计算机网络教程(第二版) 教学 作者 谢希仁 CH7 网络互连

计算机网络教程（第2版）

第7章网络互连

1

多人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

第7章网络互连

7.1网络'互连概述

7.1.1路由器的作用和组成

7.1.2IP虚拟网

7.2因特网的网际协议IP

7.2.1分类的IP地址

7.2.2IP地址与硬件地址

7.2.3地址解析协议ARP和逆地址解析协议

RARP

7.2.4IP数据报的格式

7.2.5IP层处理数据报的流程

:人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

'POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

第7章网络互连（续）

7.3划分子网和构造超网

7.3.1划分子网

7.3.2使用子网时分组的转发

7.3.3无分类编址CIDR（构造超网）

7.4因特网控制报文协议ICMP

7.5因特网的路由选择协议

7.5.1有关路由选择协议的几个基本概念

7.5.2内部网关协议RIP

7.5.3内部网关协议OSPF

7.5.4外部网关协议BGP

3

售人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教学配套课件

，■第7章网络互连(续)

JI~-

7.6因特网组中的多播

7.6.1IP多播的基本概念

7.6.2因特网组管理协议IGMP

7.6.3多播路由选择

7.7虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT

7.7.1虚拟专用网VPN

7.7.2网络地址转换NAT

7.8下一代的网际协议IPv6(IPng)

7.8.1解决IP地址耗尽的措施

7.8.2IPv6的基本首部

7.8.3IPv6的编址

7.8.4从IPv4向IPv6过渡

7.8.5ICMPv6

4

?人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教学配套课件

7.1网络互连概述

7.1.1路由器的作用和组成

■当主机A要向另一个主机B发送数据报时，

先要检查目的主机B是否与源主机A连接在

同一个网络上。

■如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而

不需要通过路由器。

■但如果目的主机与源主机A不是连接在同一个

网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个

路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将

数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交

彳寸。5

多人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

直接交付和间接交付

直接交付不需要使用路由器

但间接交付就必须使用路由器

6

课件制作人：谢希仁

原版教学配套课件

】典型的路由器的结构

・路由选择处理机

，二暴露路层

1——物理层路由表I选择

1

输入端口__________________输出端口n

■T3｝卜2Hl卜>

分组处理

输入/,口转发表

二分组

输出端口妻发

-卜口AaA3TA交换结构T3卜^"Hr>，

1F7

缪■嬲擦课件制作人：谢希仁

《“转发和潞由选择”的区别

■“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用

户的IP数据报从合适的端口转发出去。

■“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根

据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化

情况，动态地改变所选择的路由。

■路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表

是从路由表得出的。

■在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发

表和路由表的区别，

8

?人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

/POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

输入端口对线路上

收到的分组的处理

-数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到

网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定

的时延。

输入端口的处理

从

线

交

路

换

接

结

收

构

分

组

多人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

POSTS&TELECOMPRESS|

原版教学配套课件

输出端口将交换结构传送

来的分组发送到线路

■当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据

链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾

部，交给物理层后发送到外部线路。

输出端口的处理

向

线

交

路

换

发

送

结

分

构

组

W

多人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

:POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

分组丢弃

■若路由器处理分组的速率赶不上分组进入

队列的速率，则队列的可用存储空间最终

必定减少到零，这就使后面再进入队列的

分组由于没有存储空间而只能被丢弃。

-路由器中的输入或输出队列产生溢出是造

成分组丢失的重要原因。

11

?人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教学配套课件

7.1.2IP虚拟网

■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：不同的寻址方案;

不同的最大分组长度不同的网络接入机

制；不同的超时控制；不同的差错恢复方

法；不同的状态报告方法；不同的路由选

择技术；不同的用户接入控制；不同的服

务（面向连接服务和无连接服务）；不同

的管理与控制方式；等等。

12

殄人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

(a)互连网络(b)虚拟互连网络

课件制作人：谢希仁

原版教学配套课件

虚拟互连网络的意义

■所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的

意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本

来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可

以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是

一个统一的网络。

■使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网。

■使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主

机进行通信时，就好像在一个网络上通信一

样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。

14

?人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教学配套课件

、7.2因特网的网际协议IP

品示协议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：

■地址解析协议ARP

(AddressResolutionProtocol)

■逆地址解析协议RARP

(ReverseAddressResolutionProtocol)

-因特网控制报文协议ICMP

(InternetControlMessageProtocol)

■因特网组管理协议IGMP

簪metGroupManagementProtocop件制作人：谢希］

多人民邮电出版社

POSTS&TELECOMPRESS|

原版教学配套课件

网际协议IP及其配套协议

各种应用层协议

应用层

(TELNET,FTP,SMTP等)

运输层TCP,UDP

ICMPIGMP

网际层IP

RARPARP

网络接口层与各种网络接口

物理硬件

16

课件制作人：谢希仁

原版教学配套课件

7.2.1分类的IP地址

LIP地址及其表示方法

■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

界范围是唯一的32位的标识符。

■IP地址现在由因特网名字与号码指派公司

ICANN(InternetCorporationforAssigned

NamesandNumbers)进彳亍分酉己

17

售人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教学配套课件

IP地址的编址方法

!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。

■子网的划分。这是对最基本的编址方法的

改进，其标准［RFC950］在1985年通过。

■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。

18

多人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

分类的IP地址

■每一类地址都由两个固定长度的字段组

成，其中一个字段是网络号net-id,它标

志主机（或路由器）所连接到的网络，而

另一个字段则是主机号host-id,它标志该

主机（或路由器）。

■两级的IP地址可以记为:

IP地址：：={v网络号耳v主机号,}(7-1)

代表“定义为”19

殄人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

个PCJiSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址0：

<-net-id-----><---------------------host-id----------------------------->

8位24位

类地址10：

B1

V------------net-idhost-id

16位16位

类地址

C1101：

net-idhost-id-]

24位8位

D类地址1110；多播地址

E类地址11111保留为今后使用

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址0；

net-idhost-id

8位24位

B类地址的网络号字段net-id为2

E类地址11111保留为今后使用

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址叵

<-net-id-----4*---------------------host-id

8位24位

E类地址保留为今后使用

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

E类地址1111；保留为今后使用

24

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址0；

<-net-idhost-id

E类地址11111保留为今后使用

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址0]

<-net-id-----4*---------------------host-id

8位24位

E类地址11111保留为今后使用

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址叵

<-net-id-----4*---------------------host-id

8位24位

E类地址保留为今后使用

原版教学配套课件

IP地址中的网络号字段和主机号字段

A类地址0；

net-idhost-id

8位24位

B类地址10；

C类地址

D类地址

E类地址

原版教学配套课件

路由器转发分组的步骤

■先按所要找的IP地址中的网络号net-id

把目的网络找到。

■当分组到达目的网络后，再利用主机号

host-id将数据报直接交付给目的主机。

■按照整数字节划分net-id字段和host-id

字段，就可以使路由器在收到一个分组时

能够更快地将地址中的网络号提取出来。

29

售人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教学配套课件

点分十进制记法

机器中存放的IP地址

是32位二进制代码10000000000010110000001100011111

每隔8位插入一个空格

-10000000000010110000001100011111

能够提高可读性k________)\________/I1\_____________)

将每8位的二进制数

转换为十进制数

采用点分十进制记法

则进一步提高可读性

30

多人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教学配套课件

2.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

A126(27-2)112616,777,214

B16,383(214-1)128.1191.25565,534

C2,097,151192.0.1223.255.255254

(221—1)

31

?人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教学配套课件

IP地址的一些重要特点

(1)IP地址是一种分等级的地址结构。分两个等级

的好处是：

■第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网

络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位

自行分配。这样就方便了IP地址的管理。

■第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来

转发分组(而不考虑目的主机号)，这样就可以

使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路

由表所占的存储空间。

32

售人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教学配套课件

IP地址的一些重要特点

(2)实际上IP地址是标志“一个主机(或路由器)

和一条链路的接口”。

■当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就

必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号

net-id必须是不同的。这种主机称为多归属主机

(multihomedhost)。

■由于一个路由器至少应当连接到两个网络(这样

它才能将IP数据报从一个网络转发到另一个网

络)，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP

地址。

33

课件制作人：谢希仁

您糖照例原版教学配套课件

IP地址的一些重要特点

⑶用转发器或网桥连接起来的若干个局域网

仍为一个网络，因此这些局域网都具有同

样的网络号net-ido

⑷所有分配到网络号net-id的网络，范围很

小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围

的广域网，都是平等的。

34

售人民邮电出版社课件制作人：谢希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教学配套课件

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-id1.3

,—广

LAN1—1-------TT

222.1.1.…

3凡。I

LAN3222.1.5.

222.1.3i

222.1.3.

N3222.1.6.LAN2

222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

上a

222.1.4.R2

o—I

\222.1.3,2B

互联网

I35

原版教学配套课件

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-id1.3

,广

LAN1—1------TT

222.1.1.…

凡。I

LAN3222.1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

N3222.1.6.LAN2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2产」25

o—I

\222.1.3,2B

互联网

I36

原版教学配套课件

互联网中的IP地址

口

n—I°

LAN]

222.1.1..1.1.4

LAN

22士2.1.3i3

222.1.3.在同一个局域网上的主机或路由器的1

1IP地址中的网络号必须是一样的。

222.1图中的网络号就是IP地址中的net-id

产2J25

\222.1.3,2B

互联网

n37

原版教学配套课件

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

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

a

R3222.1.4.R2产」25

o—I

\222.1.3,2B

|2227l72.4|2

nn

I-」

_____---------------------------->

原版教学配套课件

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。

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。X

LAN3222.15

22士2.1.3i^

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

R3222.1.4.R2产」25

o—I

\222.1.3,2B

互联网

39

原版教学配套课件

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。

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2上产125

o—I

\222.1.3,2B

互联网

I40

原版教学配套课件

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。

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2产」25

o—I

\222.1.3,2B

互联网

I41

原版教学配套课件

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”O现在常不指明

IP地址。

222.1.1.…9

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2产」25

o—I

\222.1.3,2B

互联网

I42

原版教学配套课件

7.2.2IP地址与硬件地址

43

课件制作人：谢希仁

原版教学配套课件

杳找路由走杏母改出美

通信的路径

H〔T经过R1转发T再经过R2转发T4

44

原版教学配套课件

主机H〔从协议栈的层次上看数据的流动主机H2

IPi|

硬件地址J

|Ri

HA局域网局域网HA

1HA3HA4局域网2

主机主机H2

/~

路由器RI路由器R

R41P262

R-IP2二>

IP4IP6A

IP层上的止联网I1

HAqHA4HA5

从HA1至ijHA3=>从HA4到HA5=>从HA6到HA2二>

MAC帧

MAC帧MAC帧45

原版教学配套课件

主机H〔从虚拟的IP层上看IP数据报的流动主机也

IP

i|硬件地IP

|Ri2

HAl局域网HA局域网HA

3HA4局域网2

主机H〔主机”

/

路由器_________路由器R2

PTH二＞上』PtH二>

IP1IP24

田

5IP6

IP层上的互联网I1

HAHA

HA146

从HA1至ijHA3=>从HA4到HA5=>从HA6到HA2二>

MAC帧

MAC帧MAC帧46

原版教学配套课件

主机H〔在链路上看MAC帧的流动主机也

IPi|硬件地殂

Ri

HA局域网局域网

1“A3HA4局域网

主机H〔主机”

/

路由器_________路由器R2

R41P2匕＞

RTIP2二＞R-IP2二＞

IP1IP24

IP4IP6

IP层上的互联网|1

HAHA

HA1JHA342

＞n

从HA1至ijHA3从HA4到HA5=＞从HA6到HA2二＞

MAC帧

MAC帧MAC帧47

原版教学配套课件

在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报

图中的IP1TIP2表示从源地址IP1到目的地址尸2

两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中

主机H1r--------------Y主机H2

」IP数据报尸

路由器R.________路由器R2

—/IR口「2冷一1

己iPi-IP2RIP1->IP2R-

%IP："IP6L

—j耳层上的互联叫乂_______「

HAJHA

1Z3IHA4HA51HA6H

L——I尸Tr

从HA1至ijHA3。从HA4至IJHA5匕>从认至IJHA20

MAC帧MAC帧MAC帧4

原版教学配套课件

路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择

主机H1r--------------Y主机H2

」IP数据报尸

路由器R.________路由器R2

IP]~~，匕人

，IP5―IP6—

Y方层上的互联码乂—一

性

HAJJItA4HA5^[7^6HA2J

从HA1至IJHA3[=>从HA4至IJHA5匕＞从认至IJHA2

MAC帧

MAC帧MAC帧49

原版教学配套课件

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

主机心

主机H1r--------------.

Z—//IP数据报一^

---------

路由器R.________路由器R2

，匕人

。IP5―IP6—

Y方层上的互联码乂—一

性

HAJJItA4HA5^[7^6HA2J

从HA1至IJHA3|=>从HA4至IJHA5匕＞从认至IJHA2匕＞

MAC帧

MAC帧MAC帧50

原版教学配套课件

IP层抽象的互联网屏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

主机主机”

/~

____/•

路由器_________路由器R2

RTIP二>

2IP1->IP2p

IP14

IP4%IP6

IP层上的互联网|1

HA

HA14

从HA至ijHA=>HAgi]p从HA到HA二>

134HA562

MAC帧

MAC帧MAC帧51

原版教学配套课件

7.2.3地址解析