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第五章网络互连和互联网 网络互连设备 中继器 中继器再生放大信号 从而扩大网络规模和最大传输距离中继器是基于比特级进行信号的再生放大在10兆以太网使用中继器扩大网络规模时要满足4个中继器的规则 HUB HUB是多端口的中继器一般中继器只有两个端口 而HUB有4到24个端口集线器从一个端口收到数据后 从其它所有端口 源端口除外 转发该信号集线器的所有端口共享带宽 提示 有的HUB有级连口 有的HUB无级连口 当有级连口时与上一级HUB怎样相连 无UP LINK口时 怎样相连 第二层网桥 用于创造两个或多个LAN分段的第二层设备每个分段是一个单独的冲突域网桥里保存有一张表 叫MAC表 里面保存有网络分段上的所有MAC地址和其所对应端口网桥根据MAC表中的记录决定帧是否转发 网桥的工作过程 网桥从某端口接收到数据帧 学习数据帧的源地址然后根据目的地址判断是否转发 如果数据帧的目的MAC地址和源地址属于同一端口 则不转发该帧如果数据帧的目的MAC地址和源地址不是同一端口 则沿相应端口转发该帧哪果数据帧的目的MAC地址对于网桥未知 或数据帧的目的MAC地址为广播地址或组播地址 则泛洪 除源端口外其它所有端口转发 Thebridgehasjustbeenstartedsothebridgetableisempty2 HostAispingingHostB3 HostBreply4 HostApingHostC5 HostCreply6 HostDtransmitsdata 第二层网桥 通常网桥仅有两个端口 把一个冲突域分成两个部分网桥的转发决定是根据MAC地址或第二层寻址做出 不会影响到逻辑的或第三层地址网桥可分割冲突域 但不能分割广播域 第二层网桥 第二层交换 交换机本质上是一个多端口的网桥 它有很多端口 每个端口是一个冲突域交换机动态建立和维护内容可寻址存储器 CAM 为每个端口建立所有相关联的MAC地址 交换机操作 当交换机的每个端口连接的是一台计算机时 冲突域仅包括两个节点 计算机和交换机端口这个分段叫做微分段同时可以双向通信叫全双工通信方式全双工传输提供了无冲突的传输环境 路由器 是工作在第三层的一个设备能够分割冲突域和广播域可以提供异构网络的互连 冲突域 冲突域是物理上连在一起可能发生冲突的网络分段互连网段的设备类型定义了冲突域 第一层设备不能分割冲突域第二层 第三层设备可以分割冲突域 能增加冲突域的个数 5 4 3 2 1规则 5个网段4个中继器或HUB3个主机段2个连接段1个冲突域 segmentation 第二层广播 为了在所有的冲突域之间进行通信 协议在OSI模型的第二层使用广播 broadcast 和组播 multicast 帧当一个节点需要向网络中所有节点发送信息时 它发出一个目标MAC地址为0XFFFFFFFFFFFF的数据帧第二层设备对广播和组播帧进行泛洪 广播源 IP网络中的三个广播和组播的源头分别是 工作站 当定位一个不在ARP表中的MAC地址时 工作站就会广播一个地址解析协议 ARP 请求来寻找实际的工作站 ARP的作用是已知IP地址查找对应的MAC地址路由器 在路由器上配置的路由协议 距离矢量算法 会发出广播组播应用程序 广播域 是指由第二层设备所连接的一组冲突域广播域可以由第三层设备控制 路由器不转发广播路由器根据逻辑地址决定转发 数据流介绍 第一层设备不对数据过滤 它将收到的所有东西都转发到下一分段第二层设备根据目标MAC地址对数据帧进行过滤 第二层设备可以分割冲突域 但不能隔离广播 不能分割广播域第三层设备根据目标IP地址对数据帧进行过滤 第三层设备可以分割冲突域和广播域 2006年下半年 以太网交换机是按照 11 进行转发的 11 A MAC地址B IP地址C 协议类型D 端t I号路由器的S0端口连接 13 13 A 广域网B 以太网C 集线器D 交换机 IP地址 IPv4依赖于一个两层的编址方案 由网络标识和主机标识两部分组成 其中 网络标识 netID 用于标识该主机所在的网络 又称网络号 主机标识 hostID 则表示该主机在相应网络中的序号 又称主机号 IP地址分类 A B C三类地址用于IP网络上实际的主机地址 D类地址用于组播 E类地址是保留给实验使用 A B C类的最大网络数 可容纳的主机数和适用范围 保留的IP地址 保留用作特殊用途 不能分配给主机 典型的保留IP地址如下 网络标识地址 网络标识部分正常 主机号部分为全 0 的IP地址被用作网络号定向 直接 广播地址 网络标识部分正常 主机号部分为全 1 本地广播地址 32位全1 则表示本地物理网上所有的主机回送地址 网络号部分为127 主机部分为任意值的地址被称为回送地址 用以测试本地TCP IP协议栈是否正常 网卡是否存在物理故障 子网划分 在1985年 RFC950引入了子网的概念 即把主机地址部分再划分成子网地址和主机地址 形成三级寻址的格局 子网掩码 子网掩码 subnetmasking 的功能是告知主机或路由设备 其IP地址的哪一部分是网络号部分 哪一部分是主机号部分子网掩码中二进制 1 所对应的IP地址相应的二进制位为网络标识 子网掩码中二进制 0 所对应的IP地址相应的二进制位为主机标识与IP地址具有相同的编址格式用点分十进制表示 或用 网络及子网编码比特数 表示在IP协议中规定 两台主机只有网络号相同 才可以中间不经过路由设备直接通信 定长子网的划分 确定从原主机位借多少位为子网标识位时 需要考虑两个因素 子网的个数每个子网中能够容纳的最大主机数在进行定长子网的划分时 子网标识位全0和全1均不可用 子网划分实例 每个网段的主机数均不超过14台 现企业申请到一个C类地址202 5 50 0 请进行子网划分 子网划分 子网数为3个 子网位 3每个子网最大主机数14台 主机位 4可以借3位 也可借4位为子网位 借位情况 假如借3位为子网位划分 IP地址危机 IP的两个问题 一是剩余的IP地址耗尽的问题 尤其是在当时B类地址正处于耗尽的边缘 二是随着Internet网上网络数目的增加 Internet的路由表大小在迅速大量增加 解决方案 短期内 通过IPV4扩展来解决IP地址危机 常见方案 长子网掩码CIDR私有IPNAT转换长期 设计和部署一个新的Internet协议 即IPV6 VLSM VLSM使得公司或组织能够在同一个网络地址空间内使用一个以上的子网掩码VLSM的做法实际上就是 子网再划分子网 使得编码效率最大化在进行子网划分时 按子网的规模由大到小进行IP的分配子网号全0和全1均可用VLSM必须要求路由协议支持才行 OSPF EIGRP 静态路由等 VLSM划分实例 划分过程 第一步 对子网规模最大的总部进行子网的划分 总部共有60台主机 划分过程 第二步 对子网规模次大的分公司进行子网的划分 分公司共有30台主机 划分过程 对子网规模第三大的办事处进行子网的划分 办事处共有10台主机 划分过程 第四步 对两个串行链路所在的子网进行子网的划分 每个串行链路只需要2个IP地址 划分后冗余的IP 冗余了子网218 5 16 128 26 218 5 16 192 26 218 5 16 120 30 218 5 16 120 30可用作以后的扩展 即子网位10 11 011110 011111 无类别域间路由 CIDR ClasslessInter domainRouting 简称CIDR 技术用来解决路由缩放问题 大多数中等规模的组织没有适合的地址空间路由表增长太快 CIDR CIDR通过用子网掩码代替地址类别来判定IP地址的网络标识 它可以把若干个类别规模较小的网络 如C类地址 分配给一个组织是一种将大块的地址空间合并为少量路由信息的策略 在具体运用CIDR时必须条件遵守下列两个规则 网络号的范围必须是2的幂次方 如2 4 8 16等 网络地址最好是连续的 CIDR实例 企业1合并成超网的过程 合并成超网 210 33 44 0 22 企业2合并成超网过程 合并成超网 210 33 40 0 22 网络提供商合并成超网的过程 合并成超网 210 33 40 0 21 私有IP RFC1918年专门为私有 内部使用留出3个IP地址块 包括A类 B类 C类地址范围各一块 以满足不同规模私有网络的需要 2007年上午题 路由汇聚 RouteSummarization 是把小的子网汇聚成大的网络 下面4个子网 172 16 193 0 24 172 16 194 0 24 172 16 196 0 24和172 16 198 0 24 进行路由汇聚后的网络地址是 25 25 A 172 16 192 0 21B 172 16 192 0 22C 172 16 200 0 22D 172 16 224 0 20分配给某校园网的地址块是202 105 192 0 18 该校园网包含 26 个C类网络 26 A 6B 14C 30D 62以下地址中属于D类地址的是 27 27 A 224 116 213 0B 110 105 207 0C 10 105 205 0D 192 168 0 7 2007年上午题 局域网中某主机的IP地址为172 16 1 12 20 该局域网的子网掩码为 52 最多可以连接的主机数为 53 52 A 255 255 255 0B 255 255 254 0C 255 255 252 0D 255 255 240 0 53 A 4094B 2044C 1024D 512下面的地址中 属于私网地址的是 54 54 A 192 118 10 1B 127 1 0 1C 172 14 2 240D 172 17 20 196一个主机的IP地址是172 16 2 12 24 该主机所属的网络地址是 55 55 A 172 0 0 0B 172 16 0 0C 172 16 2 0D 172 16 1 0 2006年下半年 2008年上半年 NAT 所有以私有地址为目标地址的IP包将会在Internet路由器上被丢弃 这些私有地址的数据包想要在Internet上被路由 必须进行NAT转换成公有IP地址 NAT工作过程 NAT类别 静态NAT 一对一 常用于服务器动态NAT 定义一个地址池 定义一个需要进行NAT转换的主机地址范围 进行动态转换端口复用NAT PAT 可以使用端口号让多个主机的IP地址转换成同一个共用的IP地址一般企业是联合使用以上三