计算机网络网络层

1、计算机网络第 4 章 网络层第 4 章 网络层 4.1 网络层提供的两种服务4.2 网际协议 IP4.3 划分子网和构造超网4.4 网际控制报文协议 ICMP4.5 因特网的路由选择协议4.6 IP 多播4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT 4.1 网络层提供的两种服务 n面向连接：虚电路（Virtual Circuit）n源节点和目的节点在进行数据传输之前必须建立连接 ，即建立一条虚电路，以保证双方通信所需的一切网络资源。n无连接：数据报（datagram）n无需先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号），每个报文携带目的节点完整的地址

2、信息，网络中交换机接收到数据报时都能根据数据报中目的节点地址来决定如何到达目的节点。应用层运输层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据链路层物理层虚电路服务H1 H2虚电路H1 发送给 H2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送三个过程n建立虚电路nPVCnSVCn信令协议n数据传输n删除虚电路实例交换机虚电路表课件制作人：谢希仁应用层运输层网络层数据链路层物理层应用层运输层网络层数据链路层物理层数据报服务H1 H2IP 数据报丢失H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送实例交换机2的转发表 虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信

3、应当由网络来保证可靠通信由用户主机来保证可靠通信由用户主机来保证连接的建立必须有必须有不需要不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转每个分组独立选择路由进行转发发虚电路表需要需要不需要不需要路由表需要需要需要需要当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，出故障的结点可能会丢失分组，

4、一些路由可能会发生变化一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责，也可以由可以由网络负责，也可以由用户主机负责用户主机负责由用户主机负责由用户主机负责QoS保证容易保证容易保证不容易保证不容易保证4.2 网际层的 IP 协议及配套协议各种应用层协议 网络接口层(HTTP, FTP, SMTP 等)物理硬件运输层TCP, UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层（网际层）IGMPn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：互连在一起的网络要

5、进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：n不同的寻址方案不同的寻址方案n不同的最大分组长度不同的最大分组长度n不同的网络接入机制不同的网络接入机制n不同的超时控制不同的超时控制n不同的差错恢复方法不同的差错恢复方法n不同的状态报告方法不同的状态报告方法n不同的路由选择技术不同的路由选择技术n不同的用户接入控制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）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不同的管理与控制方式 4.2.1 虚拟互连网络 网络互联设备 交换机 链路层 物理层 网络层 传输层 H1 H2 路由器 应用层 链路层 物理层 链路层 物理层 网络层 链路

6、层 物理层 网络层 传输层 应用层 物理层 集线器 集线器、交换机和路由器的比较 TCP/IP协议栈的两大边界 OS 外部空间 OS 内部空间 使用物理地址 使用 IP 地址 应用层 传输层 互联网层 网络接口层 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 虚拟互连网络（互联网）5432154321主机H1 主机 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分组在互联网中的传送 课件制作人：谢希仁从网络层

7、看 IP 数据报的传送 n如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层中传送。网络层网络层网络层网络层网络层网络层网络层IP 数据报H1R1R2R3R4R5H2ISO/OSI与TCP/IP网络互联nISO/OSIn转换（translation）n例子：因特网与X.400邮件网关nTCP/IPn覆盖（Overlay）n例子：IP over everything固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 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）位首部长度数 据 部 分数

8、据 部 分首 部IP 数据报首部发送在前4.2.5 IP 数据报的格式 可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 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）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分可变部分区 分 服 务发送在前首部0481

9、6192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本占 4 位，指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)区 分 服 务IP 数据报首部的固定部分中的各字段 首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4

10、 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分区分服务占 8 位，用来获得更好的服务在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直未被使用过。1998 年这个字段改名为区分服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检

11、验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占 16 位，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。 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification) 占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。 区 分 服 务首部04816192431版 本标

12、志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(flag) 占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF (Dont Fragment) 。只有当 DF 0 时才允许分片。 首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长

13、 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(13 位)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。区 分 服 务报文长度共 3820 字节偏移 = 0/8= 0140027991399需分片的数据报首部首部 1首部 2字节 0总长：1420偏移 = 1400/8 = 175偏移 = 2800/8 = 350数据报片 1数据报片 2数据报片 328003799首部 3379914002800字节 0【例4-1】 IP 数据报分片数据报总长：3820B, 分片长度不超过1420，请进行IP报文的分片数据部分共 3800 字节偏移 = 0/8

14、= 0MF=1 DF =0总长：1420总长：1020MF=1 DF =0MF=0 DF =0首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分生存时间(8 位)记为 TTL (Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分

15、固定部分可变部分协议(8 位)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程区 分 服 务运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部检验和(16 位)字段只检验数据报的首部不检验数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。 区 分 服 务发送端接收端16 位字

16、 116 位字 2置为全 0检验和16 位字 n16 位反码算术运算求和取反码数据报首部IP 数据报16 位检验和16 位字 116 位字 216 位检验和16 位字 n16 位反码算术运算求和16 位结果取反码数据部分若结果为 0, 则保留；否则，丢弃该数据报数据部分不参与检验和的计算n45 00 00 2enbe 55 00 00 n7a 11 51 acnde b7 7e e3nc0 a8 12 7a 04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）首部长度数 据 部 分区 分

17、 服 务IP头部示例表示表示32 bit 目的目的ip地址为地址为22表示表示32 bit 源源ip地址为地址为27 7a表示表示ttl值为值为122；11表示协议号为表示协议号为17的的udp协议；协议；51 ac表示表示16 bit首部检验和值；首部检验和值； 4表示表示ip版本号为版本号为ip第第4版；版；5表示首部长度为表示首部长度为5个个32 bit字长，即为字长，即为20字节；字节；00 2e表示表示ip总长度为总长度为46字节，其中字节，其中ip数据部分为数据部分为26字节。字节。 be 55表示标识符；表示标识符；00 00表示

18、表示3 bit标志及标志及13 bit片偏片偏移量；移量； IP头部校验码计算示例n发送方发送方n1）把检验和字段置为）把检验和字段置为0。 45 00 00 2e be 55 00 00 7a 11 00 00 -检验和置为检验和置为0 de b7 7e e3 c0 a8 12 7a n2）对整个首部中的每个）对整个首部中的每个16 bit进行二进制反码求和，进行二进制反码求和，求和值为求和值为3ae50【注意：二进制求出的和如果大于注意：二进制求出的和如果大于16位时所做的操作位时所做的操作,用和值用和值中高中高16位加上低位加上低16位的值作为最终的和值位的值作为最终的和值】 3+ae5

19、0=ae53n3）对和求反）对和求反 ffff-ae53=51ac,将校验码放置校验和字段。将校验码放置校验和字段。 n接收方接收方n1）对整个首部中的每个）对整个首部中的每个16 bit进行二进制反码求和。进行二进制反码求和。n2）对和求反，如果结果为）对和求反，如果结果为0，则校验正确，否则发生错误，则校验正确，否则发生错误，丢弃本分组丢弃本分组首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 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）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节区 分 服

20、务选项n安全（security）用于说明IP报文的安全程度。n严格路由（strict route）要求IP报文必须严格按给定的路径传送。n松散路由（loose route）要求IP报文在传送过程中必须按次序经过给定的路由器。n记录路由（record route）用于记录IP报文从源到目的所经过的所有路由器的IP地址。n时间戳（timestamp）用于记录IP报文经过每一个路由器时的时间。 4.2.2 分类的 IP 地址nIP地址格式n特殊IP地址n私有地址和NATIP地址格式课件制作人：谢希仁点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP

21、地址是 32 位 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 位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1 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数转换为十进制数互联网中的 IP 地址 BR1222.1

22、.3.3R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR1222.1.4.

23、2R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR122

24、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR1222.1

25、.4.1R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id互联网中的 IP 地址 BR1222.1.6.

26、2R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 BR1

27、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 BR12

28、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。 互联网中的 IP 地址 BR122

29、R3R2222.1.3.LAN3N3N222.1.6.N1LAN2LAN1互联网两个路由器直接相连的接口处，可指明也可不指明 IP 地址。如指明 IP 地址，则这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络” 。现在常不指明 IP 地址。特殊IP地址网络地址32位全0地址 网络号全0的地址直接广播地址受限广播地址环回地址特殊IP地址示例 常用的三类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 1

30、26 (27 2) 1 126 16,777,214 B 16,383(214 1) 128.1 191.255 65,534 C 2,097,151 (221 1) 192.0.1 223.255.255 254课件制作人：谢希仁4.2.6 IP 层转发分组的流程 n路由表结构n路由表表项内容n路由匹配规则n分组转发算法IP分组转发示例R1路由表R3路由表路由表表项n特定主机路由n前缀长度为32比特的路由表项。n网络前缀路由n前缀长度为131比特的路由表项。n缺省路由n前缀长度为0比特的路由表项。路由匹配规则（1）如果存在一条特定主机路由与IP报文的目的IP地址相匹配，那么首选这条路由。（2

31、）如果存在一条网络前缀路由与IP报文中的目的IP地址的网络前缀相匹配，那么选用这条路由,如果有多个前缀都匹配，选择最长前缀匹配。（3）在没有相匹配的特定主机路由或网络前缀路由时，如果存在缺省路由，那么可以采用缺省路由来转发IP报文。（4）如果前面几条都不成立，就宣告路由出错，并向IP报文的源端发送一条目的不可达ICMP差错报文。主机1路由表IP分组转发示例n同一个网络上的主机n不同网络上的主机分组转发算法 (1) 从数据报的首部提取目的主机的 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，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。(3) 若

32、路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把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，则把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，则把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。 网 网 4 网 3 网 目的主机所在的网络下一跳地址2

33、直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表链路 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） 4.2.3 IP 地址与硬件地址 TCP 报文应用层数据首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MAC 帧IP 数据报尾部首部 以太网 主机 1 主机 2 IP 地址： 物理地址：E1 IP 地址：202.19

34、7.12.2 物理地址：E2 R1的转发表 HA1HA5HA4HA3HA6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HA1HA5HA4HA3HA6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

35、HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动HA1HA5HA4HA3HA6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 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2

36、IP1IP2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 HA2M

37、AC 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 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 数据报路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主

38、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 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6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IP层抽象的互联网屏

39、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 4.2.4 地址解析协议 ARP 和逆地址解析协议 RARP IP 地址物理地址ARP物理地址IP 地址RARP课件制作人：谢希仁ARP的工作原理nARP高速缓存高速缓存n广播广播ARP请求分组请求分组n单播单播ARP响应分组响应分组ARP 响应AYXBZ主机主机 B 向向 A 发送发送ARP 响应分组响应分组 主机 A 广播发送ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求ARP 请求00-00-C0-15-AD-18我是我是

40、，硬件地址是，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18我想知道主机我想知道主机 的硬件地址的硬件地址我是我是 硬件地址是硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ00-00-C0-15-AD-18使用 ARP 的四种典型情况 n发送方：主机；目的地：本网络上的另一个主机。n发送方：主机；目的地：另一个网络上的一个主机。n发送方：路由器；目的地：到本网络上的一个主机。n发送方：路由器；目的地：另一个网络上的一个主机。报文格式 逆地址解析协议 RARP

41、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。 4.3 划分子网和构造超网1）划分子网2） 变长子网掩码VLSM3） 构成超网4） 无类地址CIDRn划分子网就是把一个较大的网络划分成几个较小的子网，而每个子网都有自己的子网地址。n减少广播扩散的范围，提高网络安全，也有利于对网络进行分层管理。n可以提高IP地址的利用率，n不增加路由表项目1）划分子网不划分子网和划分子网的IP地址 010145145.

42、13.7.563所有到网络 的分组均到达此路由器R1R3R2网络一个未划分子网的 B 类网络划分为三个子网后对外仍是一个网络 01014563子网 子网 子网 所有到达网络 的分组均到达此路由器网络145

43、.13.0.0R1R3R2具有三级层次结构的网络 子网掩码 145 . 13 .3 . 10两级 IP 地址子网号为 3 的网络的网络号三级 IP 地址主机号子网掩码net-idhost-id子网的网络地址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 00net-idsubnet-idhost-id145 . 13 .145 . 13 . 33 . 10(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-idhost-idsub

44、net-id子网号子网掩码子网的网络地址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-id0逐位进行 AND 运算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 00 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 11 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0ne

45、t-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类地址默认子网掩码host-id 为全 0host-id 为全 0默认子网掩码 【例4-2】已知 IP 地址是 4，子网掩码是 。试求网络地址。 (a) 点分十进制表示的点分十进制表示的 IP 地址地址141 . 14 . 72 . 241 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0(c) 子网掩码是子网掩码是 2

46、0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第地址的第 3 字节是二进制字节是二进制141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 . 0(d) IP 地址与子网掩码逐位相与地址与子网掩码逐位相与141 . 14 .64 . 0(e) 网络地址（点分十进制表示）网络地址（点分十进制表示）【例4-3】在上例中，若子网掩码改为。试求网络地址，讨论所得结果。 (a) 点分十进制表示的点分十进制表示的 IP 地址地址141 . 14 . 72 . 241 1 1 1 1 1 1 1 1

47、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0(c) 子网掩码是子网掩码是 0 0 0 0 0 0 0 00 1 0 0 1 0 0 0141 . 14 . 24(b) IP 地址的第地址的第 3 字节是二进制字节是二进制141 . 14 . 0 1 0 0 0 0 0 0 . 0(d) IP 地址与子网掩码逐位相与地址与子网掩码逐位相与141 . 14 .64 . 0(e) 网络地址（点分十进制表示）网络地址（点分十进制表示）不同的子网掩码得出相同的网络地址。但不同的掩码的效果是不同的。 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

48、部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“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，执行(4)。(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“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。0目的网络地址子网掩码下一跳12

49、282828接口 0接口 1R23H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 255.255.255

50、.02【例4-4】已知互联网和路由器 R1 中的路由表。主机 H1 向 H2 发送分组。试讨论 R1 收到 H1 向 H2 发送的分组后查找路由表的过程。 主机 H1 要发送分组给 H2 0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）3H1子网1： 网络地址 子网掩码 28128.30.33

51、.130R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H2380129H3子网3：网络地址 子网掩码 2要发送的分组的目的 IP 地址：38请注意：H1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知道 H2 的 IP 地址是38因此 H1 首先检查主机 38 是否连接在本网络上如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。

52、0目的网络地址子网掩码下一跳282828接口 0接口 1R2H1子网1： 网络地址 子网掩码 2830R11R2子网2：网络地址 28 子网掩码 28H2338029子网3：网络地址 子网掩码 主机

53、 H1 所在子网的网络地址为： 子网掩码为： 28将本子网与与分组 IP 地址 38 逐比特相“与”(AND 操作) 28 AND 38 的计算128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128 H1 的网络地址因此目的地址所在的网络地址为： 128. 30. 33.128因此 H1 必须把分组（38）传送到路由器 R1然后逐项查找路由表目的网络地址目的网络地址子网掩码子网掩码下一跳下一跳

54、282828接口接口 0接口接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）的路由表（未给出默认路由器）03H1子网子网1： 网络地址网络地址 子网掩码子网掩码 2830R11R2子网子网2：网络地址：网络地址 28 子网掩码子网掩码 28H2380129H3128.30

55、.36.2子网子网3：网络地址：网络地址 子网掩码子网掩码 2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 38 逐比特 AND 操作 0目的网络地址目的网络地址子网掩码子网掩码下一跳下一跳282828接口接口 0接口接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）的路由表（未给出默认路由器）3H1子

56、网子网1： 网络地址网络地址 子网掩码子网掩码 2830R11R2子网子网2：网络地址：网络地址 28 子网掩码子网掩码 28H2380129H3子网子网3：网络地址：网络地址 子网掩码子网掩码 228 AND 38 = 28不匹配不匹配!（因为（因为128.30.33.

57、128 与路由表中的与路由表中的 不一致）不一致）R1 收到的分组的目的收到的分组的目的 IP 地址：地址：38不一致不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 38 逐比特 AND 操作 0目的网络地址目的网络地址子网掩码子网掩码下一跳下一跳282828接口接口 0接口接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）的路由表（未给出默认路由器）12

58、3H1子网子网1： 网络地址网络地址 子网掩码子网掩码 2830R11R2子网子网2：网络地址：网络地址 28 子网掩码子网掩码 28H2380129H3子网子网3：网络地址：网络地址 子网掩码子网掩码 228 AND 38 = 28匹配匹配!这表明子网

59、这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络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：38一致一致!2) 变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask)定长子网掩码定长子网掩码：子网的掩码长度是相同，意味：子网的掩码长度是相同，意味着每个子网的规模是一样的，即容纳的主机数着每个子网的规模是一样的，即容纳的主机数目是相同的，这种划分子网的方式称为但是某目是相同的，这种划分子网的方式称为但是某些场合下，定长子网掩码方式不能解决问题。些场合下，定长子网掩码方式不能解决问题。变长子网掩码变长子网掩码：不同子网使用的

60、子网掩码长度：不同子网使用的子网掩码长度是不同的。是不同的。 VLSM Design exercise 1060121926IP: N.N.N. x x x x x x h hN.N.N. 0 0 0 1 0 1 h hN.N.N. 0 0 0 1 1 0 h hN.N.N. x x x x x x x x N.N.N. 0 0 0 0 0 1 h hN.N.N.4 /30N.N.N. 0 0 0 0 1 0 h hN.N.N.8 /30N.N.N. 0 0 0 0 1 1 h hN.N.N.12 /30N.N.N. 0 0 0 1 0 0 h