計算機網絡教程（第2版）

第7章網絡互連

1

多人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

第7章網絡互連

7.1網絡'互連概述

7.1.1路由器的作用和組成

7.1.2IP虛擬網

7.2因特網的網際協議IP

7.2.1分類的IP地址

7.2.2IP地址與硬件地址

7.2.3地址解析協議ARP和逆地址解析協議

RARP

7.2.4IP數據報的格式

7.2.5IP層處理數據報的流程

:人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

'POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

第7章網絡互連（續）

7.3劃分子網和構造超網

7.3.1劃分子網

7.3.2使用子網時分組的轉發

7.3.3無分類編址CIDR（構造超網）

7.4因特網控制報文協議ICMP

7.5因特網的路由選擇協議

7.5.1有關路由選擇協議的幾個基本概念

7.5.2內部網關協議RIP

7.5.3內部網關協議OSPF

7.5.4外部網關協議BGP

3

售人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教學配套課件

，■第7章網絡互連(續)

JI~-

7.6因特網組中的多播

7.6.1IP多播的基本概念

7.6.2因特網組管理協議IGMP

7.6.3多播路由選擇

7.7虛擬專用網VPN和網絡地址轉換NAT

7.7.1虛擬專用網VPN

7.7.2網絡地址轉換NAT

7.8下一代的網際協議IPv6(IPng)

7.8.1解決IP地址耗盡的措施

7.8.2IPv6的基本首部

7.8.3IPv6的編址

7.8.4從IPv4向IPv6過渡

7.8.5ICMPv6

4

?人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教學配套課件

7.1網絡互連概述

7.1.1路由器的作用和組成

■當主機A要向另一個主機B發送數據報時，

先要檢查目的主機B是否與源主機A連接在

同一個網絡上。

■如果是，就將數據報直接交付給目的主機B而

不需要通過路由器。

■但如果目的主機與源主機A不是連接在同一個

網絡上，則應將數據報發送給本網絡上的某個

路由器，由該路由器按照轉發表指出的路由將

數據報轉發給下一個路由器。這就叫作間接交

彳寸。5

多人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

直接交付和間接交付

直接交付不需要使用路由器

但間接交付就必須使用路由器

6

課件制作人：謝希仁

原版教學配套課件

】典型的路由器的結構

?路由選擇處理機

，二暴露路層

1——物理層路由表I選擇

1

輸入端口__________________輸出端口n

■T3｝卜2Hl卜>

分組處理

輸入/,口轉發表

二分組

輸出端口妻發

-卜口AaA3TA交換結構T3卜^"Hr>，

1F7

繆■嬲擦課件制作人：謝希仁

《“轉發和潞由選擇”的區別

■“轉發”(forwarding)就是路由器根據轉發表將用

戶的IP數據報從合適的端口轉發出去。

■“路由選擇”(routing)則是按照分布式算法，根

據從各相鄰路由器得到的關于網絡拓撲的變化

情況，動態地改變所選擇的路由。

■路由表是根據路由選擇算法得出的。而轉發表

是從路由表得出的。

■在討論路由選擇的原理時，往往不去區分轉發

表和路由表的區別，

8

?人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

/POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

輸入端口對線路上

收到的分組的處理

-數據鏈路層剝去幀首部和尾部后，將分組送到

網絡層的隊列中排隊等待處理。這會產生一定

的時延。

輸入端口的處理

從

線

交

路

換

接

結

收

構

分

組

多人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

POSTS&TELECOMPRESS|

原版教學配套課件

輸出端口將交換結構傳送

來的分組發送到線路

■當交換結構傳送過來的分組先進行緩存。數據

鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾

部，交給物理層后發送到外部線路。

輸出端口的處理

向

線

交

路

換

發

送

結

分

構

組

W

多人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

:POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

分組丟棄

■若路由器處理分組的速率趕不上分組進入

隊列的速率，則隊列的可用存儲空間最終

必定減少到零，這就使后面再進入隊列的

分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。

-路由器中的輸入或輸出隊列產生溢出是造

成分組丟失的重要原因。

11

?人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教學配套課件

7.1.2IP虛擬網

■互連在一起的網絡要進行通信,會遇到許

多問題需要解決，如：不同的尋址方案;

不同的最大分組長度不同的網絡接入機

制；不同的超時控制；不同的差錯恢復方

法；不同的狀態報告方法；不同的路由選

擇技術；不同的用戶接入控制；不同的服

務（面向連接服務和無連接服務）；不同

的管理與控制方式；等等。

12

殄人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

(a)互連網絡(b)虛擬互連網絡

課件制作人：謝希仁

原版教學配套課件

虛擬互連網絡的意義

■所謂虛擬互連網絡也就是邏輯互連網絡，它的

意思就是互連起來的各種物理網絡的異構性本

來是客觀存在的，但是我們利用IP協議就可

以使這些性能各異的網絡從用戶看起來好像是

一個統一的網絡。

■使用IP協議的虛擬互連網絡可簡稱為IP網。

■使用虛擬互連網絡的好處是：當互聯網上的主

機進行通信時，就好像在一個網絡上通信一

樣，而看不見互連的各具體的網絡異構細節。

14

?人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教學配套課件

、7.2因特網的網際協議IP

品示協議IP是TCP/IP體系中兩個最主要的協議之

一。與IP協議配套使用的還有四個協議：

■地址解析協議ARP

(AddressResolutionProtocol)

■逆地址解析協議RARP

(ReverseAddressResolutionProtocol)

-因特網控制報文協議ICMP

(InternetControlMessageProtocol)

■因特網組管理協議IGMP

簪metGroupManagementProtocop件制作人：謝希］

多人民郵電出版社

POSTS&TELECOMPRESS|

原版教學配套課件

網際協議IP及其配套協議

各種應用層協議

應用層

(TELNET,FTP,SMTP等)

運輸層TCP,UDP

ICMPIGMP

網際層IP

RARPARP

網絡接口層與各種網絡接口

物理硬件

16

課件制作人：謝希仁

原版教學配套課件

7.2.1分類的IP地址

LIP地址及其表示方法

■我們把整個因特網看成為一個單一的、抽

象的網絡。IP地址就是給每個連接在因特

網上的主機(或路由器)分配一個在全世

界范圍是唯一的32位的標識符。

■IP地址現在由因特網名字與號碼指派公司

ICANN(InternetCorporationforAssigned

NamesandNumbers)進彳亍分酉己

17

售人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教學配套課件

IP地址的編址方法

!分類的IP地址。這是最基本的編址方法，

在1981年就通過了相應的標準協議。

■子網的劃分。這是對最基本的編址方法的

改進，其標準［RFC950］在1985年通過。

■構成超網。這是比較新的無分類編址方法。

1993年提出后很快就得到推廣應用。

18

多人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

分類的IP地址

■每一類地址都由兩個固定長度的字段組

成，其中一個字段是網絡號net-id,它標

志主機（或路由器）所連接到的網絡，而

另一個字段則是主機號host-id,它標志該

主機（或路由器）。

■兩級的IP地址可以記為:

IP地址：：={v網絡號耳v主機號,}(7-1)

代表“定義為”19

殄人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

個PCJiSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址0：

<-net-id-----><---------------------host-id----------------------------->

8位24位

類地址10：

B1

V------------net-idhost-id

16位16位

類地址

C1101：

net-idhost-id-]

24位8位

D類地址1110；多播地址

E類地址11111保留為今后使用

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址0；

net-idhost-id

8位24位

B類地址的網絡號字段net-id為2

E類地址11111保留為今后使用

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址叵

<-net-id-----4*---------------------host-id

8位24位

E類地址保留為今后使用

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

E類地址1111；保留為今后使用

24

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址0；

<-net-idhost-id

E類地址11111保留為今后使用

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址0]

<-net-id-----4*---------------------host-id

8位24位

E類地址11111保留為今后使用

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址叵

<-net-id-----4*---------------------host-id

8位24位

E類地址保留為今后使用

原版教學配套課件

IP地址中的網絡號字段和主機號字段

A類地址0；

net-idhost-id

8位24位

B類地址10；

C類地址

D類地址

E類地址

原版教學配套課件

路由器轉發分組的步驟

■先按所要找的IP地址中的網絡號net-id

把目的網絡找到。

■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。

■按照整數字節劃分net-id字段和host-id

字段，就可以使路由器在收到一個分組時

能夠更快地將地址中的網絡號提取出來。

29

售人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教學配套課件

點分十進制記法

機器中存放的IP地址

是32位二進制代碼10000000000010110000001100011111

每隔8位插入一個空格

-10000000000010110000001100011111

能夠提高可讀性k________)\________/I1\_____________)

將每8位的二進制數

轉換為十進制數

采用點分十進制記法

則進一步提高可讀性

30

多人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

POSTS&TELECOMPRESS原版教學配套課件

2.常用的三種類別的IP地址

IP地址的使用范圍

網絡最大第一個最后一個每個網絡

類別網絡數可用的可用的中最大的

網絡號網絡號主機數

A126(27-2)112616,777,214

B16,383(214-1)128.1191.25565,534

C2,097,151192.0.1223.255.255254

(221—1)

31

?人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

/POSTS&TELECONfPRESS原版教學配套課件

IP地址的一些重要特點

(1)IP地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級

的好處是：

■第一，IP地址管理機構在分配IP地址時只分配網

絡號，而剩下的主機號則由得到該網絡號的單位

自行分配。這樣就方便了IP地址的管理。

■第二，路由器僅根據目的主機所連接的網絡號來

轉發分組(而不考慮目的主機號)，這樣就可以

使路由表中的項目數大幅度減少，從而減小了路

由表所占的存儲空間。

32

售人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教學配套課件

IP地址的一些重要特點

(2)實際上IP地址是標志“一個主機(或路由器)

和一條鏈路的接口”。

■當一個主機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必須是不同的。這種主機稱為多歸屬主機

(multihomedhost)。

■由于一個路由器至少應當連接到兩個網絡(這樣

它才能將IP數據報從一個網絡轉發到另一個網

絡)，因此一個路由器至少應當有兩個不同的IP

地址。

33

課件制作人：謝希仁

您糖照例原版教學配套課件

IP地址的一些重要特點

⑶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-ido

⑷所有分配到網絡號net-id的網絡，范圍很

小的局域網，還是可能覆蓋很大地理范圍

的廣域網，都是平等的。

34

售人民郵電出版社課件制作人：謝希仁

7POSTS&TELECO^^PRESS原版教學配套課件

在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。

圖中的網絡號就是IP地址中的net-id1.3

,—廣

LAN1—1-------TT

222.1.1.…

3凡。I

LAN3222.1.5.

222.1.3i

222.1.3.

N3222.1.6.LAN2

222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

上a

222.1.4.R2

o—I

\222.1.3,2B

互聯網

I35

原版教學配套課件

在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。

圖中的網絡號就是IP地址中的net-id1.3

,廣

LAN1—1------TT

222.1.1.…

凡。I

LAN3222.1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

N3222.1.6.LAN2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2產」25

o—I

\222.1.3,2B

互聯網

I36

原版教學配套課件

互聯網中的IP地址

口

n—I°

LAN]

222.1.1..1.1.4

LAN

22士2.1.3i3

222.1.3.在同一個局域網上的主機或路由器的1

1IP地址中的網絡號必須是一樣的。

222.1圖中的網絡號就是IP地址中的net-id

產2J25

\222.1.3,2B

互聯網

n37

原版教學配套課件

在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。

圖中的網絡號就是IP地址中的net-id

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

a

R3222.1.4.R2產」25

o—I

\222.1.3,2B

|2227l72.4|2

nn

I-」

_____---------------------------->

原版教學配套課件

路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。

路由器的每一個接口都有一個

不同網絡號的IP地址。

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。X

LAN3222.15

22士2.1.3i^

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

R3222.1.4.R2產」25

o—I

\222.1.3,2B

互聯網

39

原版教學配套課件

路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。

路由器的每一個接口都有一個

不同網絡號的IP地址。

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2上產125

o—I

\222.1.3,2B

互聯網

I40

原版教學配套課件

路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。

路由器的每一個接口都有一個

不同網絡號的IP地址。

LAN1—'------

222.1.1.…

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2產」25

o—I

\222.1.3,2B

互聯網

I41

原版教學配套課件

兩個路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明

IP地址。如指明IP地址，則這一段連線就構成了

一種只包含一段線路的特殊“網絡”O現在常不指明

IP地址。

222.1.1.…9

凡。I

LA$222,1.5.

22士2.1.3i

222.1.3.

LAN

N3222.1.6.2

1222.1.2

222.1.5.N2222.1.5.

Q

222.1.4.R2產」25

o—I

\222.1.3,2B

互聯網

I42

原版教學配套課件

7.2.2IP地址與硬件地址

43

課件制作人：謝希仁

原版教學配套課件

杳找路由走杏母改出美

通信的路徑

H〔T經過R1轉發T再經過R2轉發T4

44

原版教學配套課件

主機H〔從協議棧的層次上看數據的流動主機H2

IPi|

硬件地址J

|Ri

HA局域網局域網HA

1HA3HA4局域網2

主機主機H2

/~

路由器RI路由器R

R41P262

R-IP2二>

IP4IP6A

IP層上的止聯網I1

HAqHA4HA5

從HA1至ijHA3=>從HA4到HA5=>從HA6到HA2二>

MAC幀

MAC幀MAC幀45

原版教學配套課件

主機H〔從虛擬的IP層上看IP數據報的流動主機也

IP

i|硬件地IP

|Ri2

HAl局域網HA局域網HA

3HA4局域網2

主機H〔主機”

/

路由器_________路由器R2

PTH二＞上』PtH二>

IP1IP24

田

5IP6

IP層上的互聯網I1

HAHA

HA146

從HA1至ijHA3=>從HA4到HA5=>從HA6到HA2二>

MAC幀

MAC幀MAC幀46

原版教學配套課件

主機H〔在鏈路上看MAC幀的流動主機也

IPi|硬件地殂

Ri

HA局域網局域網

1“A3HA4局域網

主機H〔主機”

/

路由器_________路由器R2

R41P2匕＞

RTIP2二＞R-IP2二＞

IP1IP24

IP4IP6

IP層上的互聯網|1

HAHA

HA1JHA342

＞n

從HA1至ijHA3從HA4到HA5=＞從HA6到HA2二＞

MAC幀

MAC幀MAC幀47

原版教學配套課件

在IP層抽象的互聯網上只能看到IP數據報

圖中的IP1TIP2表示從源地址IP1到目的地址尸2

兩個路由器的IP地址并不出現在IP數據報的首部中

主機H1r--------------Y主機H2

」IP數據報尸

路由器R.________路由器R2

—/IR口「2冷一1

己iPi-IP2RIP1->IP2R-

%IP："IP6L

—j耳層上的互聯叫乂_______「

HAJHA

1Z3IHA4HA51HA6H

L——I尸Tr

從HA1至ijHA3。從HA4至IJHA5匕>從認至IJHA20

MAC幀MAC幀MAC幀4

原版教學配套課件

路由器只根據目的站的IP地址的網絡號進行路由選擇

主機H1r--------------Y主機H2

」IP數據報尸

路由器R.________路由器R2

IP]~~，匕人

，IP5―IP6—

Y方層上的互聯碼乂—一

性

HAJJItA4HA5^[7^6HA2J

從HA1至IJHA3[=>從HA4至IJHA5匕＞從認至IJHA2

MAC幀

MAC幀MAC幀49

原版教學配套課件

在具體的物理網絡的鏈路層

只能看見MAC幀而看不見IP數據報

主機心

主機H1r--------------.

Z—//IP數據報一^

---------

路由器R.________路由器R2

，匕人

。IP5―IP6—

Y方層上的互聯碼乂—一

性

HAJJItA4HA5^[7^6HA2J

從HA1至IJHA3|=>從HA4至IJHA5匕＞從認至IJHA2匕＞

MAC幀

MAC幀MAC幀50

原版教學配套課件

IP層抽象的互聯網屏蔽了下層很復雜的細節

在抽象的網絡層上討論問題，就能夠使用

統一的、抽象的IP地址

研究主機和主機或主機和路由器之間的通信

主機主機”

/~

____/?

路由器_________路由器R2

RTIP二>

2IP1->IP2p

IP14

IP4%IP6

IP層上的互聯網|1

HA

HA14

從HA至ijHA=>HAgi]p從HA到HA二>

134HA562

MAC幀

MAC幀MAC幀51

原版教學配套課件

7.2.3地址解析