《计算机网络基础》课件-项目3 网络层

3.1网络层核心使命：端到端的通信主讲人：袁伟网络层的重要性3.1网络层核心使命：端到端的通信3.1.13.1.1网络层的重要性?主机A主机B010101010101MAC：000A-1200-1111MAC：000A-1200-2222MAC：000A-1200-4444MAC：000A-1200-3333E1E2E3E4交换机主机A主机B主机D主机C如果连接成千上万亿台计算机呢物理层数据链路层3.1.1网络层的重要性主机A主机C主机B交换机A主机D路由器A路由器B路由器C路由器D路由器E节点间通信利用MAC地址分析结果分析结果数据链路层只能解决局部网络通信，而网络层的核心使命就是突破这个限制——实现真正的端到端（End-to-End）全球通信。网络层的主要任务是实现网络互联，进而实现数据包在各网络之间的传输3.1.1网络层的重要性网络层的功能3.1网络层核心使命：端到端的通信3.1.23.1.2网络层的功能如何把数据拆解传输？走哪条路最快最稳？网络堵车时怎么办？如何跨越不同网络？3.1.2网络层的功能网络层四大核心功能数据分组路由选择拥塞控制负载平衡网络互连3.1.2网络层的功能功能一：数据分组——化整为零的智慧路由器A路由器B路由器C路由器D路由器E主机A主机B1234传输层数据3.1.2网络层的功能功能二：路由选择——网络中的GPS导航主机A主机B主机D1.主机B2.主机D3.主机Ctracert数据包从起点主机出发→经多个路由器路径选择→到达目的主机3.1.2网络层的功能功能三：拥塞控制与负载均衡——避免网络"大堵车"路由器A路由器B路由器C路由器D路由器E主机A主机B1234阻塞当产生网络拥塞时，及时更换传输路径3.1.2网络层的功能功能四：网络互连——打破隔阂的翻译官路由器网络A……网络B……

不同的网络类型对分组大小要求不一样，需要重新分组以太网ATM网络网络层的主要协议3.1网络层核心使命：端到端的通信3.1.33.1.3网络层的主要协议3.1.3网络层的主要协议IP协议IP协议（InternetProtocol，互联网协议），是TCP/IP协议栈中最核心的协议之一，通过IP地址，保证了联网设备的唯一性，实现了网络通信的面向无连接和不可靠的传输功能。IP协议类型：IPv4vsIPv6​3.1.3网络层的主要协议ARP协议ARP（AddressResolutionProtocol，地址解析协议）是TCP/IP协议栈中的一个重要低层协议，负责将网络层的IP地址转换为数据链路层的物理MAC地址，使得数据包能够在局域网中准确传输。3.1.3网络层的主要协议RARP协议与ARP相对的，RARP(ReverseAddressResolutionProtocol)是将ARP反过来，从MAC地址定位IP地址的一种协议，将打印机服务器等小型嵌入式设备接入网络时会使用到。3.1.3网络层的主要协议ICMP协议ICMP是TCP/IP协议栈中的一个网络层协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息（如网络错误、状态查询等）。它不直接传输用户数据，而是用于监控网络状态、诊断网络故障，是网络调试和维护的重要工具。ping命令traceroute命令3.1.4总结网络层——承上启下的通信引擎数据分组路由选择拥塞控制负载平衡网络互连功能：协议IPRARPICMPARP网络层让数据跨越千山万水，

抵达每一个期待的终点。网络层核心使命：端到端的通信3.2​深入理解IPv4地址-1​主讲人：袁伟IPv4地址本质与作用3.2​深入理解IPv4地址-13.2.13.2.1IPv4地址本质与作用IP地址（InternetProtocolAddress）是互联网协议地址，是给每个连接在Internet上的主机分配的一个32位地址，用于在网络中唯一标识一台设备。其表示形式有二进制表示法和点分十进制表示法。简单来说，它的作用有两个：IP地址的本质：网络世界的“身份证”分析结果作用标识身份：每个设备在网络中的“名字”，确保数据能精准送达。定位路径：帮助数据在复杂的网络中找到最短路径，实现高效传输。3.2.1IPv4地址本质与作用IPv4地址的结构——思考O1各位同学查一下自己的电脑IP地址是多少？O2大家在百度上再查查你的外网IP地址是多少？O3为什么电脑有MAC地址了还需要IP地址呢？?3.2.1IPv4地址本质与作用IPv4地址的结构11000000101010000000000100000001IPv4地址本质：长度为32位二进制数，分为4组（每组8位），转换为十进制后以.分隔。因此一般采用点分十进制表示如下：32位二进制：分为4组：11000000101010000000000100000001点分十进制：16811.192..IPv4地址计算3.2​深入理解IPv4地址-13.2.23.2.2IPv4地址计算二进制和十进制相互转换原理一、二进制转十进制

原理：从二进制数字的右边第一个数字开始，每个数字乘以2的n次方，n从0开始依次递增1，然后将每个乘积相加，结果就是该二进制对应的十进制数字。二、十进制转二进制

要将十进制数转换为二进制数，我们需要使用数学上的“除2取余法”。

具体步骤是：将十进制数除以2，记录余数，然后将得到的商继续除以2，直到商为0为止。最后，将记录的余数从后往前排列，即可得到对应的二进制数。3.2.2IPv4地址计算二进制转十进制8位无符号二进制整数转十进制数（b7b6b5b4b3b2b1b0）2=(b7×27+b6×26+b5×25+b4×24+b3×23+b2×22+b1×21+b0×20)108位二进制数的每个位权值：1286432168421(10101010)2=(1×27+0×26+1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+0×20)10

=(1×128+0×64+1×32+0×16+1×8+0×4+1×2+0×1)10

=(170)103.2.2IPv4地址计算十进制转二进制——方法1：除2取余法原理除以2，反向取余数，直到商为0终止。最后，将记录的余数从后往前排列，即可得到对应的二进制数。举例：现在将一个十进制数字15610转换成二进制数字。将所有余数从最高位到最低位排列，得到二进制数为

10011100。156÷2=78，余数为0（最低位）78÷2=39，余数为039÷2=19，余数为119÷2=9，余数为19÷2=4，余数为14÷2=2，余数为02÷2=1，余数为01÷2=0，余数为1（最高位）3.2.2IPv4地址计算十进制转二进制——方法2：降二次幂及减法混合运算举例：现在将一个十进制数字15610转换成二进制数字。原理从高位到低位依次检查每一位是否能由二次幂构成，通过减法不断剖析出每一位的0或1，最终确定每个位置的二进制值。1.列表该十进制数以8位二进制数表示，需将以2为底数的幂函数以表格形式从右到左列出来2.找出最合适的幂函数值找出小于且最接近需计算数字的幂函数值。能减的幂函数值下面记为1，不能减记为0。1286432168421在本例中，128是小于156的，以2为底数的幂函数值中最大的数值。所以在二进制列表128的下方写上1。然后用156减去128，得出28。12864321684211156-128=283.2.2IPv4地址计算十进制转二进制——方法2：降二次幂及减法混合运算举例：现在将一个十进制数字15610转换成二进制数字。4.能减的数字记为15.继续减法运算，直到列表的最后记住在能被差减得出正数的数字下面记录为1，不能被减的数字下面记录为0。3.继续计算刚刚得出28继续进行比较计算，看看哪一个幂函数值小于28。函数列表的下一个数字为64，64大于28，所以在64下方写上0，32同理。128643216842110028-16=1212-8=41286432168421100111286432168421100114-4=01003.2.2IPv4地址计算十进制转二进制——方法2：降二次幂及减法混合运算举例：现在将一个十进制数字15610转换成二进制数字。6.写出二进制答案得出的二进制数值就是列表下记录的数字排列。你应该能得出10011100。这就是十进制数字156的二进制表达。7.注意多次反复使用这个方法，你就能基本记住以2为底数的幂函数的值。就可以跳过第一步列表的步骤了。3.2.2IPv4地址计算及时练习1——二进制转十进制答案：144.203.2.9问题：将下面的二进制IPv4地址转换为对应的十进制地址表示。

10010000110010110000001000001001?3.2.2IPv4地址计算及时练习2——十进制转二进制答案：​10101100.00010000.11111110.00000001​​问题：将下面的十进制IPv4地址转换为对应的二进制地址表示。（两种方法都试一下）

?3.2.3总结核心要点IPv4地址由32位二进制数组成，采用点分十进制表示，作用：IPv4地址计算：二进制转十进制IPv4地址计算：十进制转二进制标识身份定位路径除2取余法降二次幂及减法混合运算理解二进制，你就读懂了计算机的语言。深入理解IPv4地址-13.3​深入理解IPv4地址-2​主讲人：袁伟IPv4结构剖析3.3​深入理解IPv4地址-23.3.13.3.1IPv4结构剖析IPv4地址由网络号（NetworkID）和主机号（HostID）两部分组成。网络号用于标识设备所在的网络，主机号用于标识该网络内的具体设备（主机）。形象地说，网络号就像一个小区的地址，主机号则是小区内每一户的门牌号。IPv4地址组成（知识回顾）IPv4地址是一个32位的二进制数，为方便记忆和使用，通常采用点分十进制表示法，如

。3.3.1IPv4结构剖析IPv4地址组成134.83.45.12互联网小区–13号

网络号主机号小区名门牌号IP地址分类3.3​深入理解IPv4地址-23.3.23.3.2IP地址分类五类地址对比表A类B类C类D类E类字节1字节2字节3字节40网络号主机号10网络号主机号110网络号主机号1110多播地址1111预留第一字节范围0~126128~191192~223224~239240~255ABC三类为常用地址D类为组播地址保留为实验科研用3.3.2IP地址分类A、B、C三类地址详解IP地址类别网络位长度包含网络数量主机位长度每个网络包含主机数量IP地址范围A类7位27-2=12624224-2=16777214-54(127环回地址)B类14位214=1638416216-2=65534-54C类21位221=2097152828-2=254-543.3.2IP地址分类注意事项特殊IP地址3.3​深入理解IPv4地址-23.3.33.3.3特殊IP地址网络地址对任意一个IP地址来说，将它的地址结构中的主机号全部取为0就得到了它所处的网络地址。网络号主机号****************00000000000000例如A类地址3的主机号为后24位，因此其网络地址是60.0.0.0B类地址3的主机号为后16位，网络地址是143.23.0.0C类地址的主机号为后8位，网络地址是210.29.75.03.3.3特殊IP地址网络地址网络地址不能够被配置在主机上，但它经常被使用在路由器的路由表中。3.3.3特殊IP地址广播地址路由器A路由器B路由器C目的地址：55路由器转发广播包发送到网络中的所有主机数据发送方式有单播、组播和广播3种。单播是指数据接收方为一个终端，组播是指数据接收方为多个终端，广播是指接收方为目的网内的所有终端。3.3.3特殊IP地址广播地址在一个网络内，将它的地址结构中的主机号全部取为1就得到了它所处的网络的广播地址。网络号主机号****************1111111111111例如A类地址3的广播地址是60.255.255.255B类地址3的广播地址是143.23.255.255C类地址的广播地址是210.29.75.2553.3.3特殊IP地址广播地址受限广播地址55用于本网广播，但不会被路由器转发。路由器A路由器B目的地址：55路由器隔离受限广播包3.3.3特殊IP地址环回地址一般将127.*.*.*称为环回（loopback）地址，所谓环回是指发送给该地址的数据不离开发送主机（即数据包不会通过外部网络接口）。环回地址一般用于进行测试，不需要在主机上进行配置3.3.3特殊IP地址环回地址是本地循环地址，如果本地址无法Ping通，则表明本地机TCP/IP协议不能正常工作。用IPconfig查看本机IP，然后Ping该IP，通则表明网络适配器（网卡或MODEM）工作正常，不通则是网络适配器出现故障。注意3.3.3特殊IP地址私有地址地址类别私有地址范围A10.0.0.0～10.255.255.255B172.16.0.0～172.31.255.255C192.168.0.0～192.168.255.255有些网络不需要接入公共Internet，这些网络称为私有网络。既然私有网络没有接入公共网络，所以没有必要给这些主机分配公有IP地址。为了解决私有网络的地址分配问题专门提出了私有地址的概念，私有IP地址将不会被路由器转发到Internet骨干网上。在A类地址、B类地址、C类地址中分别划出3块地址空间作为私有地址。3.3.4总结本节课核心要点IPv4地址组成A（大）、B（中）、C（小）、D（组播）、E（实验）五类IP地址特殊IP网络地址广播地址回环地址私有地址IPv4结构=网络号+主机号理解寻址，你就掌握了互联网连接的语法。深入理解IPv4地址-23.4​IPv4的“身份证”：子网掩码主讲人：袁伟为什么需要子网掩码？3.4​IPv4的“身份证”：子网掩码3.4.13.4.1为什么需要子网掩码？（知识回顾）IPv4地址由网络号（NetworkID）和主机号（HostID）两部分组成。网络号用于标识设备所在的网络，主机号用于标识该网络内的具体设备（主机）。IP浪费广播风暴IP地址资源紧张，传统分类IP无法满足多样化网络需求。大网络中广播域过大，易产生网络拥塞和安全问题。3.4.1为什么需要子网掩码？IP地址类别网络位长度包含网络数量主机位长度每个网络包含主机数量IP地址范围A类7位27-2=12624224-2=16777214-54(127环回地址)B类14位214=1638416216-2=65534-54C类21位221=2097152828-2=254-54核心矛盾：IP地址分类的粗放管理子网掩码的概念和作用3.4​IPv4的“身份证”：子网掩码3.4.23.4.2子网掩码的概念和作用子网掩码的概念子网掩码是一个32位的二进制数，与IP地址结合使用，用于区分IP地址中的网络地址和主机地址。子网掩码通常表示为四个十进制形式（例如），在二进制中表示为（例如11111111111111111111111100000000），其中左边的一系列连续“1”代表网络地址，右边的一系列连续“0”代表主机地址。3.4.2子网掩码的概念和作用子网掩码的表示方法1.子网掩码表示法在这种表示法里，子网掩码通过四个用点分隔的十进制数来表示，每个数称为一个八位字节。例如，“”这个子网掩码意味着IP地址的前24位被分配给网络部分，而剩下的8位则分配给主机部分。要使用子网掩码表示法定义一个子网，只需将子网掩码附在IP地址后面，并用空格隔开。例如，“0”表示一个子网，其中IP地址为“”，子网掩码为“”。相应地，IP地址的网络部分是“192.168.100”，而主机部分是“10”，正如之前示例中所展示的那样。确定IP地址中的网络和主机部分，通常采用两种主要的表示方法：子网掩码表示法和无类别域间路由（CIDR）表示法。3.4.2子网掩码的概念和作用子网掩码的表示方法CIDR表示法是一种简洁的子网标识方法，它通过一个数字来代表子网掩码。在CIDR表示法中，通过在IP地址后附加一个正斜杠“/”和一个数字来标识子网。斜杠后面的数字指明了地址中为网络部分保留的位数。例如，“/24”表示IP地址的前24位被分配给网络部分，自动将最后8位留给主机。这与使用子网掩码“”的“”是等效的。2.CIDR表示法3.4.2子网掩码的概念和作用子网掩码的作用分析结果分析结果ProMEP能够准确分类同源序列少于100的蛋白质的致病变体ProMEP显示出与AlphaMissense相当的性能作用1确定IP地址所属网络，判断两台设备是否在同一子网。划分子网，提高IP地址利用率和网络管理灵活性。作用2子网掩码的结构3.4​IPv4的“身份证”：子网掩码3.4.33.4.3子网掩码的结构类别IP地址范围默认子网掩码最大主机数A类-5416777214B类-5465534C类-54254二进制演示：不同类型网络的地址范围、默认子网掩码和最大主机数3.4.3子网掩码的结构连续1原则：✅

有效掩码：11111111.11111111.11110000.00000000（）❌

无效掩码：11111111.11111111.00001111.00000000（违反连续1）IP地址：11000000.10101000.00000001.00000001（）子网掩码：

11111111.11111111.11111111.00000000

（）二进制演示：网络号主机号子网掩码的计算3.4​IPv4的“身份证”：子网掩码3.4.43.4.4子网掩码的计算四步计算法：已知：IP地址：5，

子网掩码：92(/26)第一步：将IP和掩码转换为二进制。第二步：与运算得出网络地址（NetworkAddress）。第三步：将网络地址中的主机位全部置1，得出广播地址（BroadcastAddress）。第四步：可用主机范围就是网络地址+1到

广播地址-1。3.4.4子网掩码的计算计算网络地址：网络地址=IP地址和掩码与运算也可以将网络地址的网络号不变，主机号全部变0取得。第二步：与运算。我们来逐位进行“与”操作（1和1=1，其他情况=0）。最后得到：11000000.10101000.00000001.00000000再转回十进制：

这就是网络地址。第一步：转二进制。5->11000000.10101000.00000001.0001100192->11111111.11111111.11111111.110000003.4.4子网掩码的计算计算广播地址：另一种计算方式：广播地址=掩码取反和网络地址或运算可以将网络地址的网络号不变，主机号全部变1取得。第三步：算广播地址网络地址是

，把后6位从000000变成111111，整个地址变成：11000000.10101000.00000001.00111111转回十进制：392->11111111.11111111.11111111.11000000子网掩码取反：00000000.00000000.00000000.00111111网络地址：11000000.10101000.00000001.00000000二者进行或运算：11000000.10101000.00000001.00111111->33.4.4子网掩码的计算计算主机号范围及数量：可用IP地址范围=[网络地址+1，广播地址-1]第四步：算可用IP范围利用上述公式可以得到可用IP地址范围是：

到23.4.5总结本节课核心要点子网掩码出现的原因子网掩码的概念、作用子网掩码的结构子网掩码划分的计算子网掩码——让混沌的网络世界井然有序IPv4的“身份证”：子网掩码3.5网络与主机的分割：子网划分基础主讲人：袁伟为什么划分子网？3.5网络与主机的分割：子网划分基础3.5.13.5.1为什么划分子网？将不同部门或功能的设备放在不同的子网中，有助于实施更加精细的访问控制策略，隔离不同部门流量，增强网络安全性。增强网络安全性单一网络中主机数量过多，广播流量会增大，降低网络效率。划分子网后，减少了单个网络中的主机数量，从而减少广播流量，提高网络效率。减少广播域范围早期分类IP（A/B/C类）导致地址浪费，如C类网最多254主机，小型企业无法填满，大型企业需多个C类网。通过子网划分，可将单一网络划分为多个子网，避免大块地址闲置。提高IP地址利用率核心目的借位概念与示例3.5网络与主机的分割：子网划分基础3.5.23.5.2借位概念与示例子网划分思想如果IP地址需要子网划分，那么还要从主机号中借用几位作为子网号，此时的IP地址=网络号+子网号+主机号。（知识回顾）IP地址=网络号+主机号，这是不需要子网划分的IP地址组成。网络号主机号划分前的网络划分后的网络原网络号主机号子网号32bit32bit划分前的主机号3.5.2借位概念与示例借位规则基本思想：从主机位中“借位”作为子网位，将原网络划分为多个子网。公式推导：设原网络为/N，借n位作为子网位，则：子网数量=2ⁿ（每个子网位组合对应一个子网，如n=2时，子网数=4）。每个子网主机数=2(32-N-n)-2（减2是排除网络地址和广播地址）。3.5.2借位概念与示例借位示例示例：C类网/24（默认主机位8位），若借2位划分子网：子网掩码变为/26（24+2=26位网络位）。子网数：22=4个。每个子网主机数：2⁶-2=62台（主机位剩余6位：32-26=6）。等长子网划分3.5网络与主机的分割：子网划分基础3.5.33.5.3等长子网划分等长子网规则定义：将一个有类网络等分成多个网络，所有子网的子网掩码都相同。适用场景：各部门规模相同（如分公司、实验室）。确定所需子网数N，计算借位数n。计算新子网掩码。新掩码=原掩码+n位列出子网地址块。地址块的增量=2(8-n)3.5.3等长子网划分借位计算：子网数4=2²

→

借n=2位，子网掩码变为/26（24+2=26）。​主机位计算：剩余主机位h=32-26=6→

每个子网主机数=2⁶-2=62。​子网地址推导：展示子网位（第25、26位，原主机位前两位）的取值组合：00,01,10,11。分别计算每个子网的网络地址、广播地址、可用IP范围。​子网1：子网位00→

网络地址/26，可用IP：~2（广播地址3）。​子网2：子网位01→

网络地址4/26，可用IP：5~26（广播地址27）。​子网3：子网位10→

网络地址28/26，可用IP：29~90（广播地址91）。​子网4：子网位11→

网络地址92/26，可用IP：93~54（广播地址55）。​规律总结：每个子网的地址块大小=2h=64（如子网1从0到63，子网2从64到127，依此类推）。等长划分示例变长子网划分3.5网络与主机的分割：子网划分基础3.5.43.5.4变长子网划分核心思想：按需分配，避免浪费。VLSM（变长子网掩码）定义：VLSM规定了在一个进行了子网划分的网络中，不同子网使用不同的子网掩码，适用于网络内部不同网段需要不同大小子网的情形。3.5.4变长子网划分VLSM示例步骤：按主机数排序：50>20>10。分配最大子网（50台）：需满足2h-2≥50→h=6（2⁶-2=62≥50），借位n=24+8-6=26→

子网掩码/26，网络地址/26（可用IP62台）。需求：企业有3个部门，主机数分别为50、20、10台，用/24划分子网，求最优划分方案。思路：采用VLSM（变长子网掩码），为不同部门分配不同大小的子网，减少地址浪费。3.5.4变长子网划分VLSM示例3.分配次大子网（20台）：剩余地址块从4/24开始，需h=5（2⁵-2=30≥20），借位n=24+3=27→子网掩码/27，网络地址4/27（可用IP30台）。4.分配最小子网（10台）：剩余地址块从6/24开始，需h=4（2⁴-2=14≥10），借位n=24+4=28→子网掩码/28，网络地址6/28（可用IP14台）。验证地址不重叠：子网1：0-63，子网2：64-95，子网3：96-111，剩余112-255可预留。3.5.5总结本节课核心要点子网划分的重要性借位概念及计算方法等长子网划分和变长子网划分网划分以逻辑为尺规，在二进制中界定边界，让数据精准抵达每一个相邻的节点。网络与主机的分割：子网划分基础3.6ARP协议主讲人：袁伟ARP的概念3.6ARP协议3.6.13.6.1ARP的概念IP地址(逻辑地址)MAC地址(物理地址)然而，在底层数据链路层，进行实际通信时却有必要了解每个IP地址所对应的MAC地址。那它们是如何关联起来的呢？那么，ARP就是用来实现由IP地址到MAC地址转化的一个网络层协议。网络层实现主机之间的通信，而链路层实现具体每段链路之间的通信。也就是说：只要在网络层确定了IP地址，就可以向这个目标地址发送IP数据报。3.6.1ARP的概念ARP协议的概念ARP，即AddressResolutionProtocol，地址解析协议。它是TCP/IP协议栈中的重要协议，工作在网络层与数据链路层之间，用于实现IP地址到MAC地址的映射。32位IP地址(逻辑地址)48位Mac地址(物理地址)ARP映射ARP的功能3.6ARP协议3.6.23.6.2ARP的功能将IP地址解析为MAC地址维护IP地址与MAC地址的映射关系的缓存，即ARP表项实现网段内重复IP地址的检测ARP缓存表介绍3.6ARP协议3.6.33.6.3ARP缓存表介绍表示ip地址列表情况表示ip地址对应的mac地址表示ip地址类型，是动态ip还是静态ip动态表项：默认获取，存在最大老化时间，默认2分钟，到时间自动删除。静态表项：由管理员手动配置，一般用于给固定主机/服务器添加静态表项绑定，防止出现arp攻击导致终端不可用。ARP缓存表ARP缓存表是设备用于存储IP地址与MAC地址映射关系的缓存区域。ARP报文形式3.6ARP协议3.6.43.6.4ARP报文形式ARP报文形式各字段含义：​硬件类型：指明网络类型，如以太网为1。​协议类型：指定上层协议，IPv4为0x0800。​硬件地址长度：MAC地址长度，通常为6字节。​协议地址长度：IP地址长度，通常为4字节。​操作代码：1表示ARP请求，2表示ARP响应。​源MAC地址：发送方MAC地址。​源IP地址：发送方IP地址。​目的MAC地址：接收方MAC地址（ARP请求中为全0或广播地址，ARP响应中为目标设备真实MAC地址）。​目的IP地址：接收方IP地址。3.6.4ARP报文形式ARP报文的以太网封装格式

ARP报文分为ARP请求报文和ARP应答报文。两种报文结构相同，但部分字段的取值不同。ARP请求报文ARP应答报文目的MAC:ff-ff-ff-ff-ff-ff源MAC:请求端MAC地址

类型：0X0806目的MAC:请求端的MAC地址

源MAC:被请求端的MAC地址

类型：0X0806ARP请求/应答过程3.6ARP协议3.6.53.6.5ARP请求/应答过程ARP请求过程（1）主机B查询自身ARP缓存表，未找到主机C的IP-MAC映射。场景假设：主机B（IP:，MAC:00-E0-F9-A3-43-77）要与主机C（IP:，MAC未知）通信。3.6.5ARP请求/应答过程ARP请求过程（2）主机B构造ARP请求报文，内容包括：源MAC地址（00-E0-F9-A3-43-77）、源IP地址（）、目标MAC地址（广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF）、目标IP地址（），操作类型为1（ARP请求）。3.6.5ARP请求/应答过程ARP请求过程（3）主机B以广播形式发送ARP请求报文，局域网内所有主机都能收到。3.6.5ARP请求/应答过程ARP应答过程（1）主机C接收到ARP请求报文，发现目标IP地址与自身IP地址匹配。3.6.5ARP请求/应答过程ARP应答过程（2）主机C构造ARP响应报文，内容包括：源MAC地址（主机C的MAC地址，为00-0C-CF-B8-4A-82）、源IP地址（）、目标MAC地址（00-E0-F9-A3-43-77）、目标IP地址（），操作类型为2（ARP响应）。（3）主机C以单播形式将ARP响应报文发送给主机B。3.6.5ARP请求/应答过程ARP应答过程（4）主机B收到ARP响应报文后，更新自身ARP缓存表，添加主机C的IP-MAC映射关系。3.6.6总结核心要点ARP是什么？ARP做什么？ARP缓存表地址解析协议，负责IP到MAC的映射。ARP工作过程地址解析、维护缓存、检测冲突。动态表项自动学习有时效，静态表项手动配置保安全。“广播请求，单播应答”，先查表，没有就问，问了就记下来。ARP借广播之询，解析地址，直达相邻节点。ARP协议3.7IP路由技术主讲人：袁伟路由与路由表3.7IP路由技术3.7.13.7.1路由与路由表数据包是如何找到你的？3.7.1路由与路由表路由是什么？我想去主机A那里应该往哪里发送呢根据路由信息将数据包发送到目的端路由器？？网络1网络2定义：路由是指路由器从一个接口上收到数据包，根据数据包的目的地址进行定向并转发到另一个接口的过程。它就像是网络中的交通警察，负责为数据包选择最佳的传输路径。3.7.1路由与路由表路由表是什么？路由器电话簿张三83987654李四83456789王五83123456……路由表/8f0/1/8f0/2/8f0/3……路由表的路由分为：直连路由、静态路由、动态路由定义：路由表是路由器用于决策数据包转发路径的数据库。它包含了一系列的路由条目，每个条目指明了目的网络地址、子网掩码、下一跳地址以及出接口等信息。路由的三大分类3.7IP路由技术3.7.23.7.2路由的三大分类动态路由是通过运行动态路由协议，让路由器自动学习网络拓扑信息并生成路由表。优点：能够自动适应网络拓扑的变化，适用于大型复杂网络。缺点：配置相对复杂，需要占用更多的网络资源和设备资源。动态路由静态路由是由网络管理员手动配置的路由信息。优点：配置简单，对网络设备的资源消耗少，适用于小型网络。缺点：当网络拓扑发生变化时，需要管理员手动修改配置，缺乏灵活性，不适用于大型复杂网络。

静态路由直连路由是指路由器接口所连接的网段的路由。优点：配置简单，无需手动配置，可靠性高，因为直接相连的网络通常比较稳定。缺点：只能发现与路由器直接相连的网络，适用范围有限。直连路由3.7.2路由的三大分类今年某同学要来一场说走就走的旅行，打算从北京出发一路旅行到三亚，如何计划我们的行程？是跟团游（静态路由）还是自由行（动态路由）？3.7.2路由的三大分类跟团游（静态路由）：导游提供的路线为北京-南京-深圳-三亚。自由行（动态路由）：出发于北京，终点在三亚，途径哪里我们具体情况具体分析。3.7.2路由的三大分类静态路由是指网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项。要求网络管理员对网络的拓扑结构和网络状态有着非常清晰的了解，而且当网络拓扑或状态发生变化时，静态路由的更新也要通过手工方式完成。因此静态路由适合用于拓扑稳定且设备较少的边缘网络。路由器A路由器B路由表网络A走左侧网络B走右侧路由表

网络A走左侧网络B走右侧根据手动设定路由信息进行数据转发网络A网络B3.7.2路由的三大分类静态路由优点：静态路由是固定的，不会随着网络的改变而变化。就好比跟团旅游的时候，导游把每一个行程地点都安排得明白细致，不可变更。路由器之间不必交换动态路由信息，占用设备的资源很少。就像我们作为游客跟团游的时候不必提前安排下一站的食宿，非常省心。3.7.2路由的三大分类静态路由缺点：网络管理员必须非常清楚整个网络的结构和参数，否则人为配置出错会导致静态路由错误。好比一次愉快的跟团游最重要的就是靠谱的导游，跟着不靠谱的导游只能一起抓瞎当网络发生变化或网络故障时候，不能重选路由，很可能导致路由失败。就像旅行途中如果途径深圳发生交通管制，固定的行程不能变更在建设网络初期，使用静态路由需要管理员在每个路由器上手动配置，工作量大。3.7.2路由的三大分类动态路由是指路由协议通过自主学习而获得的路由信息，通过在路由器上运行动态路由协议，即可根据信道带宽、可靠性、延时、负载、跳数和费用等信息自动生成并维护正确的路由表，还可从周边路由器获取路由信息并进行同步。因此动态路由适合用于拓扑不稳定且设备较多的网络。路由器A路由器B我连着网络A网络A网络B我连着网络B网络A走左侧网络B走右侧网络C走右侧网络A走左侧网络B走右侧网络C走上方动态路由协议自动算出网络C（新增）路由器A路由表路由器B路由表3.7.2路由的三大分类当网络节点或节点间的链路发生故障，或者存在其它可用路由时候，动态路由可以自行选择“最佳”的可用路由。动态路由：相似的，动态路由可以自动根据网络拓扑结构变化进行调整，同时也会占用路由器的CPU、内存和链路带宽。3.7.2路由的三大分类常见的动态路由协议有：RIP（RoutingInformationProtocol，路由信息协议）、OSPF（OpenShortestPathFirst，开放最短路径优先）、IS-IS（IntermediateSystem-to-IntermediateSystem，中间系统到中间系统）、BGP（BorderGatewayProtocol，边界网关协议）。3.7.3总结本节课核心要点路由和路由表直连路由、静态路由、动态路由路由的三大分类路由是数据包的“导航过程”，路由表是“导航地图”IP路由借转发之智，抵达每一处互联的彼岸。IP路由技术3.8网络的指挥官：路由器的工作原理主讲人：袁伟路由器的概念定义3.8网络的指挥官：路由器的工作原理3.8.13.8.1路由器的概念定义

路由器：网络的“交通枢纽”3.8.1路由器的概念定义

路由器的定义工作层次：

网络层（第三层）设备。核心功能：

基于IP地址进行寻址和转发。连接对象：

连接不同的网络（LAN到WAN，LAN到LAN）。智能决策：

根据“路由表”选择最佳路径。路由器（router）是互联网的枢纽，是连接英特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送数据。作用在OSI模型的第三层，提供了路由与转发两种重要机制路由器工作原理3.8网络的指挥官：路由器的工作原理3.8.23.8.2路由器工作原理路由器并不关心主机，只关心网络的位置以及通向每个网络的路径。路由器的某一个接口在收到IP数据包后，利用IP数据包中的IP地址和子网掩码计算出目标网络号，并将目标网络号与路由表进行匹配，即确定是否存在一条到达目标网络的最佳路径信息。若存在匹配，则将IP数据包重新进行封装并将其从路由器相应端口转发出去；若不存在匹配，则将相应的IP分组丢弃。3.8.2路由器工作原理3.8.2路由器工作原理1.A给C发送数据，会发生什么？2.A给F发送数据，会发生什么？3.A给D发送数据，会发生什么？3.8.2路由器工作原理1.A给C发送数据，会发生什么？判断是否为一个网段内：（1）假设ARP请求已完成，已获得C的MAC地址；在求得A的网络地址后，再将C的IP与A的子网掩码相与，得到C的网络地址，确定A、C为同一网段（局域网内数据传递）；（2）A发送数据到交换机，交换机查询MAC地址表，将A的数据通过下面的端口转发给C，完成数据传递。3.8.2路由器工作原理2.A给F发送数据，会发生什么？判断是否为一个网段内：（1）假设ARP请求已完成，已获得F的MAC地址；在求得A的网络地址后，再将F的IP与A的子网掩码相与，得到F的网络地址，A和F不是同一网段（需经过路由器转发）；（2）路由器E0的IP是A、B、C的默认网关（3）A将数据传输到默认网关路由器检查IP数据包首部是否出错，出错丢弃；否则，查询；用目的地址在路由表中查询，查到转发，查不到丢弃（4）利用F的网络地址在路由器A的路由表中查询，查到第二条符合，从E1将数据转发给F配置好路由器接口后就有3.8.2路由器工作原理3.A给D发送数据，会发生什么？判断是否为一个网段内：（1）在求得A的网络地址后，再将D的IP与A的子网掩码相与，得到D的网络地址，A和D不是同一网段（需经过路由器转发）；（2）A将数据传输到默认网关（3）利用D的网络地址在路由器A的路由表中查询，查到第三条符合，从E1将数据转发给路由器B，再查询路由器B的路由表，查到第一条符合，将数据从E0转发给D静态路由3.8.3总结路由器角色-网络指挥官、交通枢纽功能-寻址、转发、连接不同网络工作原理路由器依路由表决策，为数据包指引路径，精准送达每个终点。网络的指挥官：路由器的工作原理3.9下一代互联网血液：IPv6简介主讲人：袁伟动机：为什么需要IPv6？3.9下一代互联网血液：IPv6简介3.9.13.9.1动机：为什么需要IPv6？IPv6诞生的背景-IPv4地址告急​IPv4地址分配完毕

IPv4被分配地址总数（百万），按年份分列

随着互联网的飞速发展，接入网络的设备数量呈爆炸式增长。IPv4采用32位地址长度，所能提供的地址数量约为43亿个（232）。但如今，智能手机、物联网设备、智能家居等不断涌现，IPv4地址资源已近乎枯竭。3.9.1动机：为什么需要IPv6？IPv6诞生的背景-IPv4的其他困境​除地