42网际协议.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,课件制作人：谢希仁,#,课件制作人：谢希仁,第,4,章,网络层,4.1,基本知识,4.2,网际协议,IP,4.2.1,虚拟互连网络,4.2.2,分类的,IP,地址,4.2.3,地址解析协议,ARP,4.2.4 IP,数据报的格式,4.2.5 IP,层转发分组的流程,4.3,划分子网和构造超网,4.3.1,划分子网,4.3.2,无分类编址,CIDR,（构造超网）,4.4,路由选择协议与路由配置,4.4.1,基本概念与配置,4.4.2,内部网关协议,RIP,4.4.3,内部网关协议,OSPF,课件制作人：谢希仁,4.2,网际协议,IP,网际协议,IP,是,TCP/IP,体系中两个最主要的协议之一。与,IP,协议配套使用的还有三个协议：,地址解析协议,ARP,(Address Resolution Protocol),网际控制报文协议,ICMP,(Internet Control Message Protocol),网际组管理协议,IGMP,(Internet Group Management Protocol),课件制作人：谢希仁,互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决。,网络互相连接起来要使用一些中间设备。,中间设备,又称为,中间系统,或,中继,(relay),系统。,物理层中继系统：,转发器,(repeater),。,数据链路层中继系统：,网桥,(bridge),或,交换机,(switch),。,网络层中继系统：,路由器,(router),。,网络层以上的中继系统：,网关,(gateway),。,4.2.1,虚拟互连网络,课件制作人：谢希仁,虚拟互连网络的意义,所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用,IP,协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。,使用,IP,协议的虚拟互连网络可简称为,IP,网。,使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。,IP,地址与,MAC,地址都是唯一的，为什么不用,MAC,地址通信？（身份证号是唯一的，为什么出国要使用护照号而不是身份证号？）,课件制作人：谢希仁,4.2.2,分类的,IP,地址,IP,地址及其表示方法,我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。,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,位的标识符。,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,课件制作人：谢希仁,IP,地址的编址方法,分类的,IP,地址,。这是最基本的编址方法，在,1981,年就通过了相应的标准协议。,子网的划分,。这是对最基本的编址方法的改进，其标准,RFC 950,在,1985,年通过。,构成超网,。这是比较新的无分类编址方法。,1993,年提出后很快就得到推广应用。,课件制作人：谢希仁,分类,IP,地址,每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是,网络号,net-id,，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是,主机号,host-id,，它标志该主机（或路由器）。,两级的,IP,地址可以记为：,IP,地址,:=,(4-1),:=,代表“,定义为,”,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,A,类地址的网络号字段,net-id,为,1,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,B,类地址的网络号字段,net-id,为,2,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,C,类地址的网络号字段,net-id,为,3,字节,net-id,24 bit,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,A,类地址的主机号字段,host-id,为,3,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,B,类地址的主机号字段,host-id,为,2,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16,位,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,C,类地址的主机号字段,host-id,为,1,字节,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16 bit,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,D,类地址是多播地址,net-id,24,位,host-id,24,位,net-id,16 bit,net-id,8,位,IP,地址中的网络号字段和主机号字段,0,A,类地址,host-id,16,位,B,类地址,C,类地址,0,1,1,host-id,8,位,D,类地址,1,1,1,0,多 播 地 址,E,类地址,保 留 为 今 后 使 用,1,1,1,1,0,1,E,类地址保留为今后使用,课件制作人：谢希仁,点分十进制记法,10000000000010110000001100011111,机器中存放的,IP,地址,是,32,位 二进制代码,10000000,00001011 00000011 00011111,每隔,8,位插入一个空格,能够提高可读性,采用点分十进制记法,则更加便于使用,128.11.3.31,128,11 3 31,将每,8,位的二进制数,转换为十进制数,课件制作人：谢希仁,常用的三种类别的,IP,地址,IP,地址的使用范围,网络 最大 第一个 最后一个 每个网络,类别 网络数 可用的 可用的 中最大的,网络号 网络号 主机数,A 126(2,7,2)1 126 16,777,214,B 16,383(2,14,1,)128.0 191.255 65,534,C 2,097,151(2,21,1,)192.0.0 223.255.255 254,127.0.0.1,为回送地址,与参考书不同，请参照,此文档,课件制作人：谢希仁,RFC 1918,指明的专用地址,(private address),10.0.0.0,到,10.255.255.255,172.16.0.0,到,172.31.255.255,192.168.0.0,到,192.168.255.255,这些地址只能用于一个机构的内部通信，而不能用于和因特网上的主机通信。,专用地址只能用作本地地址而不能用作全球地址。在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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。,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,R,1,222.1.2.5,222.1.2.2,222.1.2.1,222.1.2.3,222.1.2.4,222.1.2.,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,R,3,R,2,222.1.3.,LAN,3,N,3,N,2,222.1.4.,222.1.5.,222.1.6.,N,1,LAN,2,LAN,1,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。,课件制作人：谢希仁,4.2.3,地址解析协议,ARP,网络层,ARP,IP,地址,硬件地址,IP,IGMP,ICMP,ARP,课件制作人：谢希仁,地址解析协议,ARP,路由器只根据目的站的,IP,地址的网络号,进行路由选择，在具体的物理网络的链路层只能看见,MAC,帧,而看不见,IP,数据报,，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用,硬件地址,。,每一个主机都设有一个,ARP,高速缓存,(ARP cache),，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的,IP,地址,到,硬件地址,的映射表。,当主机,A,欲向本局域网上的某个主机,B,发送,IP,数据报时，就先在其,ARP,高速缓存中查看有无主机,B,的,IP,地址,。如有，就可查出其对应的,硬件地址,，再将此,硬件地址,写入,MAC,帧，然后通过局域网将该,MAC,帧发往此,硬件地址,。,ARP,响应,A,Y,X,B,Z,主机,B,向,A,发送,ARP,响应分组,主机,A,广播发送,ARP,请求分组,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,ARP,请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-EE-0A,我是,209.0.0.5,，硬件地址是,00-00-C0-15-AD-18,我想知道主机,209.0.0.6,的硬件地址,我是,209.0.0.6,硬件地址是,08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,课件制作人：谢希仁,ARP,高速缓存的作用,为了减少网络上的通信量，主机,A,在发送其,ARP,请求分组时，就将自己的,IP,地址到硬件地址的映射写入,ARP,请求分组。,当主机,B,收到,A,的,ARP,请求分组时，就将主机,A,的这一地址映射写入主机,B,自己的,ARP,高速缓存中。这对主机,B,以后向,A,发送数据报时就更方便了。,请参照网桥建立转发表的过程,课件制作人：谢希仁,应当注意的问题,ARP,是解决,同一个局域网,上的主机或路由器的,IP,地址和硬件地址的映射问题。,从,IP,地址到硬件地址的解析是在通信过程中自动进行的。,如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过,ARP,找到一个,位于本局域网上,的某个,能够提供不同网络间分组转发功能的设备（通常是路由器或服务器）,的,硬件地址（实质是设备网卡的,MAC,地址）,，然后把分组发送给这个设备，让这个设备把分组转发给,下一个网络,，剩下的工作就由下一个网络来做。所以当分组经过若干个设备转发时，,目的,IP,地址,保持不变，而,目的硬件地址,不断变换（负责转发设备的硬件地址）。,课件制作人：谢希仁,能否直接使用硬件地址进行通信？,由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。,连接到因特网的主机都拥有统一的,IP,地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用,ARP,来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。,链路层使用广播方式进行,MAC,寻址，速度很快。如果直接使用硬件地址在网络层进行通信，将会在全网进行广播。,同一个,IP,可以对应多个,MAC,地址，这样更换硬件时不必更换,IP,。,课件制作人：谢希仁,4.2.4 IP,数据报的格式,一个,IP,数据报由首部和数据两部分组成。,首部的前一部分是固定长度，共,20,字节，是所有,IP,数据报必须具有的。,在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。,固,定,部,分,可变,部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目 的 地 址,可 选 字 段 （长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP,数据报,首,部,发送在前,课件制作人：谢希仁,IP,数据报首部的可变部分,IP,首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。,选项字段的长度可变，从,1,个字节到,40,个字节不等，取决于所选择的项目。,增加首部的可变部分是为了增加,IP,数据报的功能，但这同时也使得,IP,数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。,实际上这些选项很少被使用。,课件制作人：谢希仁,4.2.5 IP,层转发分组的流程,有四个,A,类网络通过三个路由器连接在一起。每一个网络上都可能有成千上万个主机。,可以想像，若按目的主机号来制作路由表，则所得出的路由表就会过于庞大。,但若按主机所在的,网络地址,来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就只包含,4,个项目。这样就可使路由表大大简化。,网,1,10.0.0.0,网,4,40.0.0.0,网,3,30.0.0.0,网,2,20.0.0.0,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,目的主机所在的网络,下一跳地址,20.0.0.0,30.0.0.0,10.0.0.0,40.0.0.0,20.0.0.7,30.0.0.1,直接交付，接口,1,直接交付，接口,0,路由器,R,2,的路由表,30.0.0.1,10.0.0.4,40.0.0.4,30.0.0.2,20.0.0.9,20.0.0.7,30.0.0.1,链路,4,链路,3,链路,2,链路,1,R,2,R,3,R,1,0,1,R,2,R,3,R,1,在路由表中，对每一条路由，最主要的是,（目的网络地址，下一跳地址）,课件制作人：谢希仁,查找路由表,根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：,IP,数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。,只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。,课件制作人：谢希仁,特定主机路由和默认路由,特定主机路由,是为特定的目的主机指明一个路由。采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。,默认路由,是一种特殊的静态路由，指的是当路由表中与数据报的目的地址之间没有匹配的表项时，路由器能够做出的选择。,课件制作人：谢希仁,必须强调指出,IP,数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的,IP,地址”。,当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的,IP,地址填入,IP,数据报，而是送交下层的,网络接口软件,。,网络接口软件使用,ARP,负责将下一跳路由器的,IP,地址转换成硬件地址,，并将此硬件地址放在链路层的,MAC,帧的首部，然后根据这个,硬件地址,找到下一跳路由器。数据报根据,MAC,地址而,不是,通过,IP,地址找到下一跳路由器。,分组转发算法,(1),从数据报的首部提取目的主机的,IP,地址,D,得出目的网络地址为,N,。,(2),若网络,N,与此路由器直接相连，则把数据报,直接交付,目的主机,D,；否则是,间接,交付，执行,(3),。,(3),若路由表中有目的地址为,D,的,特定主机路由,，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行,(4),。,(4),若路由表中有到达网络,N,的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行,(5),。,(5),若路由表中有一个,默认路由,，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行,(6),。,(6),报告转发分组出错。,调研报告：,ICMP,阅读笔记,下周最后一次课上交，提交,txt,文档,文档命名格式：学号,-,姓名,-,级,-,班,-,第,次作业,文档命名示例：,007-,秦鹏,-2015,级,-,云计算,1,班,-,第,1,次作业,作业,7,：,