0计算机网络网络互连路由与IP

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1、河北工业大学经济管理学院河北工业大学经济管理学院 网络通讯与信息安全网络通讯与信息安全计算机网络第 6 章 网络互连12第 6 章 网络互连6.1 互联网与因特网6.2 因特网的网际协议 IP 6.2.1 分类的 IP地址 6.2.2 IP 地址与硬件地址 6.2.3 地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP6.3 划分子网和构造超网 6.3.1 划分子网 6.3.2 使用子网掩码的分组转发过程 6.3.3 无分类编址 CIDR23第 6 章 网络互连（续）6.4 因特网控制报文协议 ICMP6.5 因特网的路由选择协议 有关路由选择协议的几个基本概念6.7 虚拟专用网 VPN 和网络

2、地址转换 NAT6.8 下一代的网际协议 IPv6 (IPng) 6.8.1 解决 IP 地址耗尽的措施 6.8.2 IPv6 的地址空间 6.8.3 从 IPv4 到 IPv6 的过渡34n互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：n不同的寻址方案n不同的最大分组长度n不同的网络接入机制n不同的超时控制n不同的差错恢复方法n不同的状态报告方法n不同的路由选择技术n不同的用户接入控制n不同的服务（面向连接服务和无连接服务）n不同的管理与控制方式 6.1 互联网与因特网 45n中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。n物理层中继系统：转发器(repeater)。n数据链路层

3、中继系统：网桥或桥接器(bridge)。n网络层中继系统：路由器(router)。n网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。n网络层以上的中继系统：网关(gateway)。 网络互相连接起来要使用一些中间设备 56n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。 n网关由于比较复杂，目前使用得较少。n互联网都是指用路由器进行互连的网络。n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。 网络互连使用路由器 67互连网络与虚拟互连网络 网络网络网络网络网络(a) 互连网络(b) 虚拟互连网络路由器 虚拟互

4、连网络（IP 网）78虚拟互连网络的意义 n所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。n使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。n使用虚拟互连网络的好处是：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，而看不见互连的各具体的网络异构细节。 89名词 internet 和 Internet n以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的虚拟网络。n以大写字母 I 开始的的 Int

5、ernet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族，且其前身是美国的 ARPANET。 9106.2 因特网的网际协议 IP网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一 。与 IP 协议配套使用的还有四个协议： n地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)n逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)n因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)n

6、因特网组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol) 1011网际协议 IP 及其配套协议 各种应用层协议 网络接口层(TELNET, FTP, SMTP 等)物理硬件运输层TCP, UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网际层IGMP11126.2.1 分类的 IP 地址1. IP 地址及其表示方法 n我们把整个因特网看成为一个单一的、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惟一的 32 bit 的标识符。nIP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN (Internet Cor

7、poration for Assigned Names and Numbers)进行分配 1213IP 地址的编址方法 n分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。n子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准RFC 950在 1985 年通过。n构成超网。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。1314分类 IP 地址 n每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 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机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。n两级的 IP 地址可以记

8、为：IP 地址 := , (6-1):= 代表“定义为”1415net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 0011516net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1hos

9、t-id8 bitD 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 001A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节1617net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节1718net-id24 bithost-id24 b

10、itnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节1819net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E

11、 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节1920net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节2021net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP

12、地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节2122net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 00

13、1D 类地址是多播地址 2223net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 bitB 类地址C 类地址01 1host-id8 bitD 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 001E 类地址保留为今后使用 2324点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 bit 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔

14、8 bit 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 bit 的二进制数转换为十进制数24252. 常用的三种类别的 IP 地址 IP 地址的使用范围 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 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 2542526路由器转发分组的步骤 n先按所要找的 IP 地

15、址中的网络号 net-id 把目的网络找到。n当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。n按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。 2627IP 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：n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。n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

16、减少，从而减小了路由表所占的存储空间。 2728IP 地址的一些重要特点 (2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。 n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。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。n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），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 2829IP 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

17、-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。 2930互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.

18、6.N1LAN2LAN1互联网3031互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网3132互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.

19、1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网3233互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1

20、.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网3334互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6

21、.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网3435互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.

22、2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网3536互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3

23、N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网3637互联网中的 IP 地址 B222.1.1.222.1.1.1222.1.1.2222.1.1.3222.1.1.4R1222.1.2.5222.1.2.2222.1.2.1222.1.2.3222.1.2.4222.1.2.222.1.6.1222.1.5.1222.1.5.2222.1.6.2222.1.4.1222.1.4.2222.1.3.3222.1.3.2222.1.3.1R3R2222.1.3.LAN3N3N2222.1.4.222.1.5.222.1.6.N1LAN2LAN1互联网37386.2

24、.2 IP 地址与硬件地址 TCP 报文IP 数据报MAC 帧应用层数据首部首部尾部首部链路层及以下使用硬件地址硬件地址网络层及以上 使用 IP 地址IP 地址3839HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2查找路由表查找路由表3940HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2I

25、P4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动4041HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧I

26、P 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动4142HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在链路上看 MAC 帧的流动4243IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网M

27、AC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报图中的 IP1IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中 4344IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从

28、HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 4445IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报 4546IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由

29、器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信 46476.2.3 地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP n不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。 n每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。n当

30、主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。 4748ARP 响应AYXBZ主机 B 向 A 发送ARP 响应分组 主机 A 广播发送ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求ARP 请求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主机 209.0.0.6

31、的硬件地址我是 209.0.0.6硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-184849ARP 高速缓存的作用n为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。n当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。 4950应当注意的问题nARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。n如果所要

32、找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。5051应当注意的问题n从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。n只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信，ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址。 5152为什么我们不直接使用硬件地址进行通信？ n由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复

33、杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。n连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。 5253逆地址解析协议 RARP n逆地址解析协议 RARP 使只知道自己硬件地址的主机能够知道其 IP 地址。n这种主机往往是无盘工作站。 因此 RARP协议目前已很少使用。 53546.2.4 IP 数据报的格式 n一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。n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。n在首部

34、的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。 5455固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识服 务 类 型总 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）比特首部长度01234567DTRC未用优 先 级数 据 部 分比特数 据 部 分首 部传送IP 数据报首部55566.2.5 IP 层转发分组的流程 路由器和结点交换机有些区别： n路由器是用来连接不同的网络，而结点交换机只是在一个特定的网络中工作。n路由器是专门用来转发分组的，而结点交换机还可接上许多个主机。n路由器使用统一的 IP 协议，而结点

35、交换机使用所在广域网的特定协议。n路由器根据目的网络地址找出下一个路由器，而结点交换机则根据目的站所接入的交换机号找出下一跳（即下一个结点交换机）。5657 网 110.0.0.0 网 440.0.0.0 网 330.0.0.0 网 220.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳路由器的地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.

36、920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址） 5758特定主机路由 n这种路由是为特定的目的主机指明一个路由。n采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。 5859分组转发算法 (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

37、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) 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。 5960必须强调指出 nIP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。n当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的 IP 地址填入IP数据报，而是送交下层的网络接口软件。n网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的 MAC

38、帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。 60616.3 划分子网和构造超网6.3.1 划分子网1. 从两级 IP 地址到三级 IP 地址 n在 ARPANET 的早期，IP 地址的设计确实不够合理。nIP 地址空间的利用率有时很低。 n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。 n两级的 IP 地址不够灵活。 6162n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 地址变成为三级的 IP 地址。n这种做法叫作划分子网(subnetting) 。划分子网已成为因特网的正式标准协议。 三级的 IP 地址 6263n划分子网纯属一个

39、单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。n从主机号借用若干个比特作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。IP地址 := , , (6-2) 划分子网的基本思路 6364n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。n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。n最后就将 IP 数据报直接交付给目的主机。 划分子网的基本思路（续） 6465145.13.3.10145.13.3.1

40、1145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到网络 145.13.0.0的分组均到达此路由器我的网络地址是 145.13.0.0R1R3R2网络145.13.0.0一个未划分子网的 B 类网络145.13.0.06566划分为三个子网后对外仍是一个网络 145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8子网 145.13.21

41、.0子网 145.13.3.0 子网 145.13.7.0所有到达网络 145.13.0.0的分组均到达此路由器网络145.13.0.0R1R3R26667n当没有划分子网时，IP 地址是两级结构，地址的网络号字段也就是 IP 地址的“因特网部分”，而主机号字段是 IP 地址的“本地部分”。n划分子网后 IP 地址就变成了三级结构。划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分，而不改变 IP 地址的因特网部分。 划分子网后变成了三级结构 6768n从一个 I P数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。n使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址

42、中的子网部分。 2. 子网掩码6869IP 地址的各字段和子网掩码 网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号net-idhost-id三级 IP 地址主机号subnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址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-idhost-id 为全 06970(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址网络号 net-id主机号 host-id两级 IP 地址网络号三级 IP 地址主机号net-id

43、host-idsubnet-id子网号子网掩码因特网部分本地部分因特网部分本地部分划分子网时的网络地址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-idhost-id 为全 0AND7071net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码255.0.0.0网络地址B类地址默认子网掩码255.255.0.0网络地址C类地址默认子网掩码255.255.255.01 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 10

44、 0 0 0 0 0 0 0 0 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 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 01 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0host-id 为全 0host-id 为全 0A 类、B 类和 C 类 IP 地址的默认子网掩码 7172n在不划分子网的两级 IP 地址下，从 IP 地址得出网络地址是个很简单的事。n但在划分子网的情况下，从IP地址却不能惟一地得出网络地址来，这是因为网络地址取决于那个网络所采用的子网掩码，但数据报的首部并没有提供子

45、网掩码的信息。n因此分组转发的算法也必须做相应的改动。 6.3.2 使用子网掩码的分组转发过程7273128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2

46、128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12划分子网后分组的转发举例 7374主机 H1 要发送分组给 H2 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.

47、255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.1387475128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255

48、.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12主机 H1 首先将本子网的子网掩码 255.255.255.128与分组的 IP 地址 128.30.33.138 逐比

49、特相“与”(AND 操作) 255.255.255.128 AND 128.30.33.138 的计算255 就是二进制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，这里只需计算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128255.255.255.128128. 30. 33.138255.255.255.128逐比特 AND 操作 H1 的网络地址7576因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1然后逐项查找路由表128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.3

50、3.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12767

51、7路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.25

52、5.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128不匹配!（因为128.30.33.128 与路由表中的 128.30.33.0 不一致）R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138不一致7778路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址

53、子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 25

54、5.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128匹配!这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138一致!7879在划分子网的情况下路由器转发分组的算法 (1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐比特相“与”，看是否和 相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。 否则就是间接交付，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 分组传送给指明的下一跳路由器；否则，

55、执行(4)。(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐比特相“与”， 若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送 给该行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，则将分组传送给路由表 中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6) 报告转发分组出错。7980划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难。然而在 1992 年因特网仍然面临三个必须尽早解决的问题，这就是：nB 类地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完毕！n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）。n整个 IPv4 的地址空间

56、最终将全部耗尽。6.3.3 无分类编址 CIDR1. 网络前缀 8081n1987 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。n在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路 由 选 择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。 IP 编址问题的演进 8182nCIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4

57、的地址空间。nCIDR使 用 各 种 长 度 的 “网 络 前 缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。nIP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。 CIDR 最主要的特点 8283n无分类的两级编址的记法是： IP地址 := , (6-3) nCIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中比特 1 的个数）。nCIDR 将网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。 无分类的两级编址 8384CIDR

58、 地址块 n128.14.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是 12）。n这个地址块的起始地址是 128.14.32.0。n在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。n128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0n128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255n全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。8485128.14.32.0/20 表示的地址（212 个地址）10000000 00001110 00100000 000000

59、0010000000 00001110 00100000 0000000110000000 00001110 00100000 0000001010000000 00001110 00100000 0000001110000000 00001110 00100000 0000010010000000 00001110 00100000 0000010110000000 00001110 00111111 1111101110000000 00001110 00111111 1111110010000000 00001110 00111111 1111110110000000 00001110

60、00111111 1111111010000000 00001110 00111111 11111111所有地址的 20 bit前缀都是一样的最小地址最大地址8586n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（例如上千个）原来传统分类地址的路由。n路由聚合也称为构成超网(supernetting)。nCIDR 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）。n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。 路由聚合(route aggregation) 8687CI

61、DR 记法的其他形式 n10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。n10.0.0.0/10 隐含地指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0。此掩码可表示为 11111111 11000000 00000000 0000000025519200掩码中有 10 个连续的 18788CIDR 记法的其他形式 n10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。n10.0.0.0/10 相当于指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0，即 11111111 1100

62、0000 00000000 00000000n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，即 8889构成超网 n前缀长度不超过 23 bit 的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。n这些 C 类地址合起来就构成了超网。nCIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。n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。 8990CIDR 地址块划分举例 因特网206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大学 X一系二系三系四系2

63、06.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23 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

64、/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* 1289091CIDR 地址块划分举例 因特网206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大学 X一系二系三系四系206

65、.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23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。

66、但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 206.0.64.0/18 就能找到该 ISP。 91922. 最长前缀匹配n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。 n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)。n网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。n最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。 9293最长前缀匹配举例收到的分组的目的地址 D = 206.0.71.130路由表中的项目：206.0.68.0/22 （ISP） 206.0.71.

67、128/25 （四系）查找路由表中的第 1 个项目AND D = 206. 0. 10000111 0第 1 个项目 206.0.68.0/22 的掩码 M 有 22 个连续的 1。M = 11111111 11111111 11111100 00000000因此只需把 D 的第 3 个字节转换成二进制。M = 11111111 11111111 11111100 00000000206. 0. 10000100. 0与 206.0.68.0/22 匹配9394最长前缀匹配举例收到的分组的目的地址 D = 206.0.68.0/22路由表中的项目：206.0.68.0/22 （ISP） 206

68、.0.71.128/25 （四系）再查找路由表中的第 2 个项目AND D = 206. 0. 71. 10000010第 2 个项目 206.0.71.128/25 的掩码 M 有 25 个连续的 1。M = 11111111 11111111 11111111 10000000因此只需把 D 的第 4 个字节转换成二进制。M = 11111111 11111111 11111111 10000000206. 0. 71. 10000000与 206.0.71.128/25 匹配9495最长前缀匹配D AND (11111111 11111111 11111100 00000000) = 2

69、06.0.68.0/22 匹配D AND (11111111 11111111 11111111 10000000) = 206.0.71.128/25 匹配n选择两个匹配的地址中更具体的一个，即选择最长前缀的地址。 95966.4 因特网控制报文协议 ICMPn为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。nICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。nICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。nICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成

70、IP 数据报发送出去。 9697PING (Packet InterNet Groper) nPING 用来测试两个主机之间的连通性。nPING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。nPING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。 97986.5 因特网的路由选择协议6.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念1. 理想的路由算法n算法必须是正确的和完整的。 n算法在计算上应简单。 n算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，要有自适应性。 n算法应具有稳定性。 n算法应是公平的。 n算法应是最佳的。 9899代价 n在研究路由选择时，需要给

71、每一条链路指明一定的代价。n这里“代价”并不是指“钱”，而是由一个或几个因素综合决定的一种度量(metric)，如链路长度、数据率、链路容量、是否要保密、传播时延等，甚至还可以是一天中某一个小时内的通信量、结点的缓存被占用的程度、链路差错率等。 99100最佳路由 n不存在一种绝对的最佳路由算法。n所谓“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。n实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 n路由选择是个非常复杂的问题n它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。n路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。 100101从路由算法 的自适应性考虑n静态路由选

72、择策略即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。 n动态路由选择策略即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。 1011022. 分层次的路由选择协议n因特网采用分层次的路由选择协议。n因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。n许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议（这属于本部门内部的事情），但同时还希望连接到因特网上。 102103自治系统(aut

73、onomous system) n因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统 AS。n一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。 n一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如，一个公司，一所大学，政府的一个部门，等等)来管辖。 n一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。 103104因特网有两大类路由选择协议 n内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。n外部网关协议EGP (E

74、xternal Gateway Protocol) 若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。 104105R1H1H2内部网关协议IGP（例如，RIP）自治系统 A自治系统 B自治系统 CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP（例如，OSPF）外部网关协议EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2自治系统和内部网关协议、外部网关协议 1051066.6 虚拟专用

75、网 VPN 和网络地址转换 NAT6.6.1 虚拟专用网 VPNn本地地址仅在机构内部使用的 IP 地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。n全球地址全球惟一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请。 106107RFC 1918指明的专用地址(private address) n10.0.0.0 到 10.255.255.255n172.16.0.0 到 172.31.255.255n192.168.0.0 到 192.168.255.255n这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。n专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路

76、由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。 107108X10.1.0.1用隧道技术实现虚拟专用网 部门 A因特网部门 BR1R2隧道125.1.2.3194.4.5.6Y10.2.0.3使用隧道技术本地地址本地地址全球地址108109内联网 Intranet 和外联网 Extranet（都是基于TCP/IP协议） n由部门 A 和 B 的内部网络所构成的虚拟专用网 VPN 又称为内联网(Intranet)，表示部门 A 和 B 都是在同一个机构的内部。n一个机构和某些外部机构共同建立的虚拟专用网 VPN 又称为外联网(Extranet)。 部门 A部门 BXYR1R2125.1.2.3

77、194.4.5.610.1.0.110.2.0.3虚拟专用网 VPN109110X10.1.0.1用隧道技术实现虚拟专用网 部门 A因特网部门 BR1R2隧道125.1.2.3194.4.5.6Y10.2.0.3使用隧道技术加密的从 X 到 Y 的内部数据报外部数据报的数据部分源地址：125.1.2.3目的地址：194.4.5.6数据报首部部门 A部门 BXYR1R2125.1.2.3194.4.5.610.1.0.110.2.0.3虚拟专用网 VPN1101116.6.2 网络地址转换 NAT (Network Address Translation)n网络地址转换 NAT 方法于1994年

78、提出。n需要在专用网连接到因特网的路由器上安装 NAT 软件。装有 NAT 软件的路由器叫做 NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球地址 IPG。n所有使用本地地址的主机在和外界通信时都要在 NAT 路由器上将其本地地址转换成 IPG 才能和因特网连接。 111112网络地址转换的过程n内部主机 X 用本地地址 IPX 和因特网上主机 Y 通信所发送的数据报必须经过 NAT 路由器。nNAT 路由器将数据报的源地址 IPX 转换成全球地址 IPG，但目的地址 IPY 保持不变，然后发送到因特网。nNAT 路由器收到主机 Y 发回的数据报时，知道数据报中的源地址是 IPY 而目的地址是 IPG

79、。n根据 NAT 转换表，NAT 路由器将目的地址 IPG 转换为 IPX，转发给最终的内部主机 X。 1121136.7 下一代的网际协议 IPv6 (IPng)6.7.1 解决 IP 地址耗尽的措施n从计算机本身发展以及从因特网规模和网络传输速率来看，现在 IPv4 已很不适用。n最主要的问题就是 32 bit 的 IP 地址不够用。n要解决 IP 地址耗尽的问题的措施：n采用无类别编址 CIDR，使 IP 地址的分配更加合理。n采用网络地址转换 NAT方法以节省全球 IP 地址。n采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议 IPv6。 1131146.7.2 IPv6 的地址空间1. 1

80、28 bit 的地址空间 IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一：(1) 单播(unicast) 单播就是传统的点对点通信。(2) 多播(multicast) 多播是一点对多点的通信。(3) 任播(anycast) 这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付给其中的一个，通常是距离最近的一个。 114115结点与接口nIPv6 将实现 IPv6 的主机和路由器均称为结点。nIPv6 地址是分配给结点上面的接口。n一个接口可以有多个单播地址。n一个结点接口的单播地址可用来惟一地标志该结点。 115116冒号十六进制记法(colon hexa

81、decimal notation) n每个 16 bit 的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFFn零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。 nFF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成：nFF05:B3 116117点分十进制记法的后缀 n0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 再使用零压缩即可得出： :128.10.2.1nCIDR 的斜线表示法仍然可用。n60 bit的前缀 12AB00000000CD3 可记为： 12AB:0000:0000:CD30:000

82、0:0000:0000:0000/60或12AB:CD30:0:0:0:0/60或12AB:0:0:CD30:/60 1171182. 地址空间的分配nIPv6 将 128 bit 地址空间分为两大部分。n第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。n第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。 类型前缀地址的其他部分长度可变长度可变128 bit118119前缀为 0000 0000 的地址 n前缀为 0000 0000 是保留一小部分地址与 IPv4 兼容的，这是因为必须要考虑到在比较长的时期 IPv 4和 IPv6 将会同时存在，而有的结点不支持 IPv6。n因此数据报在这两类结点

83、之间转发时，就必须进行地址的转换。 IPv4 兼容的 IPv6 地址 0000.0000 0000 IPv4 地址IPv4 映射的 IPv6 地址 0000.0000 FFFF IPv4 地址80 16 32比特数119120IPv6 单播地址的等级结构 IPv6 扩展了地址的分级概念，使用以下三个等级：(1) 第一级（顶级），指明全球都知道的公共拓扑。(2) 第二级（地点级），指明单个的地点。(3) 第三级，指明单个的网络接口。3 13 8 24 16 64P保留TLA标识符接口标识符NLA标识符SLA标识符顶级第三级地点级比特数120121第三级地址 nIPv6 地址的最低的第三级对应于计

84、算机和网络的单个接口。nIPv6 地址的后缀有 64 bi t之多，它足够大，因而可以将各种接口的硬件地址直接进行编码。nIPv6 使用邻站发现协议使结点能够确定哪些计算机是和它相邻接的。3 13 8 24 16 64P保留TLA标识符接口标识符NLA标识符SLA标识符顶级第三级地点级比特数121122EUI-64 nIEEE定 义了一个标准的 64 bit 全球惟一地址格式 EUI-64。nEUI-64 的前三个字节（24 bit）仍为公司标识符，但后面的扩展标识符是五个字节（40 bit）。n较为复杂的是当需要将 48 bit 的以太网硬件地址转换为 IPv6 地址。 1221230xFF

85、FE将以太网地址转换为 IPv6 地址 低位 24 bitcccccc1gcccccccccccccccc 1111111111111110cccccc0gcccccccccccccccc比特 0 8 24 47比特 0 8 24 40 63IEEE 802 地址接口标识符低位 24 bitI/G 比特G/L 比特G/L 比特置 1123124第二级地址nIPv6 地址中间的第二级对应于在一个地点的一组计算机和网络，它们通常是相距较近的且都归一个单位来管理。nSLA 级表示 Site Level Aggregation，即地点级聚合，它和 IPv4 中的子网字段相似。 3 13 8 24 16

86、 64P保留TLA标识符接口标识符NLA标识符SLA标识符顶级第三级地点级比特数124125第一级地址（有四个字段 ）(1) P字段 3 bit，即格式前缀。(2) 顶级聚合标识符 TLA ID13 bit，指派给ISP 或拥有这些地址的汇接点(exchange)。(3) 保留字段 8 bit。(4) 下一级聚合标识符 NLA ID 16 bit。指派给一个特定的用户。3 13 8 24 16 64P保留TLA标识符接口标识符NLA标识符SLA标识符顶级第三级地点级比特数1251266.7.3 从 IPv4 向 IPv6 过渡 n向 IPv6 过渡只能采用逐步演进的办法，同时，还必须使新安装的

87、 IPv6 系统能够向后兼容。nIPv6 系统必须能够接收和转发 IPv4 分组，并且能够为 IPv4 分组选择路由。n双协议栈(dual stack)是指在完全过渡到 IPv6 之前，使一部分主机（或路由器）装有两个协议栈，一个 IPv4 和一个 IPv6。 126127双协议栈 IPv6数据链路层物理层数据链路层物理层IPv6IPv4/IPv6 双协议栈IPv4IPv4IPv6TCP 或 UDP应用层TCP 或 UDP应用层TCP 或 UDP应用层数据链路层物理层IPv4和 IPv4 通信和 IPv6 通信127128用双协议栈进行从 IPv4 到 IPv6 的过渡 双协议栈IPv6/IP

88、v4IPv6IPv6IPv4 网络ABCDEF流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分流标号：无源地址：A目的地址：F 数据部分双协议栈IPv6/IPv4IPv6 数据报IPv6 数据报源地址：A目的地址：F数据部分源地址：A目的地址：F数据部分IPv4 数据报128129IPv4 网络IPv6IPv6ABCDEFIPv4 数据报IPv4 数据报IPv4网络 IPv6IPv6ABEF隧道源地址：B目的地址：EIPv6数据报双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4双协议栈IPv6/IPv4IPv4 网络流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 数据报流标号：X源地址：A目的地址：F 数据部分IPv6 数据报源地址：B目的地址：EIPv6数据报使用隧道技术从 IPv4 到 IPv6 过渡 129