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1、计算机网络概论,刘兵 制作,IP地址的表示方法、子网的基本概念 路由器的工作过程 主要的地址映射方法：ARP、RARP、NAT 常见的路由选择算法 网络规划与设计原则和关键技术 常见的网络测试命令,第4章 网络互连,4.1.1 IP协议,1. IP地址 IP地址为32位地址，一般以4个字节表示。每个字节的数字又用十进制表示，即每个字节的数的范围是0255，且每个数字之间用点隔开，例如：211.85.193.155，这种标记方法称为“点分”十进制记号法。,4.1.1 IP协议,IP地址的编址方法共经过了三个历史阶段： （1）分类的IP地址； （2）子网的划分； （3）构成超网。,2. IP地址的
2、分类,2. IP地址的分类,特殊的IP地址。 （1）回传地址 127. X. X. X （2）广播地址 （3）网络地址 （4）私有IP地址： 10.0.0.1 10.255.255.254 （A类）； 172.13.0.1 172.32.255.254 （B类）； 192.168.0.1 192.168.255.254 （C类）。,3. IP数据报的格式,1. 子网及子网掩码,（1）子网 子网是指在一个IP地址上生成的逻辑网络 。IP地址结构变成如下三层结构： 网络地址部分 子网地址部分 主机地址部分,4.1.2 划分子网和超网,（2）子网掩码 子网掩码是一个32位地址，它用于屏蔽IP地址的一
3、部分以区别网络ID和主机ID；用来将网络分割为多个子网；判断目的主机的IP地址是在本局域网或是在远程网。,例如，某单位需要构建4个分布于不同地点的局域网络，每个网络都各有约20台主机，而其仅向NIC申请了一个C类的网络ID号，其号码为202.204.60。 请分配IP地址和子网掩码。,2. IP路由,3. 超网,在构成超网时，一个机构可将几个C类地址块合并成为一个更大的地址范围。换言之，几个网络合并成为一个超网。 （1）指派地址 （2）超网掩码 例如：某超网的第一个地址是：211.85.192.0，而超网掩码是255.255.248.0，问这个超网有几个地址块？地址的范围是多少？,4. 无分类
4、编址,无分类域间路由选择CIDR（Classless Inter-Domain Routing）。CIDR的主要特点是： （1）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 （2）CIDR将网络前缀都相同的连续IP地址组成“CIDR地址块”。 CIDR使用“斜线记法”来表示整个的IP地址块，表示方法如下： A.B.C.D / n 例如：211.85.192.0 / 20,4. 无分类编址,例如：211.85.192.0/20表示的地址块共有212个地址（因为网络地址是32位，而斜线后面的20是表示网络前缀占20位，所以主机号占比特数是12位，因此地址块的数目就是212），而该地址
5、块的起始地址和最大地址分别是： 超始地址 211.85.192.0 11010011.01010101.11000000.00000000 最大地址 211.85.207.255 11010011.01010101.11001111.11111111,4. 无分类编址,但在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，这时就从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由，即最长前缀匹配（Longest-prefix Matching），这是因为网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。,4.1.3 IP层转发分组的流程,在路由器的路由表中，每一条路由主要有以下两项： （目的网络地址，下一跳地址） 这样
6、做结果是： （1）IP数据报首先要设法找到目的主机所在目的网络上的路由器（间接交付）。 （2）只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。,在因特网中某一个路由器的IP层所执行的分组转发算法如下： （1）从数据报的首部提取目的站的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。 （2）若网络 N 与此路由器直接相连，则直接将数据报交付给目的站 D；否则是间接交付，执行（3）。 （3）若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行（4）。,4.1.3 IP层转发分组的流程,（4）若路由表中有到达网络 N 的路由，则将数据报传送给路由表
7、指明的下一跳路由器；否则，执行（5）。 （5）若路由表中有一个默认路由，则将数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（6）。 （6）报告转发分组出错。,4.1.3 IP层转发分组的流程,4.1.4 下一代网际协议IPv6,IPv6主要在以下几个方面进行扩充和改进： （1）IPv6把原来IPv4的32bit地址增大到了128bit （2）这种下一代的IP协议并不是完全抛弃了原来的IPv4，且允许与IPv4在若干年内共存。 （3）IPv6对IP数据报协议单元的头部与原来的IPv4相比进行了相应的简化，仅包含7个字段（IPv4有13个） （4）IPv6另一个主要的改善方面是在它的安全方面。
8、,IPv6用“冒号十六进制”记法，它把每个16比特的量用十六进制值表示，各量之间用冒号分隔。例如，如果前面所给的点分十进制数记法的值改为冒号十六进制记法，就变成了 FFFE:000C:0000:0000:0C00:0000:0000:000C,4.1.4 下一代网际协议IPv6,IPv6还允许对这种冒号十六进制的地址记法进行压缩： （1）一组中的前导零可以忽略不写。例如上面这个IPv6地址中的第二组000C可以直接写成C，则该地址可压缩为： FFFE:C:0:0:C00:0:0:C。 （2）冒号十六进制记法还可以允许零压缩 。上面这个IPv6地址可压缩为 FFFE:C:C00:0:0:C。,4
9、.1.4 下一代网际协议IPv6,在IPv4向IPv6的转换阶段特别有用。例如，下面的串是一个合法的冒号十六进制记法： 0:0:0:0:0:0:192.168.101.5 使用零压缩即可得出： :192.168.101.5,4.1.4 下一代网际协议IPv6,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 . 1. 路由器的功能 （1）网络互连。 （2）数据处理。 （3）网络管理。,4.2.1 路由器,2. 路由器的路由过程 路由是将数据包从一个地方转发到另一个地方的一个中继过程。,4.2.1 路由器,2. 路由器的路由过程 路由是将数据包从一个地方转发到另一个地方的
10、一个中继过程。,4.2.1 路由器,4.2.1 路由器,4.2.1 路由器,度量是路由算法用以确定到达目的地的最佳路径的计量标准 ,常用的度量如下： 1. 路径长度 2. 可靠性 3. 延迟 4. 带宽 5. 负载 6. 通信代价,3. 路由的度量,路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据快速、准确地传送到目的站点。 （1）静态路由表 （2）动态路由表,4.2.2 路由表,路由表由多个路由记录组成，每个记录指明了以下内容： （1）逻辑目的地 （2）网络掩码 （3）网关 （4）接口 （5）跃点数 （6）协议,4.2.2 路由表,下面来看一个路由表的实例，如表所
11、示。,4.2.2 路由表,在Internet中一个路由器的IP层所执行的路由算法： （1）从收到的数据报的首部提取目的IP地址。 （2）先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查。判断方法：目的IP地址与子网掩码相与。 （3）路由表中有没有特定的目的地址IP地址，有转发。,4.2.2 路由表,（4）对路由表中的每一行，将其中的子网掩码和收到数据包中的目的IP地址逐比特相与，其结果为N。若N与该行的目的网络地址匹配，则将数据报传送给该行指明的下一跳路由器。 （5）若路由表中有默认路由，转发。 （6）以下情况都不符合时，报错。,4.2.2 路由表,4.3.1 ARP协议,地址解析协议
12、就是用来确定32位IP地址到48位MAC地址的映射协议。 1. 什么是ARP协议 ARP协议是“Address Resolution Protocol”（地址解析协议）的缩写。,2. ARP协议的数据报格式,4.3.1 ARP协议,3. ARP数据报的封装,4.3.1 ARP协议, A在本局域网上广播发送一个ARP请求分组。 在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。 B收到ARP请求分组发现此分组的目的IP地址与自己的IP地址相同，B就发送一个ARP响应分组，在此响应分组中写入主机B的IP和物理地址。 A收到B的ARP响应分组后，在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址
13、到硬件地址的映射。,4. APR的工作原理,5. ARP命令,ARP常用命令选项： （1）arp -a或arp g （2）arp -a IP （3）arp -s IP 物理地址 （4）arp -d IP,4.3.2 RARP协议,RARP的工作过程如下 （1）在局域网上至少有一个主机要充当RARP服务器，无盘工作站先向局域网发出RARP请求分组，并在此分组中给出自己的硬件地址。 （2）RARP服务器收到某个主机发送的RARP请求分组后，RARP服务器就从这映射表查出该无盘工作站的IP地址，然后写入RARP响应分组，发回给无盘工作站。无盘工作站用此方法获得自己的IP地址。,1. NAT的分类,（
14、1）静态NAT（STATIC NAT） （2）动态NAT（DYNAMIC NAT） （3）端口NAT(PORTNAT),4.3.3 网络地址转换NAT,2. NAT的工作原理,位于内部网络和外部网络之间的NAT路由器，在发送数据包之前，负责把包内的内部IP地址域用合法的IP地址来替换，可以将多个内部地址映射为少数几个甚至一个外部地址。,3. NAT的工作过程,1. 路由选择算法的特点 (1) 路由算法必须具有正确性和完整性。 (2) 简单性。 (3) 适应性 (4) 稳定性 (5) 公平性 (6)最佳性,4.4 路由选择算法,（1）内部网关协议IGP（Interior Gateway Prot
15、ocol） （2）外部网关协议EGP（External Gateway Protocol） 根据IP地址是否具有类别属性，又把路由选择协议分为 : （1）有类别路由选择（classful routing） （2）无类别路由选择（classless routing）,2. 路由选择算法的分类,3. 常用路由选择协议,（1）距离矢量的协议 （2）链路状态协议 （3）边界网关协议,4.4.2 静态路由概述,路由动作包括两项基本内容：寻址和转发。 静态路由是在路由器中设置固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。 静态路由的优点是简单、高效、可靠。,2. 路由器配置所需要的主要命令说
16、明,为路由器设置静态路由的语法如下： Router(config)# ip route network mask address | interfacedistance （1）第一种配置方法如下： Router(config)# ip route 211.85.203.0 255.255.255.0 211.85.193.1 （2）第二种配置方法如下： Router(config)# ip route 211.85.203.0 255.255.255.0 S0/0,1. 配置静态路由,2. 默认路由 默认路由也叫缺省路由，是指路由器没有明确路由可用时所使用的路由。 对路由器进行默认路由设置的语法如下： Router(config)# ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 address | interfacedistance Router(config)# ip ro
