Download - 第五章 网络互连技术 （二）
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第五章 网络互连技术（二）
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5.1 网络互连需要解决的问题5.2 地址5.3 路由技术5.4 交换技术
第五章 网络互连技术
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5.2 地址
1. IP地址2. 子网及其掩码3. IP 地址与物理地址的转换4. IPv4地址空间不足问题
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1. IP 地址
1 ）什么是IP地址2 ） IP地址的两种表示方法3 ） IP地址的含义4 ）特殊地址5 ） IP地址的分类6 ） IP地址的特性
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1 ）什么是 IP 地址电话号码
在全球电话网上，可唯一标识的电话号码
IP 地址
在全球互联网上，可唯一标识的主机地址
6278
6500
0203
81210110
º ÅÂë ¿ÉÇø· Ö· ¶Î §
0203 ѧУ
6278 0203 ±±¾©
010-6278 0203 Öй ú
86-010-6278 0203 ÊÀ½ç
Internet
210.39.15.15
202.112.0.36
202.112.0.33R
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2 ） IP 地址的两种表示方法• 32 位二进制数码• 4 个用圆点隔开的十进制数例： 十进制 202. 112. 0. 36
计算机自动转换二进制 11001010
01110000
00000000
00100100
11001010 01110000 00000000 00100100
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电话号码 高位 低位 86 － 10 － 6278 － 0203
国家 城市
市内电话局 局内电话机
3 ） IP 地址的含义IP 地址
高位 低位212. 111. 44. 136
网络地址 主机地址 （ netid ） （ hosti
d ）区分不同的网络
在同一网络中区分不同的主机
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4 ）特殊地址• 回馈地址（ loopback address ）• 网络地址（ network address ）• 广播地址（ broadcast address ）
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回馈地址• 主机将 IP 数据报回传自身的地址
—— IP 地址第一个字节为 127
• 例：– 回送地址为 127.0.0.1
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网络地址• 主机地址部分全部定义为“ 0”
• 用于区分网络• 例：
– 主机 212.111.44.136– 所在网络的地址为 212.111.44.0
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广播地址• 直接广播地址
– 主机地址部分为全“ 1”– 用于向某个网络的所有主机广播– 例：
• 主机 212.111.44.136
• 所在网络的广播地址为 212.111.44.255
• 有限广播地址（ 255.255.255.255 ）– 在未知本网地址情况下用于本网广播
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5 ） IP 地址的分类• A类 大型网络• B类 中型网络• C类 小型网络
• D类 用于 multicast
• E类 用于试验目的
IP地址分类比较
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31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
• 前 1 字节标识网络地址，后 3 字节标识主机地址
• 每个网络最多可容纳（ 2 － 2 ）台主机• 从高位起，前 1 位为“ 0” ，第 1 字节用十进制表示的取
值范围为“ 0 ～ 126”
• 具有 A 类地址特征的网络总数为 127 个
0 ～ 127 0 ～ 255 0 ～ 255 0 ～ 255
A 类地址
网络地址 主机地址
0
24
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A 类地址举例
十进制 二进制 18.x.x.x 00010010 xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
相当于 256 个 B 类地址
18.1.0.0
18.255.0.0
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31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
• 前 2 字节标识网络地址，后 2 字节标识主机地址
• 每个网络最多可容纳（ 2 － 2 ）台主机• 从高位起，前 2 位为“ 10” ，第 1 字节用十进制表示的取
值范围为“ 128 ～ 191”
• 具有 B 类地址特征的网络总数为 2 个
128 ～ 191 0 ～ 255 0 ～ 255 0 ～ 255
B 类地址
网络地址 主机地址
1 0
14
16
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B 类地址举例
十进制 二进制166.111.x.x 10100110 01101111 xxxxxxxx xxxxxxxx
162.105.x.x 10100010 01101001 xxxxxxxx xxxxxxxx
166.111.0.254166.111.0.2166.111.0.1
相当于 256 个 C 类地址
166.111.1.1
166.111.0.3
166.111.255.1
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31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
前 3 字节标识网络地址，后 1 字节标识主机地址• 每个网络最多可容纳 254 台主机• 从高位起，前 3 位为“ 110” ，第 1 字节用十进制表示
的取值范围为“ 192 ～ 223”
• 具有 C 类地址特征的网络总数为 2 个
C 类地址
192 ～ 223 0 ～ 255 0 ～ 255 0 ～ 255
网络地址主机地址
1 1 0
21
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C 类地址举例网络地址： 212.111.1.0
广播地址： 212.111.1.255
十进制 二进制202.112.1.x 11001010 01110000 00000001 xxxxxxxx
210.39.15.x 11010010 00100111 00001111 xxxxxxxx
210.32.128.x 11010010 00100000 10000000 xxxxxxxx
212.111.1.254212.111.1.3212.111.1.2212.111.1.1
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IP 地址分类比较
类别 网络数主机数/ 网络
最高字节取值范围
网络规模
A类 127 1600万 0 - 126 大型
B类 1. 6万 6. 5万 128 - 191 中型
C类 200万 254 192 - 223 小型
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31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
• 组播通信地址（ multicast address ）• 从高位起，前 4 位为“ 1110” ，第 1 字节用十进制表
示的取值范围为“ 224 － 239” ，用于标识 multicast通信地址
• 后 28 位用于区分不同的 multicast 组
D 类地址
Multicast 标识 Multicast Group 标识
1 1 1 0
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IP 网络通信方式• 单播通信（ unicasting ）
– 将数据只发送到一台主机– 目的地址为宿端主机的 IP 地址
• 广播通信（ broadcasting ）– 将数据发送给某个网络 / 子网的所有主机– 目的地址为该网络 / 子网的广播地址
• 组播通信（ multicasting ）– 将数据发送给某组主机（减少网络通信流量）
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31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
• 从高位起，前 5 位为“ 11110” ，第 1 字节用十进制表示的取值范围为“ 240 － 247” ，用于标识 E 类地址
• 后 27 位留作它用
E 类地址1 1 1 1 0
E 类地址标识
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6 ） IP 地址的特性• 提供全网统一、有效的地址模式
– 屏蔽不同物理网络的地址差异– 为 IP 层的“尽力传递”提供基础
• 地址结构对应网络的层次结构Internet
子网 m子网 1
网络 n网络 1
主机 主机主机主机主机 主机
130.1.0.0
130.n.*.*130.1.m.11
130.1.1.1
130.1.m.0
130.1.1.0130.n.0.0
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2. 子网及其掩码
1 ）子网2 ）子网掩码
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1 ）子网
• 什么是子网• 为什么要划分子网• 如何划分子网• 子网地址特性
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什么是子网（ subnet ）• 将网络进一步划分为独立的组成部分，每个部分称为
这一网络（或更高一级子网）的子网。
校园网
图书馆子网 信息学院子网 经管学院子网
计算机系子网 自动化系子网电子系子网
主机 主机 主机 主机 主机 主机
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为什么要划分子网• 提高系统的可靠性
– 防止全网通信瘫痪• 改进系统性能
– 克服简单局域网的技术条件限制• 增强系统的安全保障
– 设置不同的访问权限• 便于系统的运行维护
– 故障诊断和隔离
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如何划分子网
• 根据地理分布特点划分– 易于组网技术实现
• 楼群内采用局域网技术构成子网• 楼群间选择合适的传输媒体和互连设备使不同子网互连
– 节省经费• 根据网络应用特点划分
– 将共享相同网络资源的主机划分为同一子网，减少子网间的网络传输流量，提高系统性能
– 将具有相同安全密级程度的主机划分为同一子网，保障系统的安全
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子网地址特性
主机地址网络地址
网络地址 主机地址子网地址
不含子网的 IP 地址
含子网的 IP 地址
例：将一个 B 类网络划分成 256 个子网166. 111 . 255 . 66
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2 ）子网掩码 引入子网划分（ subneting ）和超网合并（ superneting ）思想后，以前的 A/B/C 地址分类意义已不大，不过可作为缺省的子网划分依据。以后规定：IP 地址 = 子网地址 ＋ 主机地址子网地址 = 网络地址 ＋ 网络内子网地址
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掩码的定义和作用
掩码 mask
• 子网掩码的定义• 掩码应用举例• 掩码的作用
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每个子网定义一个 32 位二进制数：网络地址和网络内子网地址部分对应位置
“ 1” ，主机地址部分对应位置“ 0” 。
31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
例： 网络地址： 130. 39. 0. 0
子网地址： 130.39.34.0
子网掩码： 255.255.255.0
主机地址网络地址
子网掩码的定义
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
网络内子网地址
1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0
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掩码应用举例 主机 IP 地址： 202.112.32.62
缺省子网掩码： 255.255.255.0 （ C 类地址）实际子网掩码： 255.255.255.224
因此： 网络地址： 202.112.32.0 （无实际意义） 子网地址： 202.112.32.32
广播地址： 202.112.32.63
另一种表示法： 202.112.32.62/27
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掩码的作用• 获取主机的网络地址部分，区分主机通信
的不同情况，选择路径。• 主机之间通信的两种情况
– 同一子网内两台主机间的相互通信– 不同子网内两台主机间的相互通信– 如何区分两种情况
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同一子网中的主机之间通信子网地址 210.39.15.0
210.39.15.15 210.39.15.127
源地址 目的地址
发送 接收
210.39.15.255
广播地址
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不同子网中的主机之间通信子网地址 210.39.15.0
202.112.4.63
目的地址
210.39.15.15
源地址发送
R
210.39.15.32
接收
转发
子网地址 202.112.4.0
210.39.15.255 广播地址
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如何区分两种情况
设本地主机所在子网地址为 Nx ，子网掩码为 Mx ，远程主机的 IP 地址为 Ay ，再设 Ny=Ay & Mx – 若 Nx==Ny ，则认定远程主机与本地主机在
同一子网上– 若 Nx<>Ny ，则认定远程主机与本地主机不
在同一子网上
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获取主机 IP 地址的网络地址 (1)
本地主机 IP 地址： 210.39.15.15
网络地址（ Nx ）： 210.39.15.0
本地子网掩码： 255.255.255.0
远程主机 IP 地址： 210.39.15.127
210.39.15.127 11010010 00100111 00001111 01111111
“ 与”255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000
得210.39.15.0 11010010 00100111 00001111 00000000
(Ny)
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获取主机 IP 地址的网络地址 (2)
本地主机 IP 地址： 210.39.15.15
网络地址（ Nx ）： 210.39.15.0
本地子网掩码： 255.255.255.0
远程主机 IP 地址： 202.112.4.63
202.112.4.63 11001010 01110000 00000100 00111111
“ 与”255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000
得202.112.4.0 11001010 01110000 00000100 00000000
(Ny)
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3. IP 地址与物理地址的转换
1 ）什么是物理地址– 物理地址标识举例
2 ）为什么要进行地址转换3 ）如何实现地址转换
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1 ）什么是物理地址• 定义
– 组成网络的各个站点都具有一个机器可以识别的地址，称为该站点的物理地址（或称硬件地址）。
• 特点– 长度和格式由物理网络的硬件决定，不同网络具有各自的地址定义方式。
– 物理地址不能保证在整个互联网上具有唯一性，但在同一网络上物理地址是唯一的。
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物理地址的标识举例以太网地址（也称为 MAC 地址）
– 地址长度为 48 位– 以用“：”点开的 6 个 16 进制数表示– 由厂商将地址用硬件赋予每块以太网网卡– 具有全球唯一性例： 08: 00: 20: 0e: 56: 7d
00001000 00000000 00100000 00001110 01010110 01111101
前 24 位用于区分不同的厂商
Sun公司生产的网卡
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数据链路层
物理层
2 ）为什么要进行地址转换
IP 层
逻辑链路层
物理层
LLC
物理层
MAC
WAN LAN
逻辑链路控制层
介质访问控制层
互联网
物理子网
以 IP 地址为标识，为 IP 分组（ packet ）在互联网上实现各子网间的寻径
以物理地址为标识，为物理帧（ frame ）在具体的各个子网内实现节点间的寻径
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3 ）如何实现地址转换
地址转换协议– ARP （地址解析协议）
Address Resolution Protocol
IP 地址 MAC 地址– RARP （逆向地址解析协议）
Reserve Address Resolution Protocol
MAC 地址 IP 地址
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ARP协议的工作原理
Ethernet
主机A
主机E
我是 128.1.2.7 ，谁知道 IP地址为 128.1.2.15 的主机对应的 MAC 地址？
主机 128.1.2.7 ，我是 128.1.2.15 ，我的 MAC 地址是 8:0:20:e:28:ef
听见 / 不回答
听见 / 不回答
听见 / 不回答
听见 / 回答
主机 A 的 ARP 表
IP MAC------------------------------------128.1.2.7 0:a0:24:ec:c1:b4128.1.2.11 0:20:c5:e2:c6:a2
128.1.2.15 8;0:20:e:28:ef
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Hardware type=1
Protocol type=0800(IP)
Length of hardware address=6 bytes
Length of protocol address=4 bytes
Opcode 1 (ARP Request)
Sender’s HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4
Sender’s IP address= 128.1.2.7
Target HD address= ?
Target IP address= 128.1.2.15
ARP/RARP帧Ethernet 报头
Packet 10 arrived at 8:23:43.75
Packet size=42 bytes
Destination=ff:ff:ff:ff:ff:ff
Source= 0:a0:24:ec:c1:b4
Ethertype=0806(ARP)
ARP请求（ Request ）
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Hardware type=1
Protocol type=0800(IP)
Length of hardware address=6 bytes
Length of protocol address=4 bytes
Opcode 2 (ARP Replyt)
Sender’s HD address= 8:0:20:e:28:ef
Sender’s IP address= 128.1.2.15
Target HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4
Target IP address= 128.1.2.7
ARP 回答（ Reply ）
ARP/RARP帧Ethernet 报头
Packet 95 arrived at 8:44:21.15
Packet size=60 bytes
Destination= 0:a0:24:ec:c1:b4
Source= 8:0:20:e:28:ef
Ethertype=0806 (ARP)
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RARP协议的工作原理
Ethernet
主机 A（无盘）
主机 E（服务器）
我的 MAC 地址是 0:a0:24:ec:c1:b4 ， 谁知道我的 IP 地址？
主机 0:a0:24:ec:c1:b4 ，你的 IP 地址是 128.1.2.7
听见 / 不回答
听见 / 不回答
听见 / 不回答
听见 / 回答
主机 A获得自己的 IP 地址，开始自己的开机过程。
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RARP请求（ Request ）
ARP/RARP帧Ethernet 报头
Packet 10 arrived at 18:23:43.75
Packet size=42 bytes
Destination=ff:ff:ff:ff:ff:ff
Source= 0:a0:24:ec:c1:b4
Ethertype=8035 (RARP)
Hardware type=1
Protocol type=0800(IP)
Length of hardware address=6 bytes
Length of protocol address=4 bytes
Opcode 3 (RARP Request)
Sender’s HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4
Sender’s IP address= 0.0.0.0
Target HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4
Target IP address= ?
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RARP 回答（ Reply ）
Hardware type=1
Protocol type=0800(IP)
Length of hardware address=6 bytes
Length of protocol address=4 bytes
Opcode 4 (REVARP Replyt)
Sender’s HD address= 8:0:20:e:28:ef
Sender’s IP address= 128.1.2.15
Target HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4
Target IP address= 128.1.2.7
ARP/RARP帧Ethernet 报头
Packet 95 arrived at 18:44:21.15
Packet size=76 bytes
Destination= 0:a0:24:ec:c1:b4
Source= 8:0:20:e:28:ef
Ethertype=8035 (RARP)
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4. IPv4 地址空间不足问题• IPv4 地址空间不足问题的提出• 解决办法
– 内部地址和外部地址的转换– C 类地址的分块使用
• 用变长分块方式分配剩余的 C 类地址• 采用无类域间路由（ CIDR ）技术
– IPV6
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C 类地址空间的变长分块网络地址
长度主机地址
长度C 类网络
数量容纳主机
数量网络掩码
/24 8 1 256/23 9 2 512/22 10 4 1024/21 11 8 2048/20 12 16 4096/19 13 32 8192/18 14 64 16384/17 15 128 32768
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IPv6 对 IPv4 的改进• 地址空间从 232 增大到 2128
• 加快路由器对分组的处理速度– IP 数据报报头简化– 选项灵活
• 增强安全性• 提供更多的 QoS 标识位
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课程总结• IP 地址
– 含义和表示方法– 分类
• 子网和掩码– 为什么要划分子网– 掩码的定义和作用
• IP 地址与物理地址的转换
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习题
• 5-27
• 5-28
• 列出你用过的主机地址、网络地址、网络掩码和网络广播地址。
• 填写讲稿“ C 类地址空间的变长分块”表格中的网络掩码值。
