第2章网络拓扑结构和网络体系结构

1、1第 2 章 网络体系结构和网络协议.网络拓扑结构及其特点 .计算机网络的体系结构2.2.1计算机网络体系结构的形成2.2.2 划分层次的必要性2.2.3 计算机网络的原理体系结构2.2.4 实体、协议、服务和服务访问点2.2.5 面向连接服务和无连接服务2.2.6 OSI 与 TCP/IP 体系结构的比较2n网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接。 网络拓扑结构3 拓扑网状 星型 树型 总线型 环型4总线型拓扑5n总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端

2、用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中心节点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的节点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各节点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。 6n总线拓扑结构的优点： （1）总线结构所需要的电缆数量少。 （2）总线结构简单，又是无源工作，较高的可靠性。 （3）易于扩充，增加或减少用户比较方便。 n总线拓扑的缺点： （1）总线的传输距离有限，通信范围受到限制。 （2）故障诊断和隔离较困难。 （3）分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能 7环

3、型拓扑8n环形拓扑网络由站点和连接站的链路组成一个闭合环。 这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。 9n1、以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；n2、信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；n3、环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；n4、环路是封闭的，不便于扩充；n5、可

4、靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。 10n 环形拓扑的优点： （1）电缆长度短。 （2）增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作。 （3）可使用光纤。 环形拓扑的缺点： （1）节点的故障会引起全网故障。 （2）故障检测困难。 （3）环形拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传达室递的方式，在负载很轻时，信道利用率相对来说就比较低。 11星型拓扑12n星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。 13n1、这种结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过

5、中心站。易于维护和安全等优点。n2、端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。n3、同时它的网络延迟时间较小，传输误差较低。4、n这种结构非常不利的一点是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。 14网状拓扑15n网状型结构又称作无规则结点之间的连接，是任意的、没规律的。网状拓朴主要优点是系统可靠性高，结构复杂，必须采用路由选择算法与流量控制算法，目前使用的远程拓朴结构均采用了网状拓朴结构型。 16树型拓扑17n树型拓扑结构就像一棵“根”朝上的树,与总线拓扑结构相比,主要区别在于总线拓扑结构中没

6、有“根”。这种拓扑结构的网络一般采用同轴电缆,用于军事单位、政府部门等上、下界限相当严格和层次分明的部门。 18n树型拓扑结构的特点：优点是容易扩展、故障也容易分离处理,缺点是整个网络对根的依赖性很大,一旦网络的根发生故障,整个系统就不能正常工作。 19计算机网络通信中的计算机网络通信中的9个个焦点焦点问题问题 （1）寻址：识别通信的双方）寻址：识别通信的双方 ，分配地址的方案，分配地址的方案（2）差错控制：连接的双方必须使用同一种检错和纠错算）差错控制：连接的双方必须使用同一种检错和纠错算法或数据重发的规则。法或数据重发的规则。 （3）流量控制：防止拥塞和数据丢失。）流量控制：防止拥塞和数据

7、丢失。 （4）分段及装配：不同的网络协议对报文长度要求不同）分段及装配：不同的网络协议对报文长度要求不同 。（5）路由选择：当源端和目标端有多条链路存在时。）路由选择：当源端和目标端有多条链路存在时。（6）编码转换：不同的机器采用不同的编码）编码转换：不同的机器采用不同的编码 。（7）信息的表达：数据表达、压缩、解压缩等技术）信息的表达：数据表达、压缩、解压缩等技术 。（8）同步问题：建立发送和接收的同步过程）同步问题：建立发送和接收的同步过程 。（9）数据安全：防止数据丢失、非法查看、泄密、防抵赖）数据安全：防止数据丢失、非法查看、泄密、防抵赖20 对于复杂的计算机网络协议，采用对于复杂的计

8、算机网络协议，采用分层式分层式结构。结构。每一层关注和解决通信中的某一方面的规则。每一层关注和解决通信中的某一方面的规则。1为什么采用分层结构为什么采用分层结构 （1）层之间是独立的：）层之间是独立的：复杂程度下降复杂程度下降。 （2）灵活性好）灵活性好 ：一层发生变化时一层发生变化时，其他，其他各层均不受各层均不受影响影响。（3）结构上可分割开）结构上可分割开 ：各层都可以采用最合适的技各层都可以采用最合适的技术来实现术来实现。（4）易于实现和维护：）易于实现和维护：系统已被分解为若干个相对独系统已被分解为若干个相对独立的子系统立的子系统。（5）能促进标准化工作）能促进标准化工作：每一层的功

9、能及所提供的服每一层的功能及所提供的服务务都有精确的说明都有精确的说明。212分层的分层的原则原则 层次的层次的数量数量和使每一层的和使每一层的功能功能非常非常明确。明确。 （1）结构清晰，易于设计，层数应适中。）结构清晰，易于设计，层数应适中。（2）每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。每层的功能应是明确的，并且是相互独立的。 （3）同一节点相邻层之间通过接口通信，层间接口必）同一节点相邻层之间通过接口通信，层间接口必须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。须清晰，跨越接口的信息量应尽可能少。 （4）每一层都使用下层服务，并为上层提供服务。）每一层都使用下层服务，并为上层提供服务。 （5）网中

10、各节点都有相同的层次，不同节点的同等层网中各节点都有相同的层次，不同节点的同等层按照协议实现对等层之间的通信。按照协议实现对等层之间的通信。22层数多少要适当 n若层数太少，就会使每一层的协议太复杂。n层数太多又会在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难。 233协议协议 为进行网络中的数据交换而建立的为进行网络中的数据交换而建立的规则规则、标准标准或或约约定定即称为网络协议。协议是对即称为网络协议。协议是对同等层实体同等层实体之间的通信之间的通信制定的有关通信规则、约定的集合。制定的有关通信规则、约定的集合。 网络协议网络协议3个要素：个要素：（1）语法语法：数据与控制信息的结构或

11、格式。数据与控制信息的结构或格式。 （2）语义语义：定义数据格式中每一个字段的含义。定义数据格式中每一个字段的含义。 （3）同步同步：收发双方或多方在收发时间和速度上的严收发双方或多方在收发时间和速度上的严格匹配，即事件实现顺序的详细说明。格匹配，即事件实现顺序的详细说明。 244网络的体系结构网络的体系结构网络的体系结构就是计算机网络各层次网络的体系结构就是计算机网络各层次及其协议的集合。及其协议的集合。25 开放系统互连开放系统互连OSIOSI（open system open system interconnectioninterconnection，OSIOSI）参考模型是由）参考模型

12、是由国际标准化组织国际标准化组织ISOISO（international international standard organization, ISOstandard organization, ISO）提出和）提出和定义的网络体系结构，是一种用于连接定义的网络体系结构，是一种用于连接异构系统的分层模型框架，为连接分布异构系统的分层模型框架，为连接分布式应用处理的开放系统提供了基础。式应用处理的开放系统提供了基础。261OSI/RM七层结构七层结构27关于开放系统互连参考模型OSI/RMnOSI参考模型产生的背景n60-80年代出现了多种网络体系结构，这些体系结构往往着眼于本公司的网络产品

13、，没有统一的标准，很难把它们互连起来，如DOS与UNIX的互连。n1982年，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）公布了异种网络操作系统互连的通信标准，即开放系统互连参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model，OSI/RM）。28关于开放系统互连参考模型OSI/RMn开放性：只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信。n在市场化方面 OSI 却失败了。nOSI 的专家们在完成 OSI 标准时没有商业驱

14、动力；nOSI 的协议实现起来过分复杂，且运行效率很低；nOSI 标准的制定周期太长，因而使得按 OSI 标准生产的设备无法及时进入市场；nOSI 的层次划分并也不太合理，有些功能在多个层次中重复出现。 29两个计算机交换文件 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个文件传送模块好像文件及文件传送命令是按照水平方向的虚线传送的把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块30再设计一个通信服务模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块只看这两个通信服务模块好像可直接把文件可靠地传送到对方把文件交给下层模块进行发送把收到的文件交给上层模块通信服务模块通信服务模块31再设

15、计一个网络接入模块 文件传送模块计算机 1计算机 2文件传送模块通信服务模块通信服务模块网络接入模块网络接入模块通信网络网络接口网络接口网络接入模块负责做与网络接口细节有关的工作例如，规定传输的帧格式，帧的最大长度等。3233七层协议物理层n定义内容n物理网络结构n所使用的传输媒介的机械和电气特性n位传输编码和计时规则n主要功能n实现通信节点之间的物理连接，透明地传输二进制比特流（比特流（bit、位）、位）n相关硬件n普通集线器、中继器n传输媒介连接器n调制解调器 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层34七层协议数据链路层n主要功能n将物理层的位组成以帧帧为单位的数

16、据n错误检测n控制数据流n识别网上每台计算机n相关硬件n网桥n交换机n智能集线器n网络接口卡数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层35七层协议网络层n主要功能n路由选择。如何在组成网络的各子网之间找到到达传送目的地的最佳路径 n流量和拥塞控制。防止在于网中间出现过多的分组分组，而造成通路阻塞和出现“瓶颈” n差错及故障的恢复n相关硬件n路由器数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层36七层协议网络层(续)n网络：这里指具有某个确切网络地址的网络n网络地址：逻辑上分离的网络，都有一个唯一的逻辑地址n网际通信：网络与网络间的数据通信n交换：可以理解

17、为路径选择37七层协议运输层n功能实现端到端的透明的实现端到端的透明的数据报文数据报文传传输服务输服务n为上层处理过程掩盖下层结构的细节，补偿下层协议中面向连接的连接服务在可靠性方面的缺陷。总之，向用户提供可靠的端到端端到端（End-to-End，指应用程序或进程、或会话之间）的数据传输 数据链路层5 应用层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层38OSI/RM会话层n功能n实现服务请求者和提供者之间的通信如建立、管理和拆除会话进程。数据链路层5 会话层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层6 表示层7 应用层39OSI/RM表示层n功能n处理通信进程之间交换数据的表示方法，包括语

18、法转换、数据格式的转换、加密与解密、压缩与解压缩等。数据链路层5 会话层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层6 表示层7 应用层40OSI/RM应用层n功能n为用户提供最直接的服务。n确定进程之间通信的性质以满足用户的需要（这反映在用户所产生的服务请求）数据链路层5 会话层4 运输层3 网络层2 数据链路层1 物理层6 表示层7 应用层41427层之间的关系应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层通信子网资源子网面向信息处理面向数据通信43计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用进程数据先传送到应用层加上应用层首部，成为应用层

19、PDU44计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层 PDU 再传送到运输层加上运输层首部，成为运输层报文45计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层报文再传送到网络层加上网络层首部，成为 IP 数据报（或分组）46计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2IP 数据报再传送到数据链路层加上链路层首部和尾部，成为数据链路层帧47计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层帧再传送到物理层最下

20、面的物理层把比特流传送到物理媒体48计算机 1 向计算机 2 发送数据 n应用层(application layer) 5432154321物理传输媒体计算机 1AP2AP1电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端物理层传送到接收端物理层计算机 249计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2物理层接收到比特流，上交给数据链路层50计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部取出数据部分，上交给网络层51计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2

21、AP1计算机 2网络层剥去首部，取出数据部分上交给运输层52计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去首部，取出数据部分上交给应用层53计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去首部，取出应用程序数据上交给应用进程54计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！55计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应 用 程 序 数 据应用层首部H510100110

22、100101 比 特 流 110101110101注意观察加入或剥去首部（尾部）的层次应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据H4运输层首部H3网络层首部H2链路层首部T2链路层尾部56计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 210100110100101 比 特 流 110101110101计算机 2 的物理层收到比特流后交给数据链路层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据57H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机

23、 1AP2AP1计算机 2数据链路层剥去帧首部和帧尾部后把帧的数据部分交给网络层H2T2H3H4H5应 用 程 序 数 据58H4H5应 用 程 序 数 据H3H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2网络层剥去分组首部后把分组的数据部分交给运输层59H5应 用 程 序 数 据H4H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2运输层剥去报文首部后把报文的数据部分交给应用层60应 用 程 序 数 据H5应 用 程 序 数 据计算机 1 向计算机 2 发送

24、数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2应用层剥去应用层 PDU 首部后把应用程序数据交给应用进程61计算机 1 向计算机 2 发送数据 5432154321计算机 1AP2AP1计算机 2我收到了 AP1 发来的应用程序数据！6263实体、协议、服务和服务访问点(续) 协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户SAPSAP641.5.4实体、协议、服务和服务访问点 n实体(entity) 表示任何可发送或接收信息的硬件或软件进程。 n协议是控制两个对等实体进行通信的规则的集合。 n在协议的控制下，两个对等实

25、体间的通信使得本层能够向上一层提供服务。n要实现本层协议，还需要使用下层所提供的服务。 65实体、协议、服务和服务访问点(续) n本层的服务用户只能看见服务而无法看见下面的协议。n下面的协议对上面的服务用户是透明的。 n协议是“水平的”，即协议是控制对等实体之间通信的规则。n服务是“垂直的”，即服务是由下层向上层通过层间接口提供的。n同一系统相邻两层的实体进行交互的地方，称为服务访问点 SAP (Service Access Point)。 66实体、协议、服务和服务访问点(续) 协 议交换原语交换原语服 务 用 户提 供 服 务服 务 提 供 者第 n 层第 n + 1 层服 务 用 户SA

26、PSAP672.3 TCP/IP参考模型TCP/IP事实上的网络工业标准，建立在事实上的网络工业标准，建立在TCP/IP结结构体系上的协议是应用最广泛的协议构体系上的协议是应用最广泛的协议TCP/IP协议模型采用协议模型采用四层四层的分层体系结构的分层体系结构 68两种国际标准n法律上的(de jure)国际标准 OSI 并没有得到市场的认可。n非国际标准 TCP/IP 现在获得了最广泛的应用。nTCP/IP 常被称为事实上的(de facto) 国际标准。692.3.3 TCP/IP各层功能 1网络接口层网络接口层 TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议标准并没有定义具体的网络接口协议

27、。 一般一般各物理网络可以使用自己的数据链路层协议各物理网络可以使用自己的数据链路层协议和物理层协议，和物理层协议，不需要不需要在数据链路层上在数据链路层上设置设置专门专门的的TCP/IP协议。协议。 但用串行线路连接主机与网络，或连接网络与网但用串行线路连接主机与网络，或连接网络与网络时，需在数据链路层运行专门的串行线路网际络时，需在数据链路层运行专门的串行线路网际协议（协议（SLIP）或点到点（）或点到点（PPP）协议）协议702网际层网际层 主要功能是主要功能是寻址寻址、把逻辑、把逻辑地址地址和名称和名称转换转换成物理成物理地址。地址。 含有含有4个重要的协议：个重要的协议： 互联网协议

28、互联网协议IP寻址寻址 互联网控制报文协议互联网控制报文协议ICMP传送各种信息、错传送各种信息、错误报告。误报告。 地址转换协议地址转换协议ARP把逻辑地址和名称转换成物把逻辑地址和名称转换成物理地址理地址 反向地址转换协议反向地址转换协议RARP把物理地址转换成逻把物理地址转换成逻辑地址辑地址713.传输层传输层 主要功能是提供从一个应用程序到另一个应用程主要功能是提供从一个应用程序到另一个应用程序的通信，常称为序的通信，常称为端对端端对端的通信。的通信。 两个主要的协议：两个主要的协议： 传输控制协议（传输控制协议（TCP）面向连接面向连接的通信，的通信，建立建立连接连接传输传输释放连接

29、释放连接。 用户数据报协议（用户数据报协议（UDP）无连接无连接的通信，在传的通信，在传送数据前不要求建立连接。送数据前不要求建立连接。724应用层应用层 相当于相当于OSI参考模型的会话层、表示层和应用层参考模型的会话层、表示层和应用层3层的功能。层的功能。 最常用的协议：最常用的协议： 文件传输协议（文件传输协议（FTP）远程登录协议（远程登录协议（Telnet）域名服务（域名服务（DNS）简单邮件传输协议（简单邮件传输协议（SMTP）超文本传输协议（超文本传输协议（HTTP）等。）等。 732.3.4 TCP/IP和OSI/RM模型的比较 相同点：都要完成计算机网络的通信功能相同点：都要

30、完成计算机网络的通信功能不同点：不同点：TCP/IP模型中将模型中将OSI模型的高三层合并模型的高三层合并为一层，将为一层，将OSI的物理层和数据链路层归并到网络的物理层和数据链路层归并到网络接口层。接口层。 74 TCP/IP模型是一种在实际应用中逐渐发展完善模型是一种在实际应用中逐渐发展完善起来的模型，存在以下不足：起来的模型，存在以下不足：没有明显地区分服务、接口和协议的概念；没有明显地区分服务、接口和协议的概念；不是通用的，不适合描述除不是通用的，不适合描述除TCP/IP模型之外的模型之外的任何协议；任何协议； 不区分（甚至不提及）物理层和数据链路层。不区分（甚至不提及）物理层和数据链

31、路层。 75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IGMP76沙漏计时器形状的TCP/IP协议族 HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP网际层网络接口层运输层应用层网络接口 1网络接口 2网络接口 3776.2 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 (R

32、everse Address Resolution Protocol)n因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)n因特网组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol) 78n网际协议网际协议（Internet Protocol，缩写：IP），或互联网协议互联网协议，是用于报文交换网络的一种面向数据的协议。 792.2 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

33、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 Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 80IP 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。81nA类：-54nB类：-54nC类：1

34、-54nD类：-54nE类：-5482net-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 00183net-id24 bithost-id24 bitnet-id16 bitnet-id8 bitIP 地址

35、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 001A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节84net-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

36、址的网络号字段 net-id 为 2 字节85net-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 001C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节86net-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

37、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 001A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节87net-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88net-id24 bi

38、thost-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 001C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节89net-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

39、1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 001D 类地址是多播地址 90net-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 91n网络号的第一个字节不能为255。数字255作为广播地址。 网络号的第一个字节不能为“0”，“0”表示该地址是本地主机，不能传送。 92n主机号

40、的各个位不能都为“1”，如果所有位都为“1”，则该机地址是广播地址，而非主机的地址。 主机号的各个位不能都为“0”，如果各个位都为“0”，则表示“只有这个网络”，而这个网络上没有任何主机。 93nIP地址中的每一个字节都为0的地址对应于当前主机；nIP地址中的每一个字节都为1的IP地址55是当前子网的广播地址 94-54给本机地址使用。 55 55 55供本地网使用，这些网络连到互连网上需

41、要对这些本地网地址进行转换（NAT）952. 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 254962.3 划分子网和构造超网2.3.1 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

42、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。 97n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 98n划分子网纯属一个单位内部的事情。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 99n凡是从其他网络发送给本单位某个主机的

43、 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） 100n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 101n从一个 I

44、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 地址中的子网部分。 2. 子网掩码102IP 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 1 0 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-idhost-id 为全 0103(IP 地址)

45、 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-idhost-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 1 0 0 0 0 0 0 0 0net-idsubnet-idhost-id 为全 0AND104net-idnet-idhost-id 为全 0net-id网络地址A类地址默认子网掩码网络地址B类地址默认子网掩码网络地址C类地址默

46、认子网掩码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 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 105n表6-6的结果根据已成为因特网标准协议的RFC 950文档，子网号不能为全1或全0

47、。n若使用较少比特数的子网号，则每一个子网上可连接的主机数就较大。反之，若使用较多比特数的子网号，则子网的数目较多但每个子网上可连接的主机数就较小。n划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机总数。 子网划分注意点106n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1076.2.4 IP 数据报的格式 n一个 IP 数据报由

48、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在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。 108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109可变部分首部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

49、 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 数据报固定部分110首部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 数据报固定部分可变部分111首部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

50、 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 分比特固定部分可变部分版本占 4 bit，指IP协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)112首部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 分比特固定部分可变部分首部长度占 4 bit，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是

51、60字节。113首部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 分比特固定部分可变部分服务类型占 8 bit，用来获得更好的服务这个字段以前一直没有被人们使用 114首部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 分比特固定部分可变部分总长度占 16 bit，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。 115首部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 分比特固定部分可