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1、大家好,第6章 网络互连,24.03.2023,本章主要内容,6.1 路由器在网际互连中的作用 6.2 网际协议 IP6.3 子网和子网掩码,6.1 路由器在网际互连中的作用,路由器的作用连通不同的网络，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。选择信息传送的线路。将该数据有效地传送到目的站点，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。,Router A,Router B,6.1 路由器在网际互连中的作用,路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择（routing）作为不同网络之间互相
2、连接的枢纽，路由器系统构成了基于TCP/IP的Internet的主体脉落,（1）路由器在网际互连中的作用,A,B,C,当主机 A 要向另一个主机 B 发送数据报时，先要检查目的主机 B 是否与源主机 A 连接在同一个网络上。如果是，就将数据报直接交付给目的主机 B 而不需要通过路由器。,但如果目的主机与源主机 A 不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。,（2）路由器的基本结构,总体来说，Router就是一台Pc。它与PC的区别是缺少终端显示设备，以及键盘鼠标的输入等，因此要实现对Router的
3、操作必须借助PC。,路由器的基本结构,CPU中央处理器。是进行运算和处理的主要部件。Flash Memory闪存。是可擦除，可编程的ROM，断电后不消失，主要用于存放IOS(Router操作系统)。Rom只读存储器。通常将Router的引导程序保存此处，当Router加电启动时，自动执行该程序，完成Router自检及加载IOS。,Ram随机存取存储器，断电后内容丢失。类似与PC中的内存，用于存储路由表、ARP高速缓存、数据包高速缓存等。Nvram非易失性Ram，断电时，内容不丢失。用于保存配置文件。I/O输入/输出接口(Interface)。提供路由器与其他网络介质连接的端口，是数据进出Rou
4、ter的通道,6.2网际协议IP,6.2.1 IP地址,6.2.1 IP地址,6.2.1 IP地址,IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 bit 的标识符。IP 地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配 IP地址是一个32比特的二进制数字，为方便人们书写和记忆，用点分十进制表示。,（1）点分十进制记法,采用点分十进制记法则进一步提高可读性,128.11.3.31,128 11 3 31,将每 8 bit 的二进制数转换为十进制数
5、,点分十进制,又如：166.111.4.80,10100110,01101111,00000100,01010000,255,最大值,255,255,255,IP分组:,（2）IP地址的构成,每个IP地址分为两部分：网络号和主机号。网络号用来表明节点所在的网络，主机号表明节点在网络里的编号。,（3）IP地址分类,根据网络号和主机号所占位数不同，IP地址可以分为A、B、C、D、E五大类。A、B、C类地址用来分配给主机和路由器 A类 大型网络 B类 中型网络 C类 小型网络D类地址是组播地址。E类地址保留。,IP地址分类,IP 地址分类,A类地址,网络号占1字节，主机号占3字节 第1个比特固定是0
6、，每个A类网络中可分配的IP地址数是2242 最大网络数：126 第一个字节的取值在1126之间,B类地址,网络号占2字节，主机号占2字节前两个比特固定是10 每个B类网络中最多容纳(2162)（65534）台主机最大网络数：214（16384）第一个字节的取值在128191之间,C类地址,网络号占3字节，主机号占1字节前三个比特固定是110 每个C类网络中最多容纳254台主机最大网络数：221第一个字节的取值在192223之间,注意:网络标识不能出现全0或全1状态；主机标识不能出现全0或全1状态。,（4）如何获得IP地址,一个机构如果想接入因特网，要向本地的ISP或因特网管理机构申请IP地址
7、。申请到IP地址后，可以通过两种方式分配IP第一种是手工为每个节点分配IP，这样得到的地址称为静态地址。除非是网络管理人员重新配置网络，节点的IP地址不会变化。服务器的IP地址都应该是静态IP地址。第二种方式是借助于动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）为网络中的节点自动地分配地址，这种地址称为动态地址。,互联网中的 IP 地址,B,222.1.1.,222.1.1.1,222.1.1.2,222.1.1.3,222.1.1.4,R1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4
8、,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,互联网,在同一个局域网上的主机或路由器的IP 地址中的网络号必须是一样的。图中的网络号就是 IP 地址中的 net-id,互联网中的 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
9、.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,互联网,路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。,（5）私有IP地址,有一类IP地址非常特殊，它不需要申请，直接就可以使用，这类
10、IP称为私有地址（private address）。私有地址的范围包括:（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地址的特点是只能在一个机构内部使用，不能和因特网上的主机通信，因为路由器默认对于目的地址是私有地址的IP 数据报一律不与转发。私有地址的通信被严格地限制在本地网络之内。如果一个机构不接入因特网，但是内部的网络还要使用TCP/IP协议通信，这时使用私有地址是非常好的选择。,6.2网际协议IP,6.2.2 共享式以太网和交换式以太网,6.2.2 共享式以太网
11、和交换式以太网,集线器,一、共享式以太网,是一个物理层设备。,用多个集线器可连成更大的局域网,集线器,一、共享式以太网,集线器是一种共享的网络设备，所有连接到集线器的设备共享同一介质，即每一个时刻只能有一个端口发送数据。如果有两台主机同时发送就会产生冲突。,一、共享式以太网,共享式以太网是基于广播的方式来发送数据的，因为集线器不能识别帧，所以它就不知道一个端口收到的帧应该转发到哪个端口，它只好把帧发送到除源端口以外的所有端口，这样网络上所有的主机都可以收到这些帧。,二、交换式以太网,交换的提出：将一个大型的以太网分割成两个或多个小型的以太网，每个段（分割后的每个小以太网）使用CSMA/CD介质
12、访问控制方法维持段内用户的通信。,A,B,C,A向B发送数据时，D向E也可发送数据,D,E,F,交换机,二、交换式以太网,交换式以太网是指以数据链路层的帧为数据交换单位，以以太网交换机为基础构成的网络。交换式以太网允许多对结点同时通信，每个结点可以独占传输通道和带宽。,交换机是工作在数据链路层的设备。交换机收到一个数据帧后，能够识别出这个帧的结构，根据帧的目的地址，将这个帧转发到对应的某个端口上去，而不是广播到其他所有的端口。在每个交换机内部都维护有一张表，这个表记录了交换机上每个端口所连接主机的MAC地址信息，交换机根据这个表来把数据帧转发到正确的端口上。,交换机工作原理,交换机,交换机端口
13、独享带宽,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,如果数据帧的目的地址在交换机的地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口。,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,DA 同时B C,主机D和主机A之间，主机C和主机B之间也独享一条链路,交换机的地址管理机制,交换机的MAC
14、地址表中，一条表项由一个主机MAC地址和该地址所位于的交换机端口号组成。整张地址表的生成采用动态自学习的方法，即当交换机收到一个数据帧以后，将数据帧的源地址和输入端口记录在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地址学习,A,C,E,B,D,0260.8c01.1111,0260.8c01.2222,0260.8c01.5555,0260
15、.8c01.3333,0260.8c01.4444,E0,E1,E2,E3,E4,DE,Port MAC Address E3 0260.8c01.4444 E4 0260.8c01.5555,6.3 子网和子网掩码,6.3.1 子网和子网掩码,一、划分子网,（1）为什么要划分子网？根据IP地址的特点，每一个物理网络都会有一个IP网络号与之对应，不同的物理网络具有不同的IP网络号。随着接入因特网的物理网络越来越多，每增加一个网络就要分配给它一个IP网络号。网络数目的激增造成IP网络的激增，路由表也急剧膨胀，给路由器的性能带来很大负面影响。,基于以上原因，产生了IP子网技术。IP子网技术的基本思
16、想就是在IP地址足够分配的前提下，让多个物理网络共用一个IP网络号，减少了地址浪费，同时还方便了管理。,划分IP子网示例,二、如何划分子网,子网划分实际上是将原来属于主机位的比特“借”过来作为子网号。,子网划分,二、如何划分子网,网络地址网络内子网地址主机地址 例一个B类的网络128.1.0.0，要划分3个子网，需要借几个主机位？每个子网的IP地址范围是多少，网络号是多少？,要求借主机位时只能从高到低借。每种组合都可以作为一个子网号。但在子网划分中，全0和全1的子网号一般要保留，不用来分配,二、如何划分子网,子网位数确定后，计算每个子网的网络号和IP地址的范围。3位二进制数字的组合为000，0
17、01，010，011，100，101，110，111。因为全0和全1的子网号保留，所以可用的子网号为001，010，011，100，101，110一共6个子网。我们选用前3个组合作为子网号，则第一个子网中IP地址应该满足以下形式：10000000 00000001 001xxxxx xxxxxxxx 子网内主机的IP地址范围为：10000000 00000001 00100000 00000001到 10000000 00000001 00111111 11111110,二、如何划分子网,则第一个子网的IP地址范围为 128.1.32.1128.1.63.254 第一个子网的网络号为128.1
18、.32.0 10000000 00000001 00100000 00000000第一个子网的子网广播地址为128.1.63.255 10000000 00000001 00111111 11111111其余两个子网可以类似得出。,子网的地址范围,二、如何划分子网,举例,某公司需要对B类网络139.21.0.0进行子网划分（除去全0和全1的子网），要求每个子网中的主机数在1000台左右，试计算：需要借多少个主机位来划分子网？,三、子网掩码,出现了IP子网后，给定一个IP地址，如63.1.2.3，如何确定它的网络部分和主机部分？使用子网掩码来表示IP地址中的网络部分（包括子网位）和主机部分。,子
19、网掩码,子网掩码是一个32位的二进制数，用来指明IP地址的网络部分（包括子网）占多少位，主机部分占多少位。子网掩码的确定IP地址中为网络的部分，在子网掩码中对应位数为1。IP地址中为主机的部分，在子网掩码中对应位数为0。,子网掩码,子网掩码表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0。,计算某个主机的网络号,已知一个IP地址和它的子网掩码，将这个IP 地址和它的子网掩码按位进行“与”运算，就可以获得这个IP的网络号部分。例如：已知145.13.32.11的子网掩码为255.255.255.0，则145.13.32.11的网络号为145.13.32.0。,二进制的IP地址与掩码按位进行“与”运算的过
20、程,根据主机的IP地址判断是否属于同一个子网,在划分子网的情况下，判断两台主机是不是在同一个子网中，看它们的网络号与子网地址是不是相同。实例：主机1的IP地址为156.26.27.135，主机2的IP地址为156.26.27.110，子网掩码都为255.255.255.192，判断它们是不是在同一个子网上。,主机1的IP地址与子网掩码做与运算：主机2的IP地址与子网掩码做与运算：,10010010.00011010.00011011.10000111,11111111.11111111.11111111.11000000,主机1的IP地址：,子网掩码：,10010010.00011010.00
21、011011.10000000,与运算结果：,10010010.00011010.00011011.01101110,11111111.11111111.11111111.11000000,主机2的IP地址：,子网掩码：,10010010.00011010.00011011.01000000,与运算结果：,默认子网掩码,对于A、B、C类地址，如果不划分子网，则默认的子网掩码为：A类：255.0.0.0B类：255.255.0.0C类：255.255.255.0,“/24”表示子网掩码有24位,“/16”表示子网掩码有16位，也就是255.255.0.0,也就是255.255.255.0,划分子
22、网举例,例：某大型跨国公司的管理者从网络管理中心获得 一个A类IP地址121.0.0.0；需要划分1000个子网。分析：该公司需要有1 000个物理网络，选择子网号的位长为,10,？,11111111,11111111,11000000,00000000,分组在同一网络内的传递过程,由 A发送分组到 B:检查B的网络地址部分（目的地址与子网掩码做与运算）发现B与A在同一网络中链路层把分组放在链路层的帧中直接发给B,miscfields,223.1.1.1,223.1.1.3,data,255.255.255.0,分组的传递过程,由 A发送给 E:检查 E的网络地址E 在不同 网络上网关的地址为
23、223.1.1.4 链路层将分组封装在链路层帧中发给地址为223.1.1.4的路由器（网关）分组到达 223.1.1.4,miscfields,223.1.1.1,223.1.2.2,data,128.30.33.1,0,128.30.33.13,H1,子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36
24、.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,路由器的路由表,网际协议 IP 及其配套协议,各种应用层协议,网络接口层,(TELNET,FTP,SMTP 等),物理硬件,运输层,TCP,UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,与各种网络接口,网际层,IGMP,IP 地址与MAC地址,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,IP地址和MAC地址,MAC地址（物理地址）：48位，是数据链路层的地址，固化在网卡的ROM上，全球惟一，在具体的物理网络上标识不同的主机，但不能标识出网络位置IP地址（逻辑地址）：32位，是Internet对各种物理网络地址的统一是在IP层完成的。也是唯一的，但更重要的是IP地址是有结构的。有网络号和主机号两部分。,
