计网(城轨供电)第5讲 广域网.ppt

第5讲广域网 本章内容广域网的基本概念网际协议IPARP协议和RARP协议 5 1广域网的基本概念 网络互联的动力 更大范围的资源共享网络互联 HOST LAN LAN LAN WAN 典型应用 连接距离相隔较远的2个局域网因特网接入异地办事处访问公司总部的局域网银行ATM与主机相连售票终端与主机相连 网络互联层次 从网络体系结构的层次观点来考察 广域网可在四个层次上观察 物理层数据链路层网络层网络层以上 物理层 中继器 集线器在电缆段之间复制比特流 没有地址概念 因此从本质上不能算是网络互连 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 物理层物理层 中继器集线器 电缆段2 电缆段1 物理层 数据链路层 网桥 交换机在网段之间转发数据帧 根据数据帧中的信息 MAC地址 进行转发 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 物理层 网桥交换机 数据链路层 网段1 网段2 链路层 物理层 网络层 路由器在网络之间转发报文分组 根据分组中的逻辑地址 IP地址 进行转发 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 网络层 数据链路层 物理层 传输层 应用层 物理层 路由器 链路层 网络层 网络2 网络1 更高层 网关连接不同体系结构的网络 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 应用层 传输层 物理层 网关 链路层 网络层 网络1 应用层 传输层 物理层 链路层 网络层 网络2 广域网的归纳 物理层 使用中继器或集线器在不同的电缆段之间复制位信号 无寻址功能 数据链路层 使用网桥或交换机在局域网之间存储转发数据帧 用MAC地址寻址 网络层 使用路由器在不同的网络之间存储转发分组 用IP地址寻址 传输层及应用层 使用网关提供更高层次的互连 用端口号或其他特定标识寻址 5 2网际协议IP InternetProtocol IP是因特网的网络层中最重要的协议提供数据报 Datagram 的投递服务 主机到主机 在不同的数据链路层上进行数据转发操作IP的数据报投递服务是非连接的 不可靠的非连接数据报之间没有相互的依赖关系 不能保证报文的有序投递 不可靠数据报的投递没有任何品质保证 QoS 数据报可能被正确投递 可能被丢弃 IP地址 IP地址 32bit的逻辑地址 用来标识主机或路由器的网络接口 网络接口 用于连接主机与路由器之间的物理链路 路由器有多个接口主机可能有一个 也可能有多个接口IP地址只与设备的网络接口有关IP地址书写方法 32bit划分为4个字节写成点分的4个十进制数 223 1 1 1 223 1 1 3 223 1 1 4 223 1 2 9 223 1 1 1 11011111000000010000000100000001 223 1 1 1 IP地址 IP地址包括2个部分 网络地址 网络号 主机地址 主机号 具有相同网络地址的设备接口 或不经过路由器就可以物理上相互通达的设备 223 1 1 1 223 1 1 2 223 1 1 3 223 1 1 4 223 1 2 9 223 1 2 2 223 1 2 1 223 1 3 2 223 1 3 1 223 1 3 27 由3个IP网络组成的互联网 对于以223开头的IP地址 前24位为网络地址 LAN IP地址 分类 编址 1 0 0 1to126 255 255 254 128 0 0 1to191 255 255 254 192 0 0 1to223 255 255 254 224 0 0 0to239 255 255 255 Range 0 NetID 10 110 NetID 1110 MulticastAddress HostID NetID HostID HostID Class A B C D 8bits 8bits 8bits 8bits 最大网络数 27 2 126 最大主机数 224 2 16777214 最大网络数 214 16384 最大主机数 216 2 65534 最大网络数 221 2097152 最大主机数 28 2 254 保留的IP地址 以下这些IP地址具有特殊的含义 11 11 1111 1111 本机 本网中的主机 局域网中的广播 回路 Loopback 0000 0000 网络号 对指定网络的广播 网络地址 一般来说 主机号部分为全 1 的IP地址保留用作广播地址 主机号部分为全 0 的IP地址保留用作网络地址 划分子网 为什么要划分子网 IP分类不合理 地址空间利用率低美国的某些机构拥有的地址空间甚至比其他一些国家的全部地址空间还大每个网络都指定一个网络地址将使路由表太大增加了路由器成本查找路由耗时增加路由器之间交换的路由信息增加两级IP地址不够灵活不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络 划分子网 Subnetting 又称子网寻址或子网路由选择方法 从IP地址的主机编号部分 借用 若干位作为子网编号主机编号部分相应缩短例如 原来的网络 10 5 0 0借用2位划分子网后 10 5 64 0和10 5 128 0子网的特点 多个子网可以运行在同一物理网络上 划分子网后 原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络 外面看不见其内部的子网结构 即 划分子网完全是该网络内部的事务 与外部无关 0000101000000101xxxxxxxxxxxxxxxx网络号主机号 子网1 000010100000010101xxxxxxxxxxxxxx网络号子网号主机号子网2 000010100000010110 xxxxxxxxxxxxxx网络号子网号主机号 Subnet110 5 64 x Subnet210 5 128 x 路由器 两个子网之间的通信必须通过路由器才能实现 但物理连接不一定非要通过路由器 子网可以运行在同一物理网络上 在一个物理网络上运行多个子网 子网1的主机 子网2的主机 划分子网后 网络对外仍是一个网络 网络10 5 0 0 所有目的地址为10 5 x x的分组均到达此路由器 子网掩码 子网掩码的作用使网络内的计算机了解子网划分的结构使边缘路由器了解子网划分的结构子网掩码的格式子网掩码也是32bit长的二进制数 由一串连续的1后跟一串连续的0组成 前面的1与网络号和子网号对应 后面的0与主机号对应 如前面的例子 子网结构为 0000101000000101ssxxxxxxxxxxxxxx子网掩码为 111111111111111111xxxxxxxxxxxxxx写成十进制数为 255 255 192 0 不划分子网时 各类IP地址默认的子网掩码为 A类 255 0 0 0B类 255 255 0 0C类 255 255 255 0已知IP地址和子网掩码 如何计算子网地址 用子网掩码和IP地址 相与 AND操作 结果就是子网地址 例如 IP地址10 5 100 1 子网掩码10 5 192 0 则可计算出10 5 100 1的子网地址为00001010000001010110000000000001AND 1111111111111111110000000000000000001010000001010100000000000000 10 5 64 0 推论 若两个IP地址具有完全相同的子网地址 则它们在同一子网中 Q 如何在网络拓扑图中找出所有的网络 拿掉路由器 整个网络形成了若干个 被隔离的网络孤岛 每个 孤岛 就是一个网络 223 1 2 1 1993 CIDR 无类别域间路由 分类编址 地址空间的利用率低 地址空间面临耗尽 e g 一个B类网址可以容纳65K台主机 但可能被一个只有2K台主机的企业占据 CIDR ClasslessInterDomainRouting地址的网络部分长度任意 不再分为固定的几种类型 地址格式 a b c d x x为地址中网络部分的位数 CIDR列子 有一个组织要将2000台电脑接入互联网 如果使用a b c d 21格式的IP地址 可以分配2 11 2 2046个地址 就可以节约2 16 2 11 63488个地址 IP编址 言犹未尽 Q ISP如何得到整块的地址 A ICANN InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers 因特网名称和编号组织 分配地址管理DNS批准域名 解决纷争Q 单位或企业如何获得网络地址 A 向ISP申请 在单位内部 则向网络中心申请 IP数据报格式 ver Totallength 32bits data 可变长度 一般为一个TCP或UDP数据段 16 bitidentifier Internetchecksum timetolive 32bitsourceIPaddress IP协议版本号 首部长度 bytes 余留步跳 每经过一个路由器都要减1 用于分段 重装 数据报长度 bytes 数据对应的上层协议是什么 head len typeofservice 数据 类型 flgs fragmentoffset upperlayer 32bitdestinationIPaddress Options ifany E g 时间戳 记录路由标记 定义要访问的路由器 校验和 IPv6 2011年2月3日 全球IPv4的中央地址池IANA地址池宣布分配完毕 2011年4月15日 APNIC宣布进入最后一个 8的分配 一个 8大约是一千六百万个IPv4地址 从2011年4月15日起 每个APNIC会员只能获得一次性 22的分配 一个 22大约是一千个IPv4地址 目前很多会员已经用完了他们手上的IPv4地址 但他们再也不可能从APNIC获得更多的IPv4地址了 IPv6 IPv6的地址多达2128 340万亿亿亿亿 地球上每平方米可分配0 668亿亿亿个IP地址 其他 改革首部格式帮助加速处理和加速转发 改革首部 以实现QoS IPv6分组格式 固定长度的40bit首部 不支持分组的分割 可以使地球表面每粒沙子都有一个IP地址 IPv6首部 Priority Trafficclass 确定数据流中各分组的优先级 FlowLabel 标识不同 flow 中的分组 以便按各自的 需求 进行处理 Nextheader 后面的附加报头 如果有的话 的类型 对于最后一个报头 则用来说明传送数据的上层协议是什么 1不支持分组的分割 2校验和 3可选项 从IPv4向IPv6迁移 采用 易帜日 的办法 逐步过渡 网络如何能够在IPv4和IPv6路由器共存的情况下运行 两种建议的途径 双栈 DualStack 某些具有双栈 v6 v4 的路由器可以将两种地址格式进行 翻译 translate 隧道 Tunneling IPv6可以作为IPv4的载荷通过IPv4的路由器 即把IPv6的分组封装在IPv4的分组中在IPv4网络中传输 双栈 DualStack 方式 双栈路由器 隧道 Tunneling 在必要时将IPv6封装到IPv4中 IPv6如何影响下一代互联网 IPv6可以为任何你所能想象到的东西提供固定的IP地址IPv6不仅可以为每一台网络终端提供了固定的IP地址 而且提供了人与人 人与物乃至于物与物之间通信的可能 移动通信行业将是IPv6最早和最大的受益方移动IPv6适用于数量庞大的移动终端 它提供了足够的地址空间可以为在公共互联网上运行的每个移动终端分配一个IPv6地址 在全球范围内解决了有关网络和访问技术之间的移动性问题 IPv6在中国中国大陆目前持有3 3亿个IPv4地址 这肯定不能满足互联网用户不断增长的需求 从这个角度来看 部署IPv6是非常紧迫的 2012很可能是IPv6快速发展的起步之年我国IPv6标准整体上仍处于跟随国际标准的地位 IPv6标准进展基本与国际标准一致 截至2012年3月 中国IPv6地址量达到9405个 上升至全球第四位 比2011年初增加23倍以上 排名前5位的国家分别为巴西 美国 日本 中国及澳大利亚 5 3ARP协议和RARP协议 AddressResolutionProtocalReverseAddressResolutionProtocal ARP将一个已知的IP地址映射到MAC地址 为什么需要地址解析协议 或者说 为何要进行地址映射 Answer 在因特网中 数据分组传输使用的是IP地址 逻辑地址 而在局域网中 传输数据时需要使用物理地址 MAC地址 许多因特网的主机位于局域网中 当数据分组到达局域网时 需要把IP地址转换成MAC地址 然后把分组封装在局域网链路层的帧中 才能发送到该主机 ARP协议和RARP协议 ARP将一个已知的IP地址映射到MAC地址 映射方法 已知 IP地址1 检查本地ARP高速缓存表 若找到IP地址对应的表项 则取出表项中的MAC地址 2 若IP地址不包含在表中 就向网上发广播来寻找 具有该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应 ARP只能用于具有广播能力的网络 A C IP 10 0 0 5MAC IP 10 0 0 5MAC 08 00 00 20 2C 0A B 10 0 0 1 10 0 0 5 10 0 0 2 ARP操作的例子 A想知道10 0 0 5的MAC地址 5 4 5ARP与IP的交互 例子 由R对A到B的数据包进行路由的过程 A R B 假设主机111 111 111 111要发送一个数据报到主机222 222 222 222 发送主机的链路层协议必需指出该目的主机的MAC地址 那么发送主机会使用哪个MAC地址 是222 222 222 222的MAC地址49 BD D2 C7 56 2A吗 目的MAC地址为49 BD D2 C7 56 2A的帧能穿越路由器吗 实际上 发送主机在发送分组之前 就已经知道目的主机不在本地LAN上 只要比较目的主机和发送主机的IP地址中的网络地址部分便可得知 所以必须将分组发送给路由器 由路由器进行转发 路由器的IP地址 Windows中称为缺省网关 在发送主机中已经预先设置 在本例中为111 111 111 110 现在的问题是 发送主机如何得到路由器接口的MAC地址呢 当然是使用ARP协议 一旦发送主机获得了路由器接口的MAC地址 就可以生成一个数据帧 发送给路由器 LAN1上的路由器接口收到了发给它的数据帧后 将封装在其中的分组提交给网络层 这样 分组就成功地从主机发送到了路由器上 接下来 路由器还必须将分组发送到目的地 路由器首先需要选择适当的接口来转发 这项工作路由器可以通过查询路由表来完成 路由表告诉路由器