計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)及應(yīng)用CH06網(wǎng)絡(luò)互連

1、第6章 網(wǎng)絡(luò)互連,2020/7/6,本章主要內(nèi)容,6.1 路由器在網(wǎng)際互連中的作用 6.2 網(wǎng)際協(xié)議 IP 6.3 子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼,6.1 路由器在網(wǎng)際互連中的作用,路由器的作用 連通不同的網(wǎng)絡(luò)，它能將不同網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對(duì)方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)。 選擇信息傳送的線路。將該數(shù)據(jù)有效地傳送到目的站點(diǎn)，在路由過程中，信息至少會(huì)經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。,Router A,Router B,6.1 路由器在網(wǎng)際互連中的作用,路由器是互聯(lián)網(wǎng)的主要節(jié)點(diǎn)設(shè)備。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（routing） 作為不同網(wǎng)絡(luò)之間互相連接

2、的樞紐，路由器系統(tǒng)構(gòu)成了基于TCP/IP的Internet的主體脈落,（1）路由器在網(wǎng)際互連中的作用,A,B,C,當(dāng)主機(jī) A 要向另一個(gè)主機(jī) B 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，先要檢查目的主機(jī) B 是否與源主機(jī) A 連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。 如果是，就將數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī) B 而不需要通過路由器。,但如果目的主機(jī)與源主機(jī) A 不是連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，則應(yīng)將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器，由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)路由器。這就叫作間接交付。,課件制作人：謝希仁,（2）路由器的基本結(jié)構(gòu),總體來說，Router就是一臺(tái)Pc。 它與PC的區(qū)別是缺少終端顯示設(shè)備，以及鍵盤鼠標(biāo)的輸入等，因此要

3、實(shí)現(xiàn)對(duì)Router的操作必須借助PC。,路由器的基本結(jié)構(gòu),CPU 中央處理器。是進(jìn)行運(yùn)算和處理的主要部件。 Flash Memory 閃存。是可擦除，可編程的ROM，斷電后不消失，主要用于存放IOS(Router操作系統(tǒng))。 Rom 只讀存儲(chǔ)器。通常將Router的引導(dǎo)程序保存此處，當(dāng)Router加電啟動(dòng)時(shí)，自動(dòng)執(zhí)行該程序，完成Router自檢及加載IOS。,Ram 隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，斷電后內(nèi)容丟失。類似與PC中的內(nèi)存，用于存儲(chǔ)路由表、ARP高速緩存、數(shù)據(jù)包高速緩存等。 Nvram 非易失性Ram，斷電時(shí)，內(nèi)容不丟失。用于保存配置文件。 I/O 輸入/輸出接口(Interface)。提供路由器與

4、其他網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)連接的端口，是數(shù)據(jù)進(jìn)出Router的通道,6.2網(wǎng)際協(xié)議IP,6.2.1 IP地址,6.2.1 IP地址,6.2.1 IP地址,IP 地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的 32 bit 的標(biāo)識(shí)符。 IP 地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進(jìn)行分配 IP地址是一個(gè)32比特的二進(jìn)制數(shù)字，為方便人們書寫和記憶，用點(diǎn)分十進(jìn)制表示。,（1）點(diǎn)分十進(jìn)制記法,采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法 則進(jìn)一步提高可讀性,128.11.3.31,128 11 3 3

5、1,將每 8 bit 的二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù),點(diǎn)分十進(jìn)制,又如：166.111.4.80,10100110,01101111,00000100,01010000,255,最大值,255,255,255,IP分組:,（2）IP地址的構(gòu)成,每個(gè)IP地址分為兩部分：網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。網(wǎng)絡(luò)號(hào)用來表明節(jié)點(diǎn)所在的網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)號(hào)表明節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)里的編號(hào)。,（3）IP地址分類,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)所占位數(shù)不同，IP地址可以分為A、B、C、D、E五大類。 A、B、C類地址用來分配給主機(jī)和路由器 A類 大型網(wǎng)絡(luò) B類 中型網(wǎng)絡(luò) C類 小型網(wǎng)絡(luò) D類地址是組播地址。 E類地址保留。,IP地址分類,IP 地址分類,A類地

6、址,網(wǎng)絡(luò)號(hào)占1字節(jié)，主機(jī)號(hào)占3字節(jié) 第1個(gè)比特固定是0， 每個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)中可分配的IP地址數(shù)是2242 最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)：126 第一個(gè)字節(jié)的取值在1126之間,B類地址,網(wǎng)絡(luò)號(hào)占2字節(jié)，主機(jī)號(hào)占2字節(jié) 前兩個(gè)比特固定是10 每個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)中最多容納(2162)（65534）臺(tái)主機(jī) 最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)：214 （16384） 第一個(gè)字節(jié)的取值在128191之間,C類地址,網(wǎng)絡(luò)號(hào)占3字節(jié)，主機(jī)號(hào)占1字節(jié) 前三個(gè)比特固定是110 每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)中最多容納254臺(tái)主機(jī) 最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)：221 第一個(gè)字節(jié)的取值在192223之間,注意:網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)不能出現(xiàn)全0或全1狀態(tài)； 主機(jī)標(biāo)識(shí)不能出現(xiàn)全0或全1狀態(tài)。,（4）如何獲得IP地址

7、,一個(gè)機(jī)構(gòu)如果想接入因特網(wǎng)，要向本地的ISP或因特網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)IP地址。 申請(qǐng)到IP地址后，可以通過兩種方式分配IP 第一種是手工為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配IP，這樣得到的地址稱為靜態(tài)地址。除非是網(wǎng)絡(luò)管理人員重新配置網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)的IP地址不會(huì)變化。服務(wù)器的IP地址都應(yīng)該是靜態(tài)IP地址。 第二種方式是借助于動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)自動(dòng)地分配地址，這種地址稱為動(dòng)態(tài)地址。,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,

8、222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),在同一個(gè)局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)必須是一樣的。 圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 net-id,互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1

9、,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,222.1.6.1,222.1.5.1,222.1.5.2,222.1.6.2,222.1.4.1,222.1.4.2,222.1.3.3,222.1.3.2,222.1.3.1,R3,R2,222.1.3.,LAN3,N3,N2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N1,LAN2,LAN1,互聯(lián)網(wǎng),路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。 路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè) 不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP

10、地址。,（5）私有IP地址,有一類IP地址非常特殊，它不需要申請(qǐng)，直接就可以使用，這類IP稱為私有地址（private address）。 私有地址的范圍包括: （1） 10.0.0.010.255.255.255 （2） 172.16.0.0172.31.255.255 （3） 192.168.0.0192.168.255.255,私有IP地址的特點(diǎn)是只能在一個(gè)機(jī)構(gòu)內(nèi)部使用，不能和因特網(wǎng)上的主機(jī)通信，因?yàn)槁酚善髂J(rèn)對(duì)于目的地址是私有地址的IP 數(shù)據(jù)報(bào)一律不與轉(zhuǎn)發(fā)。私有地址的通信被嚴(yán)格地限制在本地網(wǎng)絡(luò)之內(nèi)。 如果一個(gè)機(jī)構(gòu)不接入因特網(wǎng)，但是內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)還要使用TCP/IP協(xié)議通信，這時(shí)使用私有地址

11、是非常好的選擇。,6.2網(wǎng)際協(xié)議IP,6.2.2 共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng),6.2.2 共享式以太網(wǎng)和交換式以太網(wǎng),集線器,一、共享式以太網(wǎng),是一個(gè)物理層設(shè)備。,用多個(gè)集線器可連成更大的局域網(wǎng),集線器,一、共享式以太網(wǎng),集線器是一種共享的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)，即每一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)端口發(fā)送數(shù)據(jù)。如果有兩臺(tái)主機(jī)同時(shí)發(fā)送就會(huì)產(chǎn)生沖突。,一、 共享式以太網(wǎng),共享式以太網(wǎng)是基于廣播的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)的，因?yàn)榧€器不能識(shí)別幀，所以它就不知道一個(gè)端口收到的幀應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口，它只好把幀發(fā)送到除源端口以外的所有端口，這樣網(wǎng)絡(luò)上所有的主機(jī)都可以收到這些幀。,二、 交換式以太網(wǎng),交換的

12、提出：將一個(gè)大型的以太網(wǎng)分割成兩個(gè)或多個(gè)小型的以太網(wǎng)，每個(gè)段（分割后的每個(gè)小以太網(wǎng)）使用CSMA/CD介質(zhì)訪問控制方法維持段內(nèi)用戶的通信。,A,B,C,A向B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，D向E也可發(fā)送數(shù)據(jù),D,E,F,交換機(jī),二、交換式以太網(wǎng),交換式以太網(wǎng)是指以數(shù)據(jù)鏈路層的幀為數(shù)據(jù)交換單位，以以太網(wǎng)交換機(jī)為基礎(chǔ)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。交換式以太網(wǎng)允許多對(duì)結(jié)點(diǎn)同時(shí)通信，每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以獨(dú)占傳輸通道和帶寬。,交換機(jī)是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備。 交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，能夠識(shí)別出這個(gè)幀的結(jié)構(gòu)，根據(jù)幀的目的地址，將這個(gè)幀轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的某個(gè)端口上去，而不是廣播到其他所有的端口。 在每個(gè)交換機(jī)內(nèi)部都維護(hù)有一張表，這個(gè)表記錄了交換機(jī)上每個(gè)端口

13、所連接主機(jī)的MAC地址信息，交換機(jī)根據(jù)這個(gè)表來把數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到正確的端口上。,交換機(jī)工作原理,交換機(jī),交換機(jī)端口獨(dú)享帶寬,A,C,E,B,D,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.5555,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,E4,DA,如果數(shù)據(jù)幀的目的地址在交換機(jī)的地址表中，那么就根據(jù)地址表轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。,A,C,E,B,D,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.5555,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,E4

14、,DA 同時(shí)B C,主機(jī)D和主機(jī)A之間，主機(jī)C和主機(jī)B之間也獨(dú)享一條鏈路,交換機(jī)的地址管理機(jī)制,交換機(jī)的MAC地址表中，一條表項(xiàng)由一個(gè)主機(jī)MAC地址和該地址所位于的交換機(jī)端口號(hào)組成。 整張地址表的生成采用動(dòng)態(tài)自學(xué)習(xí)的方法，即當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀以后，將數(shù)據(jù)幀的源地址和輸入端口記錄在MAC地址表中。,A,C,E,B,D,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.5555,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,E4,DE,Port MAC Address E3 0260.8c01.4444,MAC地址學(xué)習(xí),A,C

15、,E,B,D,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.5555,0260.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,E4,DE,Port MAC Address E3 0260.8c01.4444 E4 0260.8c01.5555,6.3 子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼,6.3.1 子網(wǎng)和子網(wǎng)掩碼,一、 劃分子網(wǎng),（1）為什么要?jiǎng)澐肿泳W(wǎng)？ 根據(jù)IP地址的特點(diǎn)，每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)都會(huì)有一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)號(hào)與之對(duì)應(yīng)，不同的物理網(wǎng)絡(luò)具有不同的IP網(wǎng)絡(luò)號(hào)。隨著接入因特網(wǎng)的物理網(wǎng)絡(luò)越來越多，每增加一個(gè)網(wǎng)絡(luò)就要分配給它一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)號(hào)。 網(wǎng)絡(luò)數(shù)目的激增造成IP

16、網(wǎng)絡(luò)的激增，路由表也急劇膨脹，給路由器的性能帶來很大負(fù)面影響。,基于以上原因，產(chǎn)生了IP子網(wǎng)技術(shù)。IP子網(wǎng)技術(shù)的基本思想就是在IP地址足夠分配的前提下，讓多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)共用一個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)號(hào)，減少了地址浪費(fèi)，同時(shí)還方便了管理。,劃分IP子網(wǎng)示例,二、如何劃分子網(wǎng),子網(wǎng)劃分實(shí)際上是將原來屬于主機(jī)位的比特“借”過來作為子網(wǎng)號(hào) 。,子網(wǎng)劃分,二、如何劃分子網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子網(wǎng)地址主機(jī)地址 例一個(gè)B類的網(wǎng)絡(luò)128.1.0.0，要?jiǎng)澐?個(gè)子網(wǎng)，需要借幾個(gè)主機(jī)位？每個(gè)子網(wǎng)的IP地址范圍是多少，網(wǎng)絡(luò)號(hào)是多少？,要求借主機(jī)位時(shí)只能從高到低借。 每種組合都可以作為一個(gè)子網(wǎng)號(hào)。但在子網(wǎng)劃分中，全0和全1的子網(wǎng)號(hào)一般要

17、保留，不用來分配,二、如何劃分子網(wǎng),子網(wǎng)位數(shù)確定后，計(jì)算每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和IP地址的范圍。3位二進(jìn)制數(shù)字的組合為000，001，010，011，100，101，110，111。因?yàn)槿?和全1的子網(wǎng)號(hào)保留，所以可用的子網(wǎng)號(hào)為001，010，011，100，101，110一共6個(gè)子網(wǎng)。我們選用前3個(gè)組合作為子網(wǎng)號(hào)，則第一個(gè)子網(wǎng)中IP地址應(yīng)該滿足以下形式： 10000000 00000001 001xxxxx xxxxxxxx 子網(wǎng)內(nèi)主機(jī)的IP地址范圍為： 10000000 00000001 00100000 00000001 到 10000000 00000001 00111111 1111111

18、0,二、如何劃分子網(wǎng),則第一個(gè)子網(wǎng)的IP地址范圍為 128.1.32.1128.1.63.254 第一個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)為128.1.32.0 10000000 00000001 00100000 00000000 第一個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)廣播地址為128.1.63.255 10000000 00000001 00111111 11111111 其余兩個(gè)子網(wǎng)可以類似得出。,子網(wǎng)的地址范圍,二、如何劃分子網(wǎng),舉例,某公司需要對(duì)B類網(wǎng)絡(luò)139.21.0.0進(jìn)行子網(wǎng)劃分（除去全0和全1的子網(wǎng)），要求每個(gè)子網(wǎng)中的主機(jī)數(shù)在1000臺(tái)左右，試計(jì)算：需要借多少個(gè)主機(jī)位來劃分子網(wǎng)？,三、子網(wǎng)掩碼,出現(xiàn)了IP子網(wǎng)后，給定一

19、個(gè)IP地址，如63.1.2.3，如何確定它的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分？ 使用子網(wǎng)掩碼來表示IP地址中的網(wǎng)絡(luò)部分（包括子網(wǎng)位）和主機(jī)部分。,子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)掩碼是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，用來指明IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分（包括子網(wǎng)）占多少位，主機(jī)部分占多少位。 子網(wǎng)掩碼的確定 IP地址中為網(wǎng)絡(luò)的部分，在子網(wǎng)掩碼中對(duì)應(yīng)位數(shù)為1。 IP地址中為主機(jī)的部分，在子網(wǎng)掩碼中對(duì)應(yīng)位數(shù)為0。,子網(wǎng)掩碼,子網(wǎng)掩碼表示方法：網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)號(hào)置1，主機(jī)號(hào)置0。,計(jì)算某個(gè)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)號(hào),已知一個(gè)IP地址和它的子網(wǎng)掩碼，將這個(gè)IP 地址和它的子網(wǎng)掩碼按位進(jìn)行“與”運(yùn)算，就可以獲得這個(gè)IP的網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分。 例如：已知145.13.32.11的子

20、網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，則145.13.32.11的網(wǎng)絡(luò)號(hào)為145.13.32.0。,二進(jìn)制的IP地址與掩碼按位進(jìn)行“與” 運(yùn)算的過程,根據(jù)主機(jī)的IP地址判斷是否屬于同一個(gè)子網(wǎng),在劃分子網(wǎng)的情況下，判斷兩臺(tái)主機(jī)是不是在同一個(gè)子網(wǎng)中，看它們的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)地址是不是相同。 實(shí)例： 主機(jī)1的IP地址為156.26.27.135，主機(jī)2的IP地址為156.26.27.110，子網(wǎng)掩碼都為255.255.255.192， 判斷它們是不是在同一個(gè)子網(wǎng)上。,主機(jī)1的IP地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算： 主機(jī)2的IP地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算：,10010010.00011010.00011011.10000

21、111,11111111.11111111.11111111.11000000,主機(jī)1的IP地址：,子網(wǎng)掩碼：,10010010.00011010.00011011.10000000,與運(yùn)算結(jié)果：,10010010.00011010.00011011.01101110,11111111.11111111.11111111.11000000,主機(jī)2的IP地址：,子網(wǎng)掩碼：,10010010.00011010.00011011.01000000,與運(yùn)算結(jié)果：,默認(rèn)子網(wǎng)掩碼,對(duì)于A、B、C類地址，如果不劃分子網(wǎng)，則默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼為： A類：255.0.0.0 B類：255.255.0.0 C類：25

22、5.255.255.0,“/24” 表示子網(wǎng)掩碼有24位,“/16” 表示子網(wǎng)掩碼有16位，也就是255.255.0.0,也就是255.255.255.0,劃分子網(wǎng)舉例,例：某大型跨國公司的管理者從網(wǎng)絡(luò)管理中心獲得 一個(gè)A類IP地址121.0.0.0；需要?jiǎng)澐?000個(gè)子網(wǎng)。 分析：該公司需要有1 000個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)， 選擇子網(wǎng)號(hào)的位長為,10,？,11111111,11111111,11000000,00000000,分組在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳遞過程,由 A發(fā)送分組到 B: 檢查B的網(wǎng)絡(luò)地址部分（目的地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算） 發(fā)現(xiàn)B與A在同一網(wǎng)絡(luò)中 鏈路層把分組放在鏈路層的幀中直接發(fā)給B,misc fields,223.1.1.1,22