第5章 网际互联

1、第五章 网际互联,Company Logo,学习目标,掌握IP地址和网段概念。,1,掌握ARP协议原理，了解RARP协议,2,了解IP数据包的格式,3,理解子网掩码，了解VLSM和CIDR,4,理解路由器对IP分组的转发原理,5,了解ICMP协议,6,Company Logo,本章内容,网络地址转换NAT,4,Company Logo,网际协议IP,IP数据包：,互连网上的IP数据包,Company Logo,网际协议IP,IP数据包格式：,IP数据包格式,Company Logo,网际协议IP,Internet和接入Internet的企事业局域网,关于IP地址的问题：,Company Log

2、o,关于IP地址,关于IP地址的问题： 全球非常多的企事业单位都有自己的内部局域网络，同时又通过各自的边界路由器（如图示）接入Internet互联网。在互联网上通信的所有主机和路由器都有自己的IP地址。当今互联网上的主机数量之庞大早已超出人们在互联网Internet诞生之初时的想象。 之前已有提过，目前的IP地址是32位的二进制数字串，现在我们需要具体知道IP地址的情况： IP地址的书写格式？ IP地址的网络号和主机号是怎么划分的？ 当今互联网如此之庞大，按照数量其实32位的IP地址早已不够分配了，就像我们的电话号码，随着电话用户越来越多，电话号码也在时不时地升位。但是32位的IP地址现在却还

3、在使用，这又是怎么回事？,Company Logo,网际协议IP,IP地址及表示： IPv4版本的IP地址都是32位的二进制串。将来流行的IPv6的IP地址是128位。 由于32位二进制书写不便也不易看懂，人们通常将它写成所谓的“点分十进制”的形式，即把32位二进制看成4部分8位的二进制，将每8位二进制转换成十进制，然后在这4个十进制之间用句点隔开，如以下示例： 点分十进制书写示例 11001010011101000100000000000110 202.116.64.6,Company Logo,网际协议IP,分类IP地址： IP地址的类别由其前4位决定，上图已很清楚表示。 A、B、C三类I

4、P地址的网络号分别占1个、2个、3个字节（上图灰色部分），当然剩下部分就是它们的主机号长度。一般单个计算机或路由器的IP地址都是属于这3类之一。 D类是组播IP地址，用于组播用途，这里不作细述。E类地址留作今后使用。,分类IP地址的net-id和host-id划分,Company Logo,网际协议IP,特殊IP地址： 网络地址：主机id全是0的IP地址，如： “192.168.1.0”来代指网络号是“192.168.1”的网段。 本地IP广播地址或有限广播地址： 32位全是1的IP地址。 定向IP广播：网络号是那个目的网段的网络号，主机id全是1的IP地址。 本地回环测试地址：第一个字节值是

5、127的IP地址时，即：127.0.0.1-127.255.255.254范围的IP地址。,Company Logo,网际协议IP,全球IP地址和私有IP地址： 1. 全球地址：全球唯一，需要向因特网名字和号码指派公司ICANN缴费申请（中国用户向亚太网络信息中心APNIC申请）。 2. 私有IP地址：为了延缓32位IP地址的耗尽趋势，互联网工程任务组IETF保留了一部分IP地址。各地的公司或单位机构想组建自己的内部局域网，可以将这些IP地址分配给内部主机，同时，需要为单位的直接联入Internet的路由器花钱申请一个全球合法IP地址。 3. NAT技术：即网络地址转换，避免内部主机跟外面主机

6、的IP地址冲突。,Company Logo,网际协议,分类IP地址的不足：,Company Logo,网际协议,划分子网：,Company Logo,网际协议,192.168.10.0,11000000 10101000 00001010 00000000,11000000 10101000 00001010 00100000,11000000 10101000 00001010 01000000,11000000 10101000 00001010 01100000,11000000 10101000 00001010 10000000,11000000 10101000 00001010

7、00000000,划分子网：原主机号中分出3位子网号,子网1网络地址 （计算机系）,子网2网络地址 （信管系）,子网3网络地址 （电子系）,子网4网络地址 （院办）,192.168.10.32,192.168.10.64,192.168.10.96,192.168.10.128,主类网络地址,子网掩码：255.255.255.224,11111111 11111111 11111111 11100000,子网划分和子网掩码：,Company Logo,网际协议,子网号和子网掩码：,Company Logo,网际协议,默认子网掩码： 引入子网概念后，为了统一起见，对于默认的分类IP地址网络，如果

8、没有划分子网，也给它一个对应的子网掩码，称为默认子网掩码。比如，B类网段172.18.0.0没有划分子网，即主机号还是原来的16位，其实它的子网号位数就是0，那么它的子网掩码其实就是255.255.0.0。显然有： A类IP地址的默认子网掩码为255.0.0.0。 B类IP地址的默认子网掩码为255.255.0.0。 C类IP地址的默认子网掩码为255.255.255.0。,Company Logo,网际协议,11000000 10101000 00001010 00100000,子网1网络地址 （计算机系）,192.168.10.32,11000000 10101000 00001010 0

9、0100000,计算机系子网1 网络地址,192.168.10.32,11000000 10101000 00001010 00101000,计算机系子网2 网络地址,192.168.10.32,11000000 10101000 00001010 00110000,计算机系子网3 网络地址,192.168.10.32,子网掩码：255.255.255.224,11111111 11111111 11111111 11100000,新子网掩码：255.255.255.248,11111111 11111111 11111111 11111000,变长子网掩码（VLSM）：,Company Lo

10、go,网际协议,无分类域间路由CIDR： 1. 在VLSM基础上，人们又引入了无分类编址方法，其正式名字是无分类域间路由选择CIDR，即取消了分类地址，而IP地址的网络号一般改称呼为网络前缀。即 IP地址：=, 2. IP地址采用斜线记法，如172.18.2.60/24，表示该IP地址前24位是网络前缀（相当于原来子网掩码前24位是1），而后8位是主机号。 3. 现在，我们经常将用子网掩码表示的网段或地址块改用简单的网络前缀表示法。比如，有B类（子）网段172.18.2.0和对应的子网掩码255.255.255.0，可以简单表示成172.18.2.0/24。,Company Logo,网际协议

11、,IP数据包转发流程： 路由器转发IP数据包需要进行路由选择，需要路由（选择）表。 路由器进行路由选择时，将目的IP地址先和路由条目中的子网掩码相与，然后将相与结果和该条目的目的网络地址进行匹配，以决定是否按照该路由条目转发IP分组。 如目的IP地址是192.168.30.10，R1路由表如下。,Company Logo,IP数据包的转发,PC1 172.18.20.11/24,PC2 172.18.20.12/24,PC20 192.168.30.10/24,172.22.3.0/24,20.10.0.0/16,172.20.2.0/24,R1端口0 172.18.20.1/24,R1端口1

12、 20.1.1.1/16,R2端口0 20.1.1.2/16,R2端口1 172.20.2.1/24,R3端口0 172.20.2.2/24,R3端口1 192.168.30.1/24,172.18.20.0,20.10.0.0,172.20.2.0,172.22.3.0,192.168.30.0,直接，端口0,直接，端口1,20.1.1.2,20.1.1.2,20.1.1.2,0,0,1,1,2,目的网络,下一跳,距离,R1,R2,R3,R2端口2 172.22.3.1/24,R1的路由选择表,172.18.20.0,20.10.0.0,172.20.2.0,172.22.3.0,192.1

13、68.30.0,20.1.1.1,直接，端口0,直接，端口1,直接，端口2,172.20.2.2,1,0,0,0,1,目的网络,下一跳,距离,R2的路由选择表,172.18.0.0,20.0.0.0,172.20.0.0,172.22.0.0,192.168.30.0,172.20.2.1,172.20.2.1,直接，端口0,172.20.2.1,直接，端口1,2,1,0,1,0,目的网络,下一跳,距离,R3的路由选择表,IP数据,192.168.30.10,172.18.20.11,目的IP地址,源IP地址,OK！,OK！,OK！,目的网络,255.255.255.0,255.255.0.0

14、,255.255.255.0,255.255.255.0,255.255.255.0,目的网络,255.255.255.0,255.255.0.0,255.255.255.0,255.255.255.0,255.255.255.0,目的网络,255.255.255.0,255.255.0.0,255.255.255.0,255.255.255.0,255.255.255.0,目的IP和子网掩码逐位相与,Company Logo,网际协议,IP数据包转发： VLAN间的连接和IP分组转发。,路由器连接VLAN的情况,Company Logo,网际协议,IP数据包转发：三层交换 三层交换机：有第三

15、层（网络层）的部分功能，即也有类似路由器的IP路由转发功能。 三层交换机一般只用在多个以太网段之间连接中，不能用在以太网和帧中继等广域网之间的互连。也就是说三层交换机不能连接两个异构网络，而路由器是能做到的。,三层交换机连接VLAN示例,Company Logo,地址解析协议ARP,物理地址和IP地址的问题：,Company Logo,地址解析协议ARP,以太网交换机S1,PC1,PC2,PC3,PC4,R1端口0地址 202.116.64.2,R1端口1地址 192.168.1.1 00-50-56-C0-00-08,PC1地址 192.168.1.11 00-11-D8-9E-74-D4,

16、PC2地址 192.168.1.12 00-53-45-00-00-00,PC3地址 192.168.1.13 00-50-56-C0-00-08,PC4地址 192.168.1.14 00-50-56-C0-00-01,广播转发,正常单播,地址解析：,Company Logo,地址解析协议ARP,ARP缓存：发送ARP请求的主机收到对方主机的ARP响应之后，会将对方主机的IP地址和MAC地址对应信息存储在某部分内存空间中，这部分内存空间称为ARP缓存。如前面的PC1会将PC4的IP地址192.168.1.14和MAC地址00-50-56-C0-00-01存下来。 缓存超时：如果之后PC1一直

17、不跟PC4通信，则一段时间（不超过10分钟）后，关于PC4的信息会丢失，意味着PC1下次再跟PC4通信时要再发送ARP请求。,Company Logo,RARP（逆地址解析协议）,一般用于无盘工作站。 1、无盘工作站只有MAC地址； 2、启动后运行ROM程序； 3、从局域网其他主机（如文件服务器）下载操作系统和TCP/IP协议软件； 4、运行ROM程序中的RARP协议； 5、向局域网RARP服务器询问自己的IP地址； 6、RARP服务器查找事先做好的各无盘工作站的MAC地址跟IP地址的映射表； 7、RARP服务器返回该无盘工作站的IP地址作为响应。,Company Logo,因特网控制报文协议

18、ICMP,互连网络连通性管理的问题：,Company Logo,因特网控制报文协议ICMP,PING应用： PC1和PC20有网络互连，PC20处于开机状态，且PC1上用ping命令探测的IP地址就是PC20的IP地址。这种情况下，PC1会得到类似“Reply from 172.18.3.120: bytes=32 time1ms TTL=128”这样的结果，表示从172.18.3.120主机有回复信息返回。 上图中间部分，除了PC20处于关机状态外，其它情况同第一种情况。此时，PC1会得到“Request timed out.”这样的结果，表示“请求超时”。 上图最后部分，几乎和第一种情况相同，除了PC1用ping命令探测的IP地址是“162.18.6.120”，而在路由器R1的整个路由表中，没有