计算机网络与通信ppt第5讲 广域网

1、第第5讲讲 广域网广域网n本章内容本章内容广域网的基本概念广域网的基本概念网际协议网际协议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的动力：更大范围的资源共享网络互联：网络互联：HOST-LAN、LANLAN/WAN典型应用典型应用n连接距离相隔较远的2个局域网n因特网接入n异地办事处访问公司总部的局域网n银行ATM与主机相连n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：在四个层次上观察： 物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 网络层以上网络层以

2、上 物理层：中继器物理层：中继器/集线器集线器 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。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层 物理层物理层中继器中继器集线器集线器电缆段电缆段2电缆段电缆段1物理层物理层 数据链路层：网桥数据链路层：网桥/交换机交换机 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。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理

3、层物理层网桥网桥交换机交换机数据链路层数据链路层网段网段1网段网段2链路层链路层物理层物理层 网络层：路由器网络层：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。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层路由器路由器链路层链路层网络层网络层网络网络2网络网络1 更高层：网关更高层：网关 连接不同体系结构的网络网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层/传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层/传输层传输层物理层物理层网

4、关网关链路层链路层网络层网络层网络网络1应用层应用层/传输层传输层物理层物理层链路层链路层网络层网络层网络网络2广域网的归纳 ：n 物理层：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；n数据链路层：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；n网络层：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；n传输层及应用层：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IPInternet ProtocolnIP是因特网的网络层中最重要的协议提供数据报数据报（Datagram）的投递服务（主

5、机到主机）在不同的数据链路层上进行数据转发操作nIP的数据报投递服务是非连接的，不可靠的非连接n数据报之间没有相互的依赖关系；n不能保证报文的有序投递。不可靠n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nIP地址地址: 32bit的逻辑地址, 用来标识主机或路由器的网络接口；n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nIP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223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1

6、.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.1 = 11011111 00000001 00000001 00000001223111IP地址nIP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223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27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

7、址 )LANIP地址n分类” 编址：1.0.0.1 to126.255.255.254128.0.0.1 to191.255.255.254192.0.0.1 to223.255.255.254224.0.0.0 to239.255.255.255Range0NetID10110NetID1110Multicast AddressHostIDNetIDHostIDHostIDClassABCD8 bits8 bits8 bits8 bits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

8、最大网络数= 221 = 2097152最大主机数= 28-2 = 254保留的IP地址n以下这些IP地址具有特殊的含义: 00.0000.00 0000 . 00000000 . 000011.1111.11 1111 . 11111111 . 1111本机本机本网中的主机本网中的主机局域网中的广播局域网中的广播回路回路( (Loopback) )00.0000.00主主 机机 号号1111 . 11111111 . 1111网络号127127任任 意意 值值0000 . 00000000 . 0000网络号对指定网络的广播对指定网络的广播网络地址网络地址一般来说，主机号部分为全一般来说，主

9、机号部分为全“1 ”的的IP地址保留用作广播地址；地址保留用作广播地址； 主机号部分为全主机号部分为全“0 ”的的IP地址保留用作网络地址。地址保留用作网络地址。划分子网n为什么要划分子网？IP分类不合理，地址空间利用率低n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n增加了路由器成本n查找路由耗时增加n路由器之间交换的路由信息增加两级IP地址不够灵活n不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络n划分子网（Subnetting）又称子网寻址或子网路由选择方法：n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

10、：n原来的网络：10.5.0.0n借用2位划分子网后：10.5.64.0和10.5.128.0 n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。00001010 00000101 xxxxxxxx xxxxxxxx网络号 主机号子网1：00001010 00000101 01 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号子网2：00001010 00000101 10 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号Subnet 110.5.64.xSubn

11、et 210.5.128.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.64.1.64.2.64.3.128.1 .128.2 .128.3 .128.4.1.2.3子网10.5.64.0.1.2.3子网10.5.128.0.4子网掩码n子网掩码的作用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n子网掩码的格式子网掩码的格式子网掩码也是3

12、2bit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：n子网结构为： 00001010 00000101 ss xxxxxx xxxxxxxxn子网掩码为： 11111111 11111111 11 xxxxxx xxxxxxxx 写成十进制数为： 255.255.192.0n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：255.255.255.0n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

13、.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 00001010 00000101 01100000 00000001AND) 11111111 11111111 11000000 00000000 00001010 00000101 01000000 00000000 (=10.5.64.0)推论：若两个推论：若两个IP地址具有完全相同的子网地址，地址具有完全相同的子网地址，则它们在同一子网中。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?n拿掉路由器；n整个网络形成了若干个“被隔离的网络孤岛”；n每个“孤岛”就是一个网络。223.1

14、.2.1223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.2223.1.2.6223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.2223.1.7.0223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1223.1.9.1223.1.9.21993：CIDR（无类别域间路由）n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。nCIDR: Classless InterDomain Routing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

15、，x为地址中网络部分的位数。11001000 00010111 00010000 00000000networkparthostpart200.23.16.0/23CIDR 列子n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 211-2 = 2046 个地址，就可以节约 216 211 =63488个地址。IP编址：言犹未尽.Q: ISP 如何得到整块的地址? A: ICANN：Internet Corporation for Assigned Names and Numbers（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

16、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verTotal length32 bitsdata (可变长度,一般为一个 TCP 或UDP 数据段)16-bit identifierInternet checksumtime tolive32 bit source IP addressIP 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.lentype ofservice数据“类型” flgsfragment offsetupper layer32

17、bit destination IP addressOptions (if any)E.g. 时间戳，记录路由标记，定义要访问的路由器校验和IPv6n 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。IPv6nIPv6的地址多达2128（340万亿亿亿亿），地球

18、上每平方米可分配0.668亿亿亿个IP地址。n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；nIPv6 分组格式： 固定长度的40 bit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（Traffic class）: 确定数据流中各分组的优先级。Flow Label: 标识不同“flow”中的分组，以便按各自的“需求” 进行处理。Next header: 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。 verTotal lengthdata (可变长度,一般为一个 TCP 或UD

19、P 数据段)16-bit identifierInternet checksumtime tolive32 bit source IP addresshead.lentype ofserviceflgsfragment offsetupper layer32 bit destination IP addressOptions (if any)1 不支持分组的分割。不支持分组的分割。2 校验和。校验和。3 可选项。可选项。从IPv4向IPv6迁移n采用 “易帜日”的办法；n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：两种建议的途径：双栈(Dual Stac

20、k)：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(Dual Stack)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？如何影响下一代互联网？ nIPv6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。 n移动通信行业将是IPv6最早和最大

21、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。nIPv6在中国在中国n 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n 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

22、本、中国及澳大利亚。 5.3 ARP协议和RARP协议nAddress Resolution ProtocalnReverse Address Resolution ProtocalnARP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？n或者说，为何要进行地址映射？nAnswer：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nARP将一个已知的IP地址

23、映射到MAC地址。n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。nARP只能用于具有广播能力的网络。只能用于具有广播能力的网络。AC我需要我需要10.0.0.5的的MAC地址地址IP = 10.0.0.5 IP = 10.0.0.5 MAC = ?MAC = ? 我就是，这是我就是，这是我的我的MAC地址！地址！IP = 10.0.0.5IP = 10.0.0.5MAC = 08-00-00-20-2C-0AMAC = 08-00-00-

24、20-2C-0AB10.0.0.110.0.0.510.0.0.2 ARP操作的例子：A想知道10.0.0.5的MAC地址5.4.5 ARP与IP的交互例子：由R对A到B的数据包进行路由的过程ARB在LAN1中，所有的主机都具有111.111.111.xxx的IP地址形式。LAN2中的所有主机都具有222.222.222.xxx的IP地址形式。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？n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）。n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！n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。nLAN1上的路由器接口收到了发给它的数据帧后，将