《计算机网络教程（第7版微课版）》课件 第4章 网络层

工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》ATextbookonComputerNetworks网络层概述1.分组转发和路由选择123首部中的转发标识转发标识输出接口X1Y2……转发表路由选择网络层的主要任务就是将分组从源主机传送到目的主机，可以将该任务细分为网络层的两种重要的功能:分组转发路由选择Y控制平面数据平面1.分组转发和路由选择123首部中的转发标识转发标识输出接口X1Y2……转发表路由选择路由器负责将该分组转发到适当的输出链路分组首部包含转发标识路由器中有一个转发表，指出了转发标识对应的输出接口转发标识的形式取决于具体的网络层协议Y控制平面数据平面1.分组转发和路由选择123首部中的转发标识转发标识输出接口X1Y2……转发表路由选择路由选择决定分组转发的路径路由选择的结果就是生成供分组转发使用的转发表路由选择可以是集中式的，也可以是分布式的分布式自动路由选择要求在每台路由器上运行路由选择协议Y控制平面数据平面1.分组转发和路由选择123首部中的转发标识转发标识输出接口X1Y2……转发表路由选择网络层在逻辑上可以分解为两个互相作用的部分：数据平面和控制平面分组转发直接作用于传输的数据，属于数据平面路由选择是用来控制路由器的转发决策，属于控制平面Y控制平面数据平面2.网络层提供的两种服务网络层可以为用户提供面向连接的服务，也可以提供无连接的服务，但在迄今为止的所有主要的计算机网络体系结构中，网络层或提供主机到主机的无连接服务或提供主机到主机的面向连接服务，而不同时提供这两种服务：在网络层提供面向连接服务的计算机网络被称为虚电路网络（Virtual-CircuitNetwork）而在网络层提供无连接服务的计算机网络被称为数据报网络（DatagramNetwork）2.网络层提供的两种服务在计算机网络领域，网络层应该向传输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？虚电路网络——借鉴电信网的成功经验：让网络负责可靠交付面向连接的通信方式建立虚电路(VirtualCircuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错按序到达终点。虚电路服务应用层传输层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H1虚电路H1发送给H2的所有分组都沿着同一条虚电路传送，分组的首部不需要填写完整的目的主机地址，而只需要填写这条虚电路的编号H2虚电路是逻辑连接虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。请注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的物理连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。互联网仅提供数据报服务网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力(BestEffort)交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。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）。网络层不提供服务质量(QualityofService,QoS)的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序，当然也不保证分组传送的时限。互联网的设计思路互联网端到端原则由于网络不提供端到端的可靠传输服务，网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。端到端的可靠通信，由网络边缘主机中的传输层负责。端到端原则：将复杂的网络处理功能置于互联网边缘，而将相对简单的尽最大努力的分组交付功能置于互联网核心。好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。数据报服务丢失应用层传输层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H1H1向H2发送的分组各自独立地选择路由，并且在传送的过程中还可能丢失。每个分组中携带目的主机完整的地址信息。H2对比的方面虚电路服务数据报服务基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现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基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现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基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现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基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现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基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现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基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现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基本设计思想可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号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按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，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到达终点时不一定按发送顺序服务质量保证可以将通信资源提前分配给每一个虚电路，因此容易实现较难实现虚电路服务与数据报服务的对比3.虚电路网络互联网是一个数据报网络，然而，许多其他网络体系结构包括ATM、帧中继和X.25都是虚电路网络，它们在网络层使用连接，即虚电路（VirtualCircuit，VC）。H1H4H2H31R1R2R3R4R5R6VC:213VC:10VC:12VC:5VC:22VC:12VC:31VC:1523.虚电路网络一条虚电路的组成如下：源和目的主机之间的路径（即一系列链路和路由器）；虚电路(VC)号，沿着该路径的每段链路一个号码；沿着该路径的每台路由器（即虚电路交换机，这里我们统一使用路由器这一名称）中的转发表表项。H1H4H2H31R1R2R3R4R5R6VC:213VC:10VC:12VC:5VC:22VC:12VC:31VC:1523.虚电路网络属于一条虚电路的分组将在它的首部中携带一个VC号。一条虚电路在每段链路上可能具有不同的VC号。中间路由器在转发分组时必须用一个新的VC号替代原来的VC号，该新的VC号从转发表获得。H1H4H2H31R1R2R3R4R5R6VC:213VC:10VC:12VC:5VC:22VC:12VC:31VC:152虚电路路由器的转发表中间路由器在转发分组时必须用一个新的VC号替代原来的VC号，新的VC号从转发表获得。入接口入VC出接口出VC122312110221…………H1H4H2H31R1R2R3R4R5R6VC:213VC:10VC:12VC:5VC:22VC:12VC:31VC:1522110R3的转发表逐段链路独立的VC号为什么一个分组沿着其路由在每段链路上不能保持相同的VC号？逐段链路的VC号减少了在分组首部VC号字段的长度；通过允许沿着该虚电路路径每段链路有一个不同的VC号，大大简化了虚电路的建立。H1H4H2H31R1R2R3R4R5R6VC:213VC:10VC:12VC:5VC:22VC:12VC:31VC:152逐段链路独立的VC号如果沿着某路径的所有链路要求一个共同的VC号的话，路由器（不仅仅是路径上的路由器）将不得不交换并处理大量的报文，以认可一个共同的VC号可用于这次连接（该号码不能已被任何路由器的任何其他虚电路正在使用）。不同链路上不同虚电路的VC号是可以重复的，因为它们是完全独立的。H1H4H2H31R1R2R3R4R5R6VC:213VC:10VC:12VC:5VC:22VC:12VC:31VC:152虚电路网络中的通信的三个阶段虚电路建立

确定发送方与接收方之间的路径，并沿着该路径的每条链路决定一个VC号，在沿着路径的每台路由器的转发表中增加一个表项。还可以预留虚电路路径上的资源（如带宽等）。数据传送一旦创建了虚电路，分组就可以开始沿该虚电路传送了。虚电路拆除当发送方（或接收方）通知网络层它想终止该虚电路时，就启动这个阶段。此时网络层将通知网络另一侧的端系统结束呼叫，并更新路径上每台路由器中的转发表以表明该虚电路已不存在了。数据报与虚电路数据报网络在互联网中取得了巨大的成功，但作为互联网底层网络的很多广域分组交换网却都是虚电路网络，例如，曾经的X.25和逐渐过时的帧中继（FrameRelay，FR）、异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）。特别是随着互联网多媒体应用需求的迅速增长，人们越来越来关注如何让网络提供更好的服务质量，并且把目光再次投向了虚电路技术。例如，目前在互联网核心骨干网中广泛应用的多协议标签交换（MultiprotocolLabelSwitching，MPLS）技术就是将虚电路的一些特点与数据报的灵活性和健壮性进行了结合。工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》人民邮电出版社ATextbookonComputerNetworks异构网络互连陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩异构网络互连的复杂性异构网络互连有许多问题需要解决，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服务（面向连接服务和无连接服务）不同的管理与控制方式异构网络互连因为用户的需求是多种多样的，没有一种单一的网络能够适应所有用户的需求。另外，网络技术是不断发展的，网络的制造厂家也要经常推出新的网络，以在竞争中求生存。因此在市场上总是有很多种不同性能、不同网络协议的网络，供不同的用户选用。为什么需要异构网络互连？网络互相连接的中间设备中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统物理层中继系统：转发器(repeater)01网络层中继系统：路由器(router)03数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)02网络层以上的中继系统：网关(gateway)

04网络互相连接的中间设备物理层中继系统：转发器(repeater)01网络层中继系统：路由器(router)03数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)02网络层以上的中继系统：网关(gateway)

04当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，仍然是一个物理网络。网络互相连接的中间设备物理层中继系统：转发器(repeater)01网络层中继系统：路由器(router)03数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)02网络层以上的中继系统：网关(gateway)

04在高层进行协议转换的网关由于比较复杂，使用得较少。一般互连网络都是指用路由器进行互连的网络。网络互相连接的中间设备物理层中继系统：转发器(repeater)01网络层中继系统：路由器(router)03数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)02网络层以上的中继系统：网关(gateway)

04由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。路由器互连异构网络网络

网络接口层接口层应用层传输层网络层网络接口层主机A主机B路由器网络

2网络

1应用层传输层网络层网络接口层4321不同的物理网络使用不同的物理地址和不同的分组结构异构网络网络层使用统一的IP协议和IP地址也称为互联网层或IP层路由器互连异构网络应用层传输层网络层网络接口层主机A主机B路由器网络

2网络

1应用层传输层网络层网络接口层4321异构网络网络层网络

网络接口层接口层网络层使用IP协议进行分组的转发路由器互连异构网络路由器主机和路由器都要运行IP协议并有IP地址A

B主机A主机BIP分组携带IP地址5432154321主机H1

主机H2R1R4R5R2R3R1R2R3H1R5H2R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付3221132211322113221132211分组在互联网中的传送互连网络与虚拟互连网络网络网络网络网络网络互连的计算机网络虚拟的IP网路由器虚拟的IP网（互连网络）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)物理硬件传输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层IGMP互联网协议（InternetProtocol，IP）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；逆地址解析协议RARP；互联网控制报文协议ICMP；互联网组管理协议IGMP。THANKS海量图书方便查询免费申请样书下载配套资源优惠购书成为作者更多样书申请和资源下载需求，请登录人邮教育社区（)囊括各大品类，您想要的应有尽有教师免费申请样书，我们将安排快递迅速送达教学视频、PPT课件、教学案例、习题答案、模拟试卷等丰富资源免费下载教师可以申请最低折扣学生直接优惠购买图书欢迎写文章／投稿，我们强大的编辑团队将为您提供专业和高效的编辑出版服务工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》人民邮电出版社ATextbookonComputerNetworksIP地址及编址方式陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩IP地址的表示IP地址是一个32位的标识符。10000000000010110000001100011111100000000000101100000011000111111128

11331点分十进制记法IP地址的编址32位的IP地址：网络号用来标识主机所连接的网络主机号用来标识连接在这个网络中的不同主机主机号网络号由多个互连的网络组成的互连网网络网络网络网络路由器32位IP地址中网络号主机号应各占多少位呢？有多个IP地址1.分类编址host-id24位A类地址net-id8位0host-id16位B类地址C类地址host-id8位net-id24位011D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

1net-id16位01B类A类地址空间太大，而C类又太小，地址空间浪费很大!2.划分子网为了充分利用A类和B类地址空间从主机号借用若干位作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少了若干位。划分子网后IP地址就变成了三级结构：子网号网络号主机号3.无分类编址CIDR采用划分子网方法仍然有大量C类地址块由于容纳主机数太少而无法被充分利用。构成超网：将多个C类地址块合起来形成一个更大的地址块分配给某个网络。无分类编址方式：无分类域间路由选择CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。3.无分类编址CIDR无分类的两级编址：用不定长的网络前缀来替代原来的网络号，唯一标识互连网中的某个网络主机号全为0的地址为该网络的IP地址网络前缀主机号给定一个IP地址如何知道它的网络前缀？地址掩码/子网掩码在分类编址中，给定一个IP地址，就确定了它的网络号和主机号。01OPTION02OPTION但无分类编址网络前缀不定长，IP地址本身并不能确定其网络前缀和主机号。03OPTION需要一个与IP地址配合使用的地址掩码来确定IP地址中的网络前缀。04OPTIONCIDR虽然不再使用子网，但人们仍然习惯使用“子网掩码”这一名词。地址掩码/子网掩码32位的子网掩码由前面连续的若干个1和后面连续的0组成，1的个数就是对应IP地址网络前缀的长度。11001000000101110001000000000011网络前缀主机号11111111111111111111111000000000子网掩码：CIDR斜线记法：/23地址掩码/子网掩码32位的子网掩码由前面连续的若干个1和后面连续的0组成，1的个数就是对应IP地址网络前缀的长度。11111111111111111111111000000000子网掩码：11001000000101110001000000000011IP地址：按位与11001000000101110001000000000000/23网络地址：CIDR记法：地址掩码/子网掩码32位的子网掩码由前面连续的若干个1和后面连续的0组成，1的个数就是对应IP地址网络前缀的长度。11111111111111111111111100000000子网掩码：11001000000101110001000000000011IP地址：按位与11001000000101110001000000000000网络地址：/24CIDR记法：单用一个IP地址是不能准确标识一个网络的！地址掩码/子网掩码子网掩码是一个网络的重要属性在每个主机的网络连接属性中不仅要配置主机的IP地址，还要配置所在网络的子网掩码仅用一个IP地址不能准确标识一个网络，一定要与其子网掩码配对使用01PRAT02PRAT03PRATCIDR地址块网络前缀不仅可以用来标识一个网络，还可以用来标识一个地址块。该地址块可以用其网络前缀的CIDR记法来表示网络前缀都相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块，每块中的地址个数是2的乘方。CIDR地址块/20表示的地址块（212个地址）1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

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00101111111111001000000000001110

00101111111111011000000000001110

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所有地址的20位前缀都是一样的最小地址最大地址55无分类编址CIDR的要点IP地址由不定长的网络前缀和主机号组成子网掩码是一个网络的重要属性，一个IP地址的网络前缀，由该地址及其子网掩码共同确定网络前缀的CIDR记法可以用来标识一个网络或一个CIDR地址块1234.特殊的IP地址网络前缀主机号源地址使用目的地址使用代表的意思全0全0可以不可在本网络上的本主机全0host-id可以不可在本网络上的某个主机host-id全1全1不可可以只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）net-id全1不可可以对net-id上的所有主机进行定向广播net-id全0不可不可网络地址，用于标识网络前缀为net-id的网络127非全0全1可以可以用作本地软件环回测试之用D类和E类地址仍然用于特殊目的不能分配给主机。D类地址为多播地址，只能作为目的地址使用。而E类地址为保留地址，供日后使用。4.特殊的IP地址网络前缀主机号源地址使用目的地址使用代表的意思全0全0可以不可在本网络上的本主机全0host-id可以不可在本网络上的某个主机host-id全1全1不可可以只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）net-id全1不可可以对net-id上的所有主机进行定向广播net-id全0不可不可网络地址，用于标识网络前缀为net-id的网络127非全0全1可以可以用作本地软件环回测试之用网络前缀和主机号全为0或全为1的地址也不能分配给主机。通常全0表示“这个（this）”，而全1往往表示“所有的（all）”。4.特殊的IP地址网络前缀主机号源地址使用目的地址使用代表的意思全0全0可以不可在本网络上的本主机全0host-id可以不可在本网络上的某个主机host-id全1全1不可可以只在本网络上进行广播（各路由器均不转发）net-id全1不可可以对net-id上的所有主机进行定向广播net-id全0不可不可网络地址，用于标识网络前缀为net-id的网络127非全0全1可以可以用作本地软件环回测试之用网络前缀为127（即01111111）的地址保留作为环回测试地址，用于本主机进程之间的通信。31位网络前缀2000年，RFC3021（建议标准）提出了一种仅用于点对点链路的31位网络前缀。为了节省IP地址资源，对于点对点链路（例如，使用PPP协议的串行线路），可以使用“/31”网络前缀（该网络仅有两个IP地址），主机号为0或1的IP地址可以指派给点对点链路两端的路由器接口。在这个使用“/31”网络前缀的特殊网络上不支持定向广播，即主机号为全1的IP地址不再表示该网络的广播地址。课件制作人：谢钧谢希仁互联网中的IP地址由路由器互连起来的每个网络有一个唯一的网络前缀（由IP地址和子网掩码共同确定）。主机号为全0的IP地址常表示该网络的网络地址。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址各网络的子网掩码可以不同，即网络前缀的长度可以不同，因此各自的地址空间大小也不相同。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址连接在同一个网络上的主机或路由器的IP地址的网络前缀必须与该网络的网络前缀一样。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址IP地址实际上标志的是一个主机（或路由器）和一条链路的接口。路由器一般都有多个IP地址。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址主机号全为0和全为1的IP地址有特殊用途，不能分配给主机或路由器使用。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址用网桥（它只在链路层工作）互连的网段仍然是一个网络，只能有一个网络地址或网络前缀。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址当两个路由器直接相连时（例如通过一条租用线路），在连线两端的接口处，可以分配也可以不分配IP地址。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址对于点对点链路，过去最常用的方法是使用“/30”网络前缀，但这样就需要占用4个IP地址，会浪费一半地址空间。B/24R1/230R3R2/24LAN3N2N1/30/30/30N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址为了节省IP地址资源，新的规定可以使用“/31”仅用于点对点链路的31位网络前缀。B/24R1/23R3R2/24LAN3N2N1/31/31/31N3LAN2LAN1互联网互联网中的IP地址为了节省IP地址资源，对于点对点链路，常常不分配IP地址，叫作无编号网络或匿名网络。B/24R1/23R3R2/24LAN3N2N1无编号网络无编号网络无编号网络N3LAN2LAN1互联网将/24划分为3个CIDR地址块，其中一个地址块的大小是另外两个地址块大小之和，请给出每个地址块的CIDR记法、对应的掩码及地址范围。习题IP地址及编址方式陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩THANKS海量图书方便查询免费申请样书下载配套资源优惠购书成为作者更多样书申请和资源下载需求，请登录人邮教育社区（)囊括各大品类，您想要的应有尽有教师免费申请样书，我们将安排快递迅速送达教学视频、PPT课件、教学案例、习题答案、模拟试卷等丰富资源免费下载教师可以申请最低折扣学生直接优惠购买图书欢迎写文章／投稿，我们强大的编辑团队将为您提供专业和高效的编辑出版服务工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》人民邮电出版社ATextbookonComputerNetworksIP地址的分配陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩IP地址的分配IP地址现在由因特网名字与号码分配机构（InternetCorporationforAssignedNamesandNumbers，ICANN）进行分配。总部设在美国加利福尼亚州的一个非营利性国际组织。我国的ISP用户可向亚太网络信息中心（AsiaPacificNetworkInformationCenter，APNIC）申请IP地址块，其他用户再向ISP申请。IP地址分配举例某ISP因特网/18某大学/22四系100台主机一系500台主机二系250台主机三系100台主机至少需要502个地址，29（512）与502最接近因此主机号需要9位，网络前缀23（32–9）位/23地址块29（512）个地址至少需要252个地址，28（256）与252最接近/24地址块28（256）个地址至少需要102个地址，27（128）与102最接近/25地址块27（128）个地址/25地址块27（128）个地址/22地址块210（1024）个地址划分CIDR地址块/221024个地址206.3.01000100.00000000划分CIDR地址块/221024个地址/23地址块512个地址/23地址块512个地址01第23位206.3.

01000100.00000000前22位划分CIDR地址块/23地址块512个地址01第23位/23地址块512个地址一系01第24位/24地址块256个地址/24地址块256个地址206.3.01000100.00000000第23位/23/23/221024个地址206.3.

01000100.00000000前22位划分CIDR地址块/23地址块512个地址01第23位/23地址块512个地址一系01第24位/24地址块256个地址二系/24地址块256个地址01第25位/25地址块128个地址/25地址块128个地址206.3.01000110.00000000第23,24位/24/23/24/221024个地址206.3.

01000100.00000000前22位划分CIDR地址块/24地址块256个地址二系/24/23地址块512个地址01第23位01第24位/24地址块256个地址01第25位/25地址块128个地址三系/25地址块128个地址四系206.3.01000111.00000000第23,24,25位/25/25206.3.01000111.10000000第23,24,25位28/2528/25/23/221024个地址206.3.

01000100.00000000前22位/23地址块512个地址一系IP地址分配举例某ISP因特网/18某大学/22四系100台主机一系500台主机二系250台主机三系100台主机/24/2528/25/23平均分配给4个实验室划分CIDR地址块/23512个地址206.3.

01000100.00000000前23位0001第24,25位1011/25地址块128个地址/25地址块128个地址/25地址块128个地址/25地址块128个地址/2528/25206.3.01000110.10000000第24,25位/2528/25206.3.01000111.10000000第24,25位206.3.01000110.00000000第24,25位206.3.01000111.00000000第24,25位IP地址分配举例某ISP因特网/18某大学/22四系100台主机一系二系250台主机三系100台主机/24/2528/25/23平均分配给4个实验室/2528/25/2528/25如图所示的网络，分配到的IP地址块为/23。请给其中的每个局域网分配地址块。习题LAN291个主机LAN3150个主机LAN515个主机LAN43个主机LAN1/23IP地址的分配陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩THANKS海量图书方便查询免费申请样书下载配套资源优惠购书成为作者更多样书申请和资源下载需求，请登录人邮教育社区（)囊括各大品类，您想要的应有尽有教师免费申请样书，我们将安排快递迅速送达教学视频、PPT课件、教学案例、习题答案、模拟试卷等丰富资源免费下载教师可以申请最低折扣学生直接优惠购买图书欢迎写文章／投稿，我们强大的编辑团队将为您提供专业和高效的编辑出版服务工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》人民邮电出版社ATextbookonComputerNetworksIP地址与物理地址陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩IP地址与物理地址的关系TCP报文IP数据报MAC帧应用层数据首部首部尾部首部数据链路层使用硬件地址硬件地址网络层及以上使用IP地址IP地址物理地址也称为硬件地址，因为在局域网的MAC帧中的源地址和目的地址都是物理地址，在局域网中又称为MAC地址。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查找路由表查找路由表IP地址与物理地址的关系主机H1要和主机H2通信IP数据报的转发HA1HA5HA4HA3HA6路由器R1路由器R2HA2主机H1IP1主机H2IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6MAC地址MAC地址有多个接口，每个接口连接一个物理网络可以是任何其他物理网络IP地址IP地址IP数据报的转发HA1HA5HA4HA3HA6路由器R1路由器R2HA2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP数据报IP1

IP2以太网帧HA1

HA3主机H1IP1主机H2IP2IP数据报的转发HA1HA5HA4HA3HA6路由器R1路由器R2HA2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6HA1

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HA5主机H1IP1主机H2IP2IP数据报的转发HA1HA5HA4HA3HA6路由器R1路由器R2HA2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2主机H1IP1主机H2IP2IP数据报的转发HA1HA5HA4HA3HA6路由器R1路由器R2HA2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6HA6

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IP2主机H1IP1主机H2IP2IP数据报的转发在互联网中，所有主机和路由器都要运行IP协议，并都具有IP地址主机间通过发送IP数据报进行通信，IP数据报中携带源IP地址和目的IP地址，路由器根据IP数据报中的目的IP地址转发IP数据报IP数据报在不同的物理网络中进行转发时，要封装到具体物理网络的帧中进行传输，该帧的源MAC地址和目的MAC地址是直接连接在该物理网络中的主机或路由器接口的MAC地址IP数据报与以太网帧HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1路由器R2HA2IP1IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2IP数据报以太网帧HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1物理地址路由器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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

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到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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

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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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

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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R2IP1→IP2IP1→IP2IP1→IP2从HA1

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到HA2MAC帧MAC帧IP数据报在链路上看MAC帧的流动IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节，在网络层上讨论问题，使用IP地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信THANKS海量图书方便查询免费申请样书下载配套资源优惠购书成为作者更多样书申请和资源下载需求，请登录人邮教育社区（)囊括各大品类，您想要的应有尽有教师免费申请样书，我们将安排快递迅速送达教学视频、PPT课件、教学案例、习题答案、模拟试卷等丰富资源免费下载教师可以申请最低折扣学生直接优惠购买图书欢迎写文章／投稿，我们强大的编辑团队将为您提供专业和高效的编辑出版服务工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》人民邮电出版社ATextbookonComputerNetworks地址解析协议ARP陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩IP地址与物理地址HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1路由器R2HA2IP1IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2IP数据报以太网帧不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用物理地址。ARP与RARP课件制作人：谢钧谢希仁IP地址物理地址物理地址IP地址ARPRARP地址解析协议（AddressResolutionProtocol，ARP）逆地址解析协议（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP）ARP表每一个主机都设有一个ARP高速缓存(ARPcache)，称为ARP表，保存所在局域网上的各主机和路由器的IP地址到物理地址的映射表。当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP表中根据主机B的IP地址查找其对应的物理地址。如找到，就将此物理地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发送到此物理地址。若没有找到主机B的IP地址的项目，主机A就启动ARP，来找出主机B的物理地址。课件制作人：谢钧谢希仁AYXBZ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，物理地址是00-00-C0-15-AD-18我想知道主机

的物理地址ARP的工作过程课件制作人：谢钧谢希仁主机A需要查找B的物理地址ARP响应主机B向A发送ARP响应分组08-00-2B-00-EE-0A我是硬件地址是08-00-2B-00-EE-0AAYXBZ00-00-C0-15-AD-18ARP的工作过程课件制作人：谢钧谢希仁主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到物理地址的映射ARP高速缓存的作用为了减少网络上的通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，也会将自己的IP地址到物理地址的映射写入ARP请求分组。当主机B收到A的ARP请求分组时，就将主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。若以后主机B需要向A发送数据报时就能直接能从ARP高速缓存中查询到A的物理地址了。课件制作人：谢钧谢希仁地址映射项目的生存时间ARP把保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间（例如，10~20分钟）。凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。设置这种地址映射项目的生存时间是为了保证高速缓存中信息的新鲜性。例如：B的网卡更换了，B在A的ARP高速缓存中原来的记录将会失效，定期删除陈旧信息会启动ARP再次获得新的物理地址课件制作人：谢钧谢希仁ARP的作用范围HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1路由器R2HA2IP1IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2IP数据报以太网帧主机H1需要用ARP获取主机H2的物理地址吗？主机H1不需要用ARP获取主机H2的物理地址。也获取不到！ARP的作用范围HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1路由器R2HA2IP1IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2IP数据报以太网帧ARP用于解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和物理地址的映射问题ARP的作用范围HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1路由器R2HA2IP1IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2IP数据报以太网帧主机H1这时需要把路由器R1的IP地址IP3解析为物理地址HA3ARP的作用范围HA1HA5HA4HA3HA6主机H1主机H2路由器R1路由器R2HA2IP1IP2以太网1以太网2以太网3IP3IP4IP5IP6IP1

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IP2IP数据报以太网帧R1从转发表找出了下一跳路由器R2，同时使用ARP解析出R2的物理地址HA5应当注意的问题ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和物理地址的映射问题。如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过ARP找到一个位于本局域网上的某个路由器的物理地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来完成。课件制作人：谢钧谢希仁应当注意的问题从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信，ARP协议就会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的物理地址。课件制作人：谢钧谢希仁物理地址与IP地址由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的物理地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的物理地址转换工作。连接到因特网的主机都拥有统一的IP地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，而调用ARP来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。课件制作人：谢钧谢希仁为什么不直接使用物理地址进行通信？ARP报文格式课件制作人：谢钧谢希仁08162431硬件类型（以太网类型值为1）协议地址长度发送方硬件地址（长度可变，以太网是6字节）硬件地址长度协议类型（IPv4类型值为0x0800）操作（1请求/2响应）发送方协议地址（长度可变，IP是4字节）目标硬件地址（长度可变，以太网是6字节）目标协议地址（长度可变，IP是4字节）位数据部分首部数据链路层帧ARP可使用在任何物理网络上，并支持任何高层协议（不仅仅是IP协议）。可支持不同长度的硬件地址和协议地址。ARP报文格式课件制作人：谢钧谢希仁08162431硬件类型（以太网类型值为1）协议地址长度发送方硬件地址（长度可变，以太网是6字节）硬件地址长度协议类型（IPv4类型值为0x0800）操作（1请求/2响应）发送方协议地址（长度可变，IP是4字节）目标硬件地址（长度可变，以太网是6字节）目标协议地址（长度可变，IP是4字节）位数据部分首部数据链路层帧这里“发送方”是指发送请求分组或响应分组的一方，“目标”是指接收请求分组或响应分组的一方。ARP报文格式课件制作人：谢钧谢希仁08162431硬件类型（以太网类型值为1）协议地址长度发送方硬件地址（长度可变，以太网是6字节）硬件地址长度协议类型（IPv4类型值为0x0800）操作（1请求/2响应）发送方协议地址（长度可变，IP是4字节）目标硬件地址（长度可变，以太网是6字节）目标协议地址（长度可变，IP是4字节）位数据部分首部数据链路层帧ARP是被直接封装在数据链路层帧（例如以太网帧）中进行传输的，而不需要经过IP协议的封装。THANKS海量图书方便查询免费申请样书下载配套资源优惠购书成为作者更多样书申请和资源下载需求，请登录人邮教育社区（)囊括各大品类，您想要的应有尽有教师免费申请样书，我们将安排快递迅速送达教学视频、PPT课件、教学案例、习题答案、模拟试卷等丰富资源免费下载教师可以申请最低折扣学生直接优惠购买图书欢迎写文章／投稿，我们强大的编辑团队将为您提供专业和高效的编辑出版服务工业和信息化部“十二五”规划教材《计算机网络教程》人民邮电出版社ATextbookonComputerNetworksIP数据报的格式陆军工程大学谢钧谢希仁袁恩固定部分可变部分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校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数据报首部发送在前首部长度为4字节的整数倍IP数据报由首部和数据两部分组成可变部分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校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数据报首部发送在前固定部分20字节IP数据报首部的固定长部分固定部分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校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数据报首部发送在前可变部分IP数据报首部的可变长部分固定部分可变部分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校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首部IP数据报首部的固定部分中的各字段版本——占4位，指IP协议的版本目前的IP协议版本号为4(即IPv4)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校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首部首部长度——占4位，可表示的最大数值是15(以4字节为单位)因此IP的首部长度的最大值是60字节。IP数据报首部的固定部分中的各字段固定部分可变部分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校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首部区分服务——占8位，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IP数据报首部的固定部分中的各字段固定部分可变部分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校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首部总长度——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。总长度必须不超过数据链路层协议的最大传送单元MTU。IP数据报首部的固定部分中的各字段IP数据报的分片MTU(最大传输单元)：网络链路能承载的最大分组长度当一个IP数据报封装成链路层的帧时，此数据报的总长度（即首部加上数据部分）一定不能超过下面的数据链路层协议的MTU。不同的链路类型，不同的MTUMTU变小?IP数据报的分片在网络中，大IP数据报被分割为“分片”，即一个数据报变为几个数据报IP协议提供的一种基于报文的传输服务，即发送方发送的是一个报文，接收方接收到的也应该一个报文“重新装配”仅在最后目的地输入:一个大的数据报输出:3个小的数据报重装如何重装？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校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首部标识、标志、片偏移三个字段用于IP数据报的分片IP数据报首部的固定部分中的各字段固定部分可变部分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校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首部标识(identification)占16位，计数器产生，相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能在目的地被正确地重装成为原来的数据报。IP数据报首部的固定部分中的各字段固定部分可变部分04816192431版本标志生存时间协议标识区分服务总