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计算机网络基础 教教 师：师：顾曦顾曦Email:电话电话 地地 址址:教教四四楼楼217室室第四章 网络层与IP协议机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议2主要内容主要内容网网络层概述概述网络层的功能和提供的服务虚电路和数据报网络转发（forwarding）路由器工作原理IP协议路由（路由（Routing）选路算法因特网中的选路广播和多播选路机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议3本章重点本章重点虚拟互连网络的概念IP 地址与物理地址的关系传统的分类的 IP 地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择 CIDR路由选择协议的工作原理机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议1、网络层的功能、网络层的功能和重要概念和重要概念机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议51.1 虚虚拟互互连网网络 遇到的问题：不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的超时控制不同的差错恢复方法不同的状态报告方法不同的路由选择技术不同的用户接入控制不同的服务（面向连接服务和无连接服务）不同的管理与控制方式 互连网络机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议6虚虚拟互互连网网络 也称逻辑互连网络利用 IP 协议就使性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络，简称为 IP 网。好处：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，屏蔽互连的各具体的异构网络细节。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议7网网络互相互相连接起来接起来要使用一些中要使用一些中间设备 中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。物理层中继系统：转发器(repeater)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)网络层中继系统：路由器(router)。网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议8网网络互互连使用路由器使用路由器 当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。网关由于比较复杂，目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议101.2 尽最大努力交付尽最大努力交付 网络层提供的服务有两大类：虚电路服务：虚电路服务：面向连接面向连接的网络服务数据报服务：数据报服务：无连接无连接的网络服务虚电路服务来源于传统的电信网机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议11虚虚电路服路服务 H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 要和 H5 通信虚电路H1 向 H5 发送的所有分组都沿此虚电路传送。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议12数据数据报服服务H1H5H2H4H3ACDBH6E分组交换网H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组路径可能变化机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议13成本成本问题电信网络分组交换网分组交换网机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议14计算机通信实际上是计算机中的进程与另一个计算机中的进程之间的通信。要使 P1 P2 的通信是可靠的，必须使上面三个阶段的数据传送都是可靠的。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议15因特网只提供尽最大努力交付因特网只提供尽最大努力交付 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络层不提供服务质量的承诺。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议16因特网采用的因特网采用的设计思路思路网络层向上只提供简单灵活的、无无连接的、接的、尽最大努力交付的数据尽最大努力交付的数据报服服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议17尽最大努力交付的好尽最大努力交付的好处由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比路由器可以做得比较简单，而，而且价格低廉且价格低廉。如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。采用这种设计思路的好处是：网网络的造价大大的造价大大降低降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议19 1.3 网网络层的功能的功能在端系统之间传递分组在发送端将分组打包为数据报，在接收端分解在所有端系统、路由器中都存在IP协议路由器的主要作用是将数据从入链路转发到出链路。networkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetworkdata linkphysicalapplicationtransportnetworkdata linkphysical机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议20网网络层的关的关键功能功能转发转发:在路由器中将分组从入口分到合适的出口。选路选路:当分组从发送方流向接收方时.网络层决定这些分组的路由和路径。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议211230111到达分组头部的值路由算法转发表值出口链路01000101011110013221转发和路由的关系转发和路由的关系机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议221.4 路由器的路由器的结构构路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。也就是说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照分组要去的目的地（即目的网络），把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到该分组到达终点为止。机械自动化学院 典型的路由器的典型的路由器的结构构 路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口11133122223网络层2数据链路层1物理层机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议24“转发”和和“路由路由选择”的区的区别“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。“路路由由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化 情况，动态地改变所选择的路由。路由表是根据路路由由选择算算法法得出的。而转发表是从路由表路由表得出的。机械自动化学院 输入端口入端口数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。将产生一定的时延。物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 交换结构 输入端口的处理从线路接收分组查表和转发机械自动化学院 输出端口出端口当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 输出端口的处理向线路发送分组缓存管理交换结构机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议27分分组丢弃弃 若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议2、IP地址地址机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议292.1 IP 地址的概念地址的概念整个因特网被看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位位的标识符。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议30IP 地址的地址的编址方法址方法 分分类的的 IP 地地址址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。子子网网的的划划分分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。构构成成超超网网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议312.2 分分类的的IP 地址地址每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网网络号号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主主机机号号 host-id，它标志该主机（或路由器）。IP 地址:=,:=代表“定义为”net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节net-id24 bithost-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101D 类地址是多播地址 net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的网地址中的网络号字段和主机号字段号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101E 类地址保留为今后使用 机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议41点分十点分十进制制记法法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 位 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 位插入一个空格能够提高可读性采用点分十进制记法则进一步提高可读性128.11.3.31 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数转换为十进制数机械自动化学院 常用的三种常用的三种类别的的 IP 地址地址 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126(27 2)1 126 16,777,214 B 16,383(214 1)128.1 191.255 65,534 C 2,097,151(221 1)192.0.1 223.255.255 254机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议432）IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点(1)IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议44IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点(2)实际上 IP 地址是标志一一个个主主机机（或或路路由由器器）和一条和一条链路的接口。路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多多归属属主主机机(multihomed host)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一一个个路路由由器器至至少少应当当有有两两个个不不同同的的 IP 地址地址。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议45IP 地址的一些重要特点地址的一些重要特点(3)用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。(4)所有分配到网络号 net-id 的网络，范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。互互联网中的网中的 IP 地址地址 B222.1.1.R1222.1.2.R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络”。现在常不指明 IP 地址。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议542.3 子网子网从两级 IP 地址到三级 IP 地址 在 ARPANET 的早期，IP 地址的设计不够合理。IP 地址空间的利用率有时很低。给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的 IP 地址不够灵活。从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三三级的的 IP 地址地址。这种做法叫作划分子网划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议552.3.1 划分子网的基本思路划分子网的基本思路 划分子网纯属一个单位位内内部部的的事事情情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主主机机号号借借用用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。IP地址:=,机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议56划分子网的基本思路（划分子网的基本思路（续）凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。所有到网络 的分组均到达此路由器我的网络地址是 R1R3R2网络145.13.0.0一个未划分子网的一个未划分子网的 B 类网网络划分划分为三个子网后三个子网后对外仍是一个网外仍是一个网络 子网 子网 子网 所有到达网络 的分组均到达此路由器网络R1R3R2机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议592.3.2 子网掩子网掩码从一个 IP 数据报的首部并无无法法判判断断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。使用子子网网掩掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。机械自动化学院 IP 地址的各字段和子网掩地址的各字段和子网掩码 145 .13 .3 .10两级 IP 地址子网号为 3 的网络的网络号三级 IP 地址主机号子网掩码net-idhost-id子网的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 00net-idsubnet-idhost-id145 .13 .145 .13 .33 .10机械自动化学院(IP 地址地址)AND(子网掩子网掩码)=网网络地址地址网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号net-idhost-idsubnet-id子网号子网掩码子网的网络地址1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-id0逐位进行 AND 运算1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默认子网掩码host-id 为全 0host-id 为全 0默默认的子网掩的子网掩码 机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议63子网掩子网掩码是一个重要属性是一个重要属性路由器在和相邻路由器交换路由信息时，必须把自己所在网络（或子网）的子网掩码告诉相邻路由器。路由器的路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须同时给出该网络的子网掩码。若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。机械自动化学院 141 .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【例例】已知已知 IP 地址是地址是，子网掩，子网掩码是是。试求网求网络地址。地址。(a)点分十进制表示的 IP 地址(c)子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 0141 .14 .72 .24141 .14 .64 .0.00 1 0 0 1 0 0 0141 .14 .24(b)IP 地址的第 3 字节是二进制(d)IP 地址与子网掩码逐位相与(e)网络地址（点分十进制表示）机械自动化学院 141 .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 1 0 0 0 0 0【例例】在上例中，若子网掩在上例中，若子网掩码改改为。试求网求网络地地址，址，讨论所得所得结果。果。(a)点分十进制表示的 IP 地址(c)子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 0141 .14 .72 .24141 .14 .64 .0.00 1 0 0 1 0 0 0141 .14 .24(b)IP 地址的第 3 字节是二进制(d)IP 地址与子网掩码逐位相与(e)网络地址（点分十进制表示）不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议662.4 无分无分类编址址 CIDRB 类地址在 1992 年已分配了近一半，1994 年 3 月全部分配完毕！因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长（从几千个增长到几万个）。整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽。1987 年，RFC 1009 就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码 VLSM(Variable Length Subnet Mask)可进一步提高 IP 地址资源的利用率。在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，正式名字是无分类域间路由选择 CIDR(Classless Inter-Domain Routing)。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议672.4.1 CIDR 的特点的特点 CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念。CIDR使用各种长度的“网网络前前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP地址:=,机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议68“斜斜线记法法”和地址和地址块“斜线记法”(slash notation)又称为CIDR记法。网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR 地址块”表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。简称为“/20 地址块”地址块的最小地址：地址块的最大地址：全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。表示的地址（表示的地址（212 个地址）个地址）10000000 00001110 00100000 0000000010000000 00001110 00100000 0000000110000000 00001110 00100000 0000001010000000 00001110 00100000 0000001110000000 00001110 00100000 0000010010000000 00001110 00100000 0000010110000000 00001110 00101111 1111101110000000 00001110 00101111 1111110010000000 00001110 00101111 1111110110000000 00001110 00101111 1111111010000000 00001110 00101111 11111111所有地址的 20 位前缀都是一样的最小地址最大地址机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议702.4.2 路由聚合路由聚合(route aggregation)一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个原来传统分类地址的路由。路由聚合也称为构成超网(supernetting)。CIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。对于/20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议71CIDR 记法的其他形式法的其他形式 可简写为 10/10，也就是把点分十进制中低位连续的 0 省略。隐含地指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是。此掩码可表示为 11111111 11000000 00000000 0000000025519200掩码中有 10 个连续的 1机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议72CIDR 记法的其他形式法的其他形式 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。相当于指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是，即 11111111 11000000 00000000 00000000网络前缀的后面加一个星号*的表示方法 如 00001010 00*，在星号*之前是网络前缀，而星号*表示 IP 地址中的主机号，可以是任意值。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议732.4.3 构成超网构成超网 前缀长度不超过 23 位的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。这些 C 类地址合起来就构成了超网。CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。CIDR 地址地址块划分划分举例例 因特网ISP大学 X一系二系三系四系 单位 地址块 二进制表示 地址数 ISP 206.0.64.0/18 11001110.00000000.01*16384 大学 206.0.68.0/22 11001110.00000000.010001*1024 一系 206.0.68.0/23 11001110.00000000.0100010*512 二系 206.0.70.0/24 11001110.00000000.01000110.*256 三系 206.0.71.0/25 11001110.00000000.01000111.0*128 四系 206.0.71.128/25 11001110.00000000.01000111.1*128CIDR 地址地址块划分划分举例例 因特网ISP大学 X一系二系三系四系这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 就能找到该 ISP。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议762.4.4 路由器的最路由器的最长前前缀匹配匹配使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配(longest-prefix matching)。网络前缀越长，其其地地址址块就就越越小小，因因而而路路由由就就越具体越具体(more specific)。最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议3 网际协议网际协议-IP机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议78IP 协议及配套及配套协议地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)机械自动化学院第四讲 网络层与IP协议793.1 IP 数据数据报的格式的格式 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报首部发送在前可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分可变部分区 分 服 务发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本占 4 位，指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4(即 IPv4)区 分 服 务1.IP 数据报首部的固定部分中的各字段 首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分区分服务占 8 位，用来获得更好的服务在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直未被使用过。1998 年这个字段改名为区分服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification)占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(flag)占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(12 位)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分生存时间(8 位)记为 TTL(Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源