受定时特性的限制，可互连范围较大的网络。而中继器受MAC定时特性的限制，一般只能连接定时特性的限制，一般只能连接5个网段的以太网，且不能超过个网段的以太网，且不能超过一定一定距离距离。 l 网桥对其接收到的数据要进行处理，并要传递网络中所有的广播信号，网桥对其接收到的数据要进行处理，并要传递网络中所有的广播信号，因而增加了时延，降低了网络性能。因而增加了时延，降低了网络性能。l 网桥具有隔离错误信息，保证网络安全的作用。而中继器只能作网桥具有隔离错误信息，保证网络安全的作用。而中继器只能作为为 数字信号的整形放大器，并不具备检错、纠错功能。数字信号的整形放大器，并不具备检错、纠错功能。3. 网桥的分类网桥的分类 （1）根据网桥连接的范围，分为本地网桥和远程网桥）根据网桥连接的范围，分为本地网桥和远程网桥 l 本地网桥本地网桥l 远程网桥远程网桥 主要用于直接连接两个相距很近的主要用于直接连接两个相距很近的LAN或或同一地理区域内的多个同一地理区域内的多个局域网段局域网段，以提高网络性能。，以提高网络性能。 主要用来连接两个远距离的网络或主要用来连接两个远距离的网络或不同区域内的局域网段不同区域内的局域网段，以形，以形成单个大型的网络成单个大型的网络，一般都需要使用公用电话网。，一般都需要使用公用电话网。l 外桥外桥l 内桥内桥 内桥安装在文件服务器中，实际上就是插入的多块网卡，每个网卡内桥安装在文件服务器中，实际上就是插入的多块网卡，每个网卡与一子网相连，由网络操作系统管理。内桥的优点是安装方便，组网与一子网相连，由网络操作系统管理。内桥的优点是安装方便，组网灵活，但使用时网桥软件会占用文件服务器的资源，从而导致服务器灵活，但使用时网桥软件会占用文件服务器的资源，从而导致服务器性能下降。性能下降。 外桥是通过工作站内的专用硬件和固化软件来实现网络间的互连。外桥是通过工作站内的专用硬件和固化软件来实现网络间的互连。其优点是数据包的转发全由硬件来完成，速度比内桥快，并且也不会其优点是数据包的转发全由硬件来完成，速度比内桥快，并且也不会影响文件服务器的性能，但是外桥需要增加额外的投资。影响文件服务器的性能，但是外桥需要增加额外的投资。 （2）根据网桥是运行在服务器上还是作为服务器外的一个单）根据网桥是运行在服务器上还是作为服务器外的一个单独物理设备，将网桥分为内桥和外桥独物理设备，将网桥分为内桥和外桥 l 源路由网桥源路由网桥 源路由网桥要求网络各结点都参与路由选择，详细的路由信息放源路由网桥要求网络各结点都参与路由选择，详细的路由信息放在数据帧的首部，这样网络上的每个结点在发送数据帧时，都已经在数据帧的首部，这样网络上的每个结点在发送数据帧时，都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由了。理论上，源路由网桥能够清楚地知道发往各个目的结点的路由了。理论上，源路由网桥能够选择最佳的数据传输路径。选择最佳的数据传输路径。 （3）根据网桥的路径选择方法分为透明网桥和源路由网桥）根据网桥的路径选择方法分为透明网桥和源路由网桥l 透明网桥透明网桥 透明网桥网络主机完全是透明的。其优点是易于安装透明网桥网络主机完全是透明的。其优点是易于安装，即插即即插即用，用，在在使用时不用做任何配置，桥就能正常工作。它能连接不同类型的使用时不用做任何配置，桥就能正常工作。它能连接不同类型的以太网，但是路由选择由各网桥自身来决定，网络上的各结点不负以太网，但是路由选择由各网桥自身来决定，网络上的各结点不负责路由选择，因而不能获得最佳的数据传输路径。责路由选择，因而不能获得最佳的数据传输路径。 5.3.3 网关（网关（Gateway） 网关主要有以下一些功能和特点：网关主要有以下一些功能和特点：l 网关工作在网关工作在OSI参考模型的高层，即传输层到应用层，它既可是一个专参考模型的高层，即传输层到应用层，它既可是一个专用设备，也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现其功能。用设备，也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现其功能。网关网关一般用一般用于不同类型、不同协议、差别较大的网络系统之间的互连，如于不同类型、不同协议、差别较大的网络系统之间的互连，如图图5-7所示。所示。 图图5-7 网关工作示意图网关工作示意图 l 网关不仅具有路由器的功能，而且其主要功能是实现异种网之间传网关不仅具有路由器的功能，而且其主要功能是实现异种网之间传输层以上的协议转换，它相当于语言交流中的翻译。输层以上的协议转换，它相当于语言交流中的翻译。网关的协议转换网关的协议转换总是针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，如电子邮件、文总是针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，如电子邮件、文件传输和远程登录等。件传输和远程登录等。l 网关网关一般有一般有传输网关传输网关和和应用程序网关应用程序网关两种。传输网关是在传输层连两种。传输网关是在传输层连接两个网络的网关；应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序接两个网络的网关；应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。的网关。5.3.4 路由器（路由器（Bridge）1. 路由器的功能路由器的功能l 路由器工作在路由器工作在OSI参考模型的网络层，属于网络层的一种互连设备。参考模型的网络层，属于网络层的一种互连设备。如果两个网络的网络层协议相同，则主要是解决路由选择问题；如果协如果两个网络的网络层协议相同，则主要是解决路由选择问题；如果协议不同，则主要是解决协议转换。一般说来，异种网络互连与多个子网议不同，则主要是解决协议转换。一般说来，异种网络互连与多个子网互连都是采用路由器来完成的。如互连都是采用路由器来完成的。如图图5-8所示：所示： 图图5-8 路由器工作示意图路由器工作示意图 l 路由器的主要功能是：为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传路由器的主要功能是：为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。选择最佳路径的策略，输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。选择最佳路径的策略，即路由算法是路由器的关键即路由算法是路由器的关键。l 每个路由器中都保存着一张路由表，路由表中保存着子网的标志信每个路由器中都保存着一张路由表，路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数以及下一个路由器的地址等内容，供路由选择息、网上路由器的个数以及下一个路由器的地址等内容，供路由选择 时使用。路由表一般可分为时使用。路由表一般可分为静态路由表静态路由表和和动态路由表动态路由表两种。两种。l 路由器除了完成路由选择外，还要完成对数据包的转发。当一个路路由器除了完成路由选择外，还要完成对数据包的转发。当一个路由器收到一个数据包后，它将根据数据包中的目的由器收到一个数据包后，它将根据数据包中的目的IP地址查找路由表，地址查找路由表，并将此数据包送往对应端口。依次重复，直至数据包到达目的地。并将此数据包送往对应端口。依次重复，直至数据包到达目的地。l 路由器路由器的另一个重要功能是充当数据包的过滤器，它将来自其它网的另一个重要功能是充当数据包的过滤器，它将来自其它网络的不需要的数据包阻挡在网络之外，从而有效地减少了网络之间的络的不需要的数据包阻挡在网络之外，从而有效地减少了网络之间的通信量，提高了网络的利用率。通信量，提高了网络的利用率。2. 路由器的工作原理路由器的工作原理具体细节请参照具体细节请参照教材的教材的实例。实例。3. 路由器的主要品牌路由器的主要品牌 l Cisco 1800系列路由器系列路由器 l 华为华为AR1200系列路由器系列路由器 返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页5.4 IP协议协议5.4.1 IP数据报数据报l IP协议中用于传输数据的数据单元称为协议中用于传输数据的数据单元称为IP数据报（或数据报（或IP包），它代包），它代表一个互联网分组。表一个互联网分组。IP数据报的结构包含两部分：一部分数据报的结构包含两部分：一部分是首部是首部，另，另一部分是一部分是数据，如图数据，如图5-9所示。所示。 图图5-9 IP数据报数据报的一般格式的一般格式 l IP数据报数据报首首部部包括包括固定部分固定部分和和可变部分可变部分，如如图图5-10所示所示，各个字，各个字段的具体内容如下：段的具体内容如下：（1）版本版本 占占4位（位（bit），指），指IP的版本号，区分的版本号，区分IPv4和和IPv6。在进行通信时，通信。在进行通信时，通信双方的双方的IP版本号必须一致，否则无法直接通信版本号必须一致，否则无法直接通信 图图5-10 IP数据报数据报的的首部首部格式格式 （2）首部长度首部长度 占占4位（位（bit），指），指IP数据报的数据报的头头部部的的长度长度。首部的固定首部的固定长度为长度为20字节字节，最大最大的长度为的长度为15个长度单位个长度单位，每个，每个长度单位为长度单位为4字节，字节，所以所以首部首部的的最大长最大长度为度为60字节字节。因此，首部长度的范围是。因此，首部长度的范围是2060字节。字节。 占占8位位，用来用来获得更好的服务质量。其中的前获得更好的服务质量。其中的前3位表示报文的优先级，位表示报文的优先级，报文优先级分别为报文优先级分别为0-7，共，共8个级别。后面的个级别。后面的5位分别表示要求更低时延、位分别表示要求更低时延、更高的吞吐量、更高的可靠性、更低的路由代价等，对应位为更高的吞吐量、更高的可靠性、更低的路由代价等，对应位为1即有即有相应要求，为相应要求，为0则不要求。则不要求。（3）区分）区分服务服务 占占16位位，指指IP数据报数据报的的总长度总长度，其理论上其理论上最大长度最大长度为为65535字节字节，但，但实际长度远小于该长度。实际长度远小于该长度。（4）总长度）总长度占占16位，该字段唯一位，该字段唯一标识主机发送的每一个标识主机发送的每一个IP数据报数据报。（5）标识（）标识（identification） 占占3位，但目前只有位，但目前只有2位有意义。位有意义。该该字段用于标记字段用于标记该该数据报数据报是否为是否为数据数据报片报片（有一些可能不需要分片，或不希望分片），后面是否还有分片有一些可能不需要分片，或不希望分片），后面是否还有分片（是否是最后一个分片）。（是否是最后一个分片）。（6）标志（）标志（flag）l 标志字段中的最低位记为标志字段中的最低位记为MF（More Fragment）。）。MF=1即表示后面即表示后面“还有分片还有分片”；MF=0表示这已是若干数据报片中的最后一个。表示这已是若干数据报片中的最后一个。l 标志字段中间的一位记为标志字段中间的一位记为DF（Dont Fragment）,意思是不能分片。只意思是不能分片。只有当有当DF=0时才允许分片。时才允许分片。 占占13位，该字段表示较长的位，该字段表示较长的IP数据报在分片后，某片在原数据报中数据报在分片后，某片在原数据报中的相对位置。片偏移以的相对位置。片偏移以8个字节为偏移单位，即每个分片的长度一定个字节为偏移单位，即每个分片的长度一定是是8字节（字节（64位）的整数倍。位）的整数倍。（7）片偏移）片偏移 占占8位，该字段位，该字段表明当前表明当前数据报在网络中的寿命数据报在网络中的寿命。每经过每经过1ms或者一或者一个网关，个网关，TTL的值自动减的值自动减1，当当TTL值减值减为为0时时，就丢弃这个数据报。就丢弃这个数据报。（8）生存时间（）生存时间（TTL） 占占8位，该字段指出该数据报携带的数据是使用什么协议，以便目位，该字段指出该数据报携带的数据是使用什么协议，以便目的主机的的主机的IP层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。层知道应将数据部分上交给哪个处理过程。（9）协议协议常用的一些协议和相应的协议字段值如下常用的一些协议和相应的协议字段值如下表表：协议名协议名ICMPIGMPTCPEGPIGPUDPIPV6OSPF协议字段值协议字段值12689174189 占占16位，该字段只校验数据报的位，该字段只校验数据报的首部首部，但不包括数据部分。，但不包括数据部分。（10）校验和）校验和 占占32位，位，4个字节，个字节，每每一个字节为一个字节为0255之间的整数。之间的整数。（11）源地址）源地址 占占32位，位，4个字节，个字节，每一个字节为每一个字节为0255之间的整数。之间的整数。（12）目的目的地址地址 该该字段长度可变字段长度可变，长度长度从从140字节字节，主要主要作用是支持排错、测量以及作用是支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富安全等措施，内容很丰富。（13）选项）选项5.4.2 IPv4地址和地址和IPv6地址地址1. IP地址的组成地址的组成 每个每个IP地址由网络号和主机号两部分组成，如地址由网络号和主机号两部分组成，如图图5-11所所示：示： IP地址由地址由32个二进制比特组成个二进制比特组成图图5-11-11 IP地址的结构地址的结构 l 网络号网络号在在Internet中是唯一的。同一物理子网的所有主机和网络设中是唯一的。同一物理子网的所有主机和网络设备（如服务器、工作站等）的网络号是相同的。而对于不同物理网备（如服务器、工作站等）的网络号是相同的。而对于不同物理网络上的主机和网络设备而言，其网络号是不同的。络上的主机和网络设备而言，其网络号是不同的。l 主机号主机号是用来区别同一物理子网内不同的主机和网络设备的。在同是用来区别同一物理子网内不同的主机和网络设备的。在同一物理子网中，每一台主机和网络设备的主机号也是唯一的。一物理子网中，每一台主机和网络设备的主机号也是唯一的。l 在在Internet中根据中根据IP地址寻找主机时，首先根据网络号找到主机所地址寻找主机时，首先根据网络号找到主机所在的物理网络，在同一物理网络中，再根据每个结点设备的物理地址在的物理网络，在同一物理网络中，再根据每个结点设备的物理地址（ Physical Address）来完成主机间的数据交换。来完成主机间的数据交换。2. IP地址的表示方法地址的表示方法 l IP地址以地址以32个二进制数字形式表示，不适合阅读和记忆。为了便于用个二进制数字形式表示，不适合阅读和记忆。为了便于用户阅读和理解户阅读和理解IP地址地址，采用，采用“点分十进制点分十进制” 表示表示方法来进行简化。方法来进行简化。l 将将IP地址分为地址分为4个字节（每个字节个字节（每个字节8个比特），每个字节用十进制表示，个比特），每个字节用十进制表示，每个十进制数的取值范围是每个十进制数的取值范围是0255，且相邻两个十进制数间用，且相邻两个十进制数间用“”分分隔。如下隔。如下图图5-12所所示：示：1 11 10 00 00 00 00 00 01 10 01 10 01 10 00 00 00 00 00 00 01 10 01 10 00 00 01 11 11 10 01 10 0192.168.10.58二二- -十十进进制制转转换换图图5-12 IP地址的点分十进制表示方法地址的点分十进制表示方法3. IP地址的分类地址的分类 IP地址一共分为地址一共分为5类：类：A类、类、B类、类、C类、类、D类和类和E类。其中类。其中A、B和和C类地址是基本的类地址是基本的Internet地址，是用户使用的地址，为地址，是用户使用的地址，为主类地址主类地址。D类和类和E类为类为次类地址次类地址。5类类 IP地址的表示如地址的表示如图图5-13所所示：示：多播地址预留01011011101111A 类类B 类类C 类类D 类类E 类类字节字节1字节字节2字节字节3字节字节4网络号网络号网络号主机号主机号主机号图图5-13 IP地址的地址的分类分类l A类地址类地址的前一个字节表示网络号，且最前端的前一个字节表示网络号，且最前端1 1个二进制位固定是个二进制位固定是“0”。表示的地址范围是从。表示的地址范围是从1.0.0.0126.255.255.255。A类地址允许有类地址允许有272=126个网络（网络号的个网络（网络号的0和和127保留用于特殊目的），每个网络有保留用于特殊目的），每个网络有2242=16777214个主机。个主机。l B类地址类地址的前两个字节表示网络号，且最前端的的前两个字节表示网络号，且最前端的2个二进制位固定是个二进制位固定是“10”。表示的地址范围是从。表示的地址范围是从128.0.0.0191.255.255.255。B类地址允许类地址允许有有214=16384个网络，每个网络有个网络，每个网络有2162=65534个主机。个主机。 l C类地址类地址的前三个字节表示网络号，且最前端的的前三个字节表示网络号，且最前端的3个二进制位是个二进制位是“110”。表示的地址范围是从。表示的地址范围是从192.0.0.0223.255.255.255。C类地址允类地址允许有许有221=2097152个网络，每个网络有个网络，每个网络有282=254个主机。个主机。 l D类地址类地址不标识网络，一般用于其它一些特殊用途，如供特殊协议向不标识网络，一般用于其它一些特殊用途，如供特殊协议向选定的节点发送信息时使用，它又被称作广播地址。它的地址范选定的节点发送信息时使用，它又被称作广播地址。它的地址范 围围 是是从从224.0.0.0239.255.255.255。l E类地址类地址尚未使用，暂时保留将来使用。它的地址范围是从尚未使用，暂时保留将来使用。它的地址范围是从240.0.0.0247.255.255.255。4、特殊类型的特殊类型的IPv4地址地址l 多点广播地址多点广播地址 凡凡IP地址中的第一个字节以地址中的第一个字节以“1110”开始的地址都叫多点广播地址。开始的地址都叫多点广播地址。l “0”地址地址 网络号的每一位全为网络号的每一位全为“0”的的IP地址，叫地址，叫“0”地址。网络号全为地址。网络号全为0的的网络被称为本地子网，当主机想跟本地子网内的另一主机进行通信时，网络被称为本地子网，当主机想跟本地子网内的另一主机进行通信时，可使用可使用“0”地址。地址。 l 全全“0”地址地址 IP地址中的每一个字节都为地址中的每一个字节都为0的地址（的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机。）对应于当前主机。 l 有限广播地址有限广播地址 IP地址中的每一个字节都为地址中的每一个字节都为1的的IP地址（地址（“255.255.255.255”）叫当前）叫当前子网的广播地址。当不知道网络号时，可以通过有限广播地址向本地子子网的广播地址。当不知道网络号时，可以通过有限广播地址向本地子网的所有主机进行广播。网的所有主机进行广播。 l 环回地址环回地址 IP地址一般不能以十进制数地址一般不能以十进制数“127”作为开头。以作为开头。以“127”开头的地址，开头的地址，如如127.0.0.1，通常用于网络软件测试以及本地主机进程间的通信。，通常用于网络软件测试以及本地主机进程间的通信。 5. IPv6地址地址（1）IPv6地址表示方法地址表示方法l IPv6 地址大小为地址大小为 128 位位。一般表示为。一般表示为 x:x:x:x:x:x:x:x，其中每一个，其中每一个x代表代表4位十六进制数。位十六进制数。l IPv6地址范围是：地址范围是：0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000:0000ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff:ffff。IPv6地址表示方式地址表示方式举例举例例例1：0123:2345:0000:0000:0A2B:CDEF:0000:0000 可表示为：可表示为：123:2345:0:0:A2B:CDEF:0:0例例2： FF06:0:0:D4:0:0:0:C3 可表示为：可表示为：FF06:D4:0:0:C3或：或：FF06:0:0:D4:C3注意注意：一一个个 IPv6 地址中只可使用一次双冒号，不能地址中只可使用一次双冒号，不能写作写作FF06:D4:C3（2）IPv6地址嵌套地址嵌套IPv4地址地址l 在在IP地址发展过程中，地址发展过程中，IPv4地址与地址与IPv6地址在网络中普遍存在地址在网络中普遍存在共存的情况共存的情况，因此，因此可将可将 IPv4 地址嵌入到地址嵌入到 IPv6 地址地址中中。l 嵌套方式为：嵌套方式为：对对IPv6地址最左边地址最左边 96 个位个位指定十六进制数，对指定十六进制数，对最右边最右边 32 个位个位指定指定十进制数十进制数。l 此类型的地址用于将此类型的地址用于将 IPv4 节点表示为节点表示为 IPv6 地址。它允许地址。它允许 IPv6 应用程序直接与应用程序直接与 IPv4 应用程序通信应用程序通信。例：例：0:0:0:0:0:FFFF:192.1.56.10 和和 :FFFF:192.1.56.10/96返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页5.5 子网和超网子网和超网5.5.1 子网子网 l 子网子网，是指把单一的网络划分成多个物理网络，并使用路由器将，是指把单一的网络划分成多个物理网络，并使用路由器将其互连起来，这些物理网络就称为子网，如其互连起来，这些物理网络就称为子网，如图图5-14所所示。示。l 划分子网的优点有：有利于充分使用划分子网的优点有：有利于充分使用IP地址空间、使物理网络地址空间、使物理网络易于管理、提高网络的可靠性等。易于管理、提高网络的可靠性等。图图5-14 子网划分示意图子网划分示意图1. 什么是子网什么是子网l 对对子网划分，可以将表示主机号的二进制数中划分出一定的位数用子网划分，可以将表示主机号的二进制数中划分出一定的位数用做本网的各个子网，剩余的部分作为相应子网的主机号。划分多少做本网的各个子网，剩余的部分作为相应子网的主机号。划分多少 位位二进制给子网，取决于具体的需要。在划分了子网以后，二进制给子网，取决于具体的需要。在划分了子网以后，IP地址实际地址实际上就由三部分组成上就由三部分组成网络号网络号、子网号子网号和和主机号主机号。如。如图图5-15所所示：示：网络号主主机机号号网络号子网号主主机机号号图图5-15 划分子网后的划分子网后的IP地址结构地址结构2. 子网掩码子网掩码 l 子网掩码子网掩码（Subnet Mask）也是一个也是一个“点分十进制点分十进制”表示的表示的32位二位二进制数，通过子网掩码，可以指出一个进制数，通过子网掩码，可以指出一个IP地址中的哪些位对应于网络地址中的哪些位对应于网络号（包括子网号）、哪些位对应于主机号。号（包括子网号）、哪些位对应于主机号。并说明该并说明该IP地址是在局域地址是在局域网上，还是在远程网上。网上，还是在远程网上。 l 对于子网掩码的取值，通常是将对应于对于子网掩码的取值，通常是将对应于IP地址中网络号和子网号地址中网络号和子网号的所有位都置为的所有位都置为“1”，对应于主机号的所有位都设置为，对应于主机号的所有位都设置为“0”。3. A类、类、B类、类、C类类IP地址的标准子网掩码地址的标准子网掩码 由子网掩码的定义，我们可以很容易得出由子网掩码的定义，我们可以很容易得出A类地址、类地址、B类地类地址和址和C类地址的标准子网掩码。如类地址的标准子网掩码。如图图5-16所所示：示： l 用子网掩码判断用子网掩码判断IP地址的网络号与主机号的方法是：用地址的网络号与主机号的方法是：用IP地址与地址与相应的子网掩码进行相应的子网掩码进行“AND”运算，这样可以区分出网络号部分和运算，这样可以区分出网络号部分和主机号部分。主机号部分。 图图5-16