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1、單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,四川師范大學信息技術學院,第5章 網絡互連,第,5章 網絡互聯,5.1 網絡互聯設備,將網絡互相連接起來要使用一些,中間設備,(或,中間系統,)，,ISO,的術語稱之為,中繼,(,relay),系統。根據中繼系統所在的層次，可以有以下五種不同的中繼系統。,（1）物理層中繼系統，即,轉發器,(,repeater)、,集線器。實現范圍的擴大,（2）,數據鏈路層中繼系統，即,網橋,或,橋接器,(,bridge)，,二層交換機。實現簡單協議的轉換,（3）,網絡層中繼系統，即,路由器,(,router)，,三層交換機。,
2、（4）,網橋和路由器的混合物,橋路器,(,brouter,)。,（5）,在網絡層以上的中繼系統稱為,網關,(,gateway)，,也有人稱之為網間連接器、信關或聯網機。,5.2 因特網的網際協議,IP,IP,協議配套使用的有下述四個協議。,地址解析協議,ARP(Address Resolution Protocol),逆地址解析協議,RARP(Reverse Address Resolution Protocol),因特網控制報文協議,ICMP(Internet Control Message Protocol),因特網組管理協議,IGMP(Internet Group Management
3、Protocol),圖7-6畫出了這四個協議和網際協議,IP,的關系。,5.2.1 分類,IP,地址,1,IP,地址及其表示方法,IP,地址:=,(7-1),圖7-7給出了各種,IP,地址的網絡號字段和主機號字段，這里,A,類、,B,類和,C,類地址是最常用的。,路由器轉發分組的步驟是：,（1）先按所要找的,IP,地址中的網絡號,net-id,把目的網絡找到。,（2）當分組到達目的網絡后，再利用主機號,host-id,將數據報直接交付給目的主機。,從,IP,地址的結構來看，,IP,地址并不只是一個主機的號，而是指出了連接到某個網絡上的某個主機。,在主機或路由器中存放的,IP,地址都是32,bi
4、t,的二進制代碼。為了提高可讀性，在寫出給人看,的,IP,地址時，往往每隔8,bit,插入一個空格。但這樣還是不方便。于是我們常常將32,bit,的,IP,地址中的每8,bit,用其等效的十進制數字表示，并且在這些數字之間加上一個點。這就叫做,點分十進制記法,(,dotted decimal notation)。,圖7-8表示了這種方法，這是一個,B,類,IP,地址。,2常用的三種類別的,IP,地址,A,類地址的,net-id,字段占一個字節，只有7個比特可供使用。,整個,A,類地址空間共有2,31,(2147483648)個地址。,B,類地址的,net-id,字段有2字節，但前面兩個比特(1
5、 0)已經固定了，只剩下14個比特可以變化。,C,類地址有3個字節的,net-id,字段，最前面的3個比特是(1 1 0)，還有21個比特可以變化，因此,C,類地址的網絡總數是2097152(2,21,)(這里也不需要減2)。每一個,C,類地址的最大主機數是254，即(2,8,2)。整個,C,類地址空間共有536870912(2,29,)個地址。,表7-1所示的,IP,地址的使用范圍。,IP,地址具有以下一些重要特點：,（1）每一個,IP,地址都由網絡號和主機號兩部分組成。,（2）,IP,地址的這種結構和電話號碼(這里指的是固定電話)的等級結構雖然有相似之處，但并不完全一樣。,（3）當一個主機
6、同時連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的,IP,地址，其網絡號,net-id,是不同的。這種主機稱為,多歸宿主機,(,multihomed,host)，,或,多接口主機,。,（4）按照因特網的觀點，,用轉發器或網橋連接起來的若干個局域網仍為一個網絡,，因此這些局域網都具有同樣的網絡號,net-id。,（5）,在,IP,地址中，所有分配到網絡,號,net-id,的網絡都是平等的。,圖7-9畫出了3個局域網(,LAN,1,LAN,2,和,LAN,3,),通過3個路由器(,R,1,R,2,和,R,3,),互連起來所構成的一個互聯網(此互聯網用虛線圓角方框表示)。,應當注意到：,（1）在
7、同一個局域網上的主機或路由器的,IP,地址中的網絡號必須是一樣的。,（2）用網橋(它只在鏈路層工作)互連的網段仍然是一個局域網，只能有一個網絡號。,（3）路由器總是具有兩個或兩個以上的,IP,地址。,（4）當兩個路由器直接相連時，在連線兩端的接口處，可以指明也可以不指明,IP,地址。,5.2.2,IP,地址與硬件地址,圖7-10說明了主機的,IP,地址,與,硬件地址,的區別。從層次的角度看，,物理地址是數據鏈路層和物理層使用的地址，而,IP,地址是網絡層和以上各層使用的地址,。,IP,地址放在,IP,數據報的首部，而硬件地址則放在,MAC,幀的首部。在網絡層及以上使用的是,IP,地址，而數據鏈
8、路層及以下使用的是硬件地址,。因而在,數據鏈路層看不見數據報的,IP,地址,。,圖7-11,(,a),畫的是三個局域網用兩個路由器,R,1,和,R,2,互連起來。,圖7-11(,b),特別強調了,IP,地址與硬件地址的區別。表7-2歸納了這種區別。,強調指出的是：,（1）,在,IP,層抽象的互聯網上只能看到,IP,數據報,。,（2）雖然,在,IP,數據報首部有源站,IP,地址，但,路由器只根據目的站的,IP,地址的網絡號進行路由選擇,。,（3）,在具體的物理網絡的鏈路層，只能看見,MAC,幀,(,在,X.25,網的鏈路層則是,HDLC,幀)。,（4）盡管互連在一起的網絡的硬件地址體系各不相同，
9、,但,IP,層抽象的互聯網卻屏蔽了下層這些很復雜的細節。只要我們在網絡層上討論問題，就能夠使用統一的、抽象的,IP,地址研究主機和主機或路由器之間的通信,。,5.2.3 地址解析協議,ARP,和逆地址解析協議,RARP,由于,IP,地址有32,bit，,而局域網的硬件地址是48,bit，,因此它們之間不存在簡單的轉換關系。,圖7-12(,a),是主機,A,廣播發送,ARP,請求分組的示意圖。,5.2.5,IP,層處理數據報的流程,路由器和結點交換機還有些區別。這就是：,路由器是用來連接不同的網絡，而結點交換機只是在一個特定的網絡中工作。,路由器是專門用來轉發分組的，而結點交換機還可接上許多個主
10、機。,路由器使用統一的,IP,協議，而結點交換機使用所在廣域網的特定協議。,路由器根據目的網絡地址找出下一跳(即下一個路由器)，而結點交換機則根據目的站所接入的交換機號找出下一跳(即下一個結點交換機)。,圖7-16(,a),是一個路由表的簡單的例子。,5.3 劃分子網和構造超網,7.3.1 子網的劃分,1劃分子網的概念和思路,第一，,IP,地址空間的利用率有時很低。,第二，給每一個物理網絡分配一個網絡號會使路由表變得太大因而使網絡性能變壞。,第三，兩級的,IP,地址不夠靈活。,圖7-17表示一個單位擁有一個,B,類,IP,地址，網絡地址是145.13.0.0(,net-id,是145.13)。
11、,現將圖7-17的網絡劃分為三個子網，如圖7-18所示。,2子網掩碼,子網掩碼和,IP,地址一樣長，都是32,bit，,并且是由一串1和跟隨的一串0組成。,網絡地址,(即,子網地址,)就是將主機號置為全0的,IP,地址。這也是將子網掩碼和,IP,地址逐比特相“,與,”(,AND),的結果。,對于連接在一個子網上的所有主機和路由器，其子網掩碼都是同樣的。,子網掩碼是整個子網的一個重要屬性,。,我們以一個,B,類地址為例，說明可以有多少種子網劃分的方法。在采用固定長度子網時，所劃分的,所有,子網的子網掩碼都是相同的，如表7-5所示。,5.3.2 在使用子網時分組的轉發,路由表中的每行主要應包括,目
12、的網絡地址、子網掩碼,和,下一跳地址,。,圖7-20畫出了包括三個子網的網絡拓撲。,5.3.3 無分類編址,CIDR(,構造超網),1,、,Internet,面臨的問題,（1）,B,類,地址將用完，但利用效率又不高。,（2）路由器中的路由表項目急劇增加，尋址時間加長。,（3,）,IPv4,的地址用完。,2,網絡前綴,CIDR,最主要的特點有兩個：,（1）,CIDR,消除了傳統的,A,類、,B,類和,C,類地址以及劃分子網的概念，因而可以更加有效地分配,IPv4,的地址空間，并且可以在新的,IPv6,使用之前容許因特網的規模繼續增長。,（2）,CIDR,將網絡前綴都相同的連續的,IP,地址組成“,CIDR,地址塊”。,表7-6給出了最常用的,CIDR,地址塊,。,3最長前綴匹配,應當從匹配結果中選擇具有最長網絡前綴的路由,。這叫做,最長前綴匹配,(,longest-prefix matching)，,這是因為網絡前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就,越具體,(,more specific)。,最長前綴匹配又為,最長匹配,或,最佳匹配,。,
第5章網絡互聯與IP地址
