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第 7 章 网络互联 学习内容： 7.1 网络互联基础 7.2 IP 地址 7.3 路由器 7.4 IP 数据报 7.5 划分子网和构造超网 7.6 无分类编址 CIDR

第 7 章 网络互联 学习内容： 7.1 网络互联基础 7.2 IP 地址 7.3 路由器 7.4 IP 数据报 7.5 划分子网和构造超网 7.6 无分类编址 CIDR 7.7 下一代的网际协议 IPv6. 学习目标 ： 熟练掌握 IP 地址的分类方法 掌握子网掩码的用法 熟悉子网划分的方法 理解路由器的作用. 重点内容： IP 地址分类 掩码用法 子网划分 难点内容： 子网划分 路由器原理. 7.1 网络互联基础 7.1.1 互联网的概念

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第 7 章 网络互联 学习内容： 7.1 网络互联基础 7.2 IP 地址 7.3 路由器 7.4 IP 数据报 7.5 划分子网和构造超网 7.6 无分类编址 CIDR

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  1. 第7章 网络互联 • 学习内容： • 7.1 网络互联基础 • 7.2 IP地址 • 7.3 路由器 • 7.4 IP数据报 • 7.5 划分子网和构造超网 • 7.6 无分类编址CIDR • 7.7 下一代的网际协议IPv6

  2. 学习目标： 熟练掌握IP地址的分类方法 掌握子网掩码的用法 熟悉子网划分的方法 理解路由器的作用

  3. 重点内容： IP地址分类 掩码用法 子网划分 难点内容： 子网划分 路由器原理

  4. 7.1 网络互联基础 7.1.1 互联网的概念 网络互联，是指两个以上的计算机网络，通过各种方法或多种通信设备相互连接起来，组成了一个大型的计算机网络，称为互联网络（internet），实现更大范围的资源共享和信息交流。

  5. 7.1.2 互联网的 层次 1）物理层间的互连 中继器能完成物理层间的互连， 2）数据链路层间的连接 可将两个或多个网段用网桥连接起来 3）网络层间互连 路由器能进行网络层间的互连 4）高层互连 在网络层以上的互连属于高层互连。用网关进行协议转换。 7.1 网络互联基础

  6. 7.1 网络互联基础 7.1.2 网络互联的层次 1 物理层：中继器/集线器 在电缆段之间复制比特流。 没有地址概念，因此从本质上不能算是网络互连。 应用层 应用层 传输层 传输层 中继器 集线器 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 物理层 电缆段1 电缆段2

  7. 2. 数据链路层：网桥/交换机 在网段之间转发数据帧。 根据数据帧中的地址（MAC地址）转发。 7.1 网络互联基础 应用层 应用层 网桥 交换机 传输层 传输层 网络层 网络层 数据链路层 数据链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 物理层 网段1 网段2

  8. 3. 网络层：路由器 在网络间转发分组。根据分组中的目的逻辑地址（IP地址）转发。 7.1 网络互联基础 应用层 应用层 路由器 传输层 传输层 网络层 网络层 网络层 数据链路层 链路层 链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 物理层 网络1 网络2

  9. 7.1 网络互联基础 4. 更高层：网关 连接不同体系结构的网络 网关 应用层/传输层 应用层/传输层 应用层/传输层 网络层 网络层 网络层 网络层 链路层 数据链路层 链路层 数据链路层 物理层 物理层 物理层 物理层 网络1 网络2

  10. 术语 internet是通用名词，泛指由多个计算机网络互连而成的网络，即互连网或互联网。 Internet是专用名词，指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，即因特网。采用TCP／IP协议族。 Intranet 为企业内部网，在企业内部网络上采用TCP/IP作为通信协议,利用Web作为标准信息平台，用防火墙把内部网和Internet分开。 Extranet:为企业外联网,是企业内部网络与公共网络互联的桥梁, 用来访问企业或政府机构内部的网络。 7.1 网络互联基础 7.1.3 互连网与因特网

  11. 7.2.1 IP 地址概述 1. IP 地址及其表示方法 IP地址是每个连在因特网上的主机（或路由器）惟一的 32 bit 的标识符。 7.2 IP 地址 7.2 IP 地址 10000000000010110000001100011111

  12. 每隔 8 bit 插入一个空格 以提高可读性 10000000 00001011 00000011 00011111 7.2 IP 地址 7.2.1 IP 地址概述 2. IP地址的记法----点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 IP 地址是 32 bit 二进制码 将每 8 bit 的二进制数 转换为十进制数 128 11 3 31 采用点分十进制记法 提高可读性 128.11.3.31

  13. 3. 网络地址和主机地址 IP地址=网络地址+主机地址。 网络地址又称为网络号(netid) 或网络标识 主机地址又称为主机号(hostid) 或主机标识 例如：192.21.3.17 网络号：192.21.3.0 主机号：0.0.0.17 在Internet上数据包寻址时： 先按网络号找到目的网络，网络号是 IP 地址的“因特网部分”; 找到网络后，再按主机号找到目的主机，主机号是 IP 地址的“本地部分”。 7.2 IP 地址 7.2.1 IP 地址概述

  14. 4. IP地址和物理地址 IP地址是Internet上使用的逻辑地址。依靠网络号部分寻找到目的网络。 当数据报到达目的局域网时，须把IP地址转换成物理地址。 IP地址和MAC地址间转换由网际层的ARP协议完成。 7.2 IP 地址 7.2.1 IP 地址概述

  15. （1）分类的 IP 地址，最基本的编址方法， 1981 年通过。 （2）子网的划分，是对最基本的编址方法的改进。 （3）构成超网，是比较新的无分类编址方法。1993年后推广。 7.2 IP 地址 7.2.1 IP 地址概述 5. IP 地址的编址方法

  16. ① IP地址是一种分层次的地址结构，当某单位申请到一个IP地址，实际上只是获得一个网络号netid。主机号由单位自行分配。方便了 IP 地址的管理。 ②寻址：IP地址指出了连接到某个网络上的某个计算机。   ③IP地址不能反映有关主机地理位置的信息。 ④选用IP地址原则：网络中每个设备的IP地址必须是惟一的。 7.2 IP 地址 7.2.2 IP 地址特点

  17. 7.2 IP 地址 7.2.3 分类的IP地址 最大主机数 = 224-2 = 16777214 最大网络数 = 27-2 = 126 1. IP地址的分类 最大网络数 = 214 = 16384 最大主机数 = 216-2 = 65534 主机IP地址范围 Class 1.0.0.1 to 126.255.255.254 最大主机数 = 28-2 = 254 最大网络数 = 221 = 2097152 A 0 NetID HostID 128.0.0.1 to 191.255.255.254 HostID B 10 NetID 192.0.0.1 to 223.255.255.254 C 110 NetID HostID 224.0.0.0 to 239.255.255.255 D 1110 Multicast Address 240.0.0.0 to 247.255.255.255 11110 E 8 bits 8 bits 8 bits 8 bits

  18. 7.2 IP 地址 7.2.3 分类的IP地址 2. 常用类别的 IP 地址使用范围 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 (27 – 2) 1 126 16,777,214 B 16,384 (214) 128.0 191.255 65,534 C 2,097,152 (221) 192.0.0 223.255.255 254

  19. 00...00 0000 ... 0000 主 机 号 00...00 1111 ... 1111 网络号 任 意 值 127 7.2 IP 地址 7.2.4 IP地址的几种特殊情况 1. 保留地址 本机（源地址用） 本网的主机（源地址） 局域网中的广播，也称有限广播地址（目的） 11...11 1111 ... 1111 网络号 0000 ... 0000 网络地址 作目的地址，某网络所有主机。直接广播地址 回路(Loopback) 一般来说，主机号部分为全“1 ”的IP地址保留用作广播地址； 主机号部分为全“0 ”的IP地址保留用作网络地址。

  20. 2. 内部网用IP地址 IP 地址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。 分配了某些A类、B类和C类地址供单位内部网使用，这些地址为： A类：10.0.0.0～10.255.255.255 B类：172.16.0.0～172.31.255.255 C类：192.168.0.0～192.168.255.255 可在本地的内部网中使用这些IP地址。 7.2 IP 地址

  21. 3．公网与内网 公网、内网是接入Internet的两种方式。 1）内网接入方式：上网的计算机的IP地址是保留地址。内网的计算机以NAT（Network Address Translator）网络地址转换协议，通过公共网关访问Internet。 Internet上其他计算机无法向内网的计算机发送连接请求。 2）公网接入方式：上网的计算机得到的IP地址是Internet上的非保留地址。公网的计算机和Internet上的其他公网计算机可随意互访。 7.2 IP 地址

  22. 7.2.5 掩码 从IP地址中获知网络地址，需使用掩码。 掩码也是32bit的二进制数，由一串连续的1后跟一串连续的0组成；1与网络号对应，0与主机号对应。 如： IP地址：202.6.14.11 掩码：255.255.255.0 用掩码和IP地址“与”操作，结果是网络地址。 IP地址为：11001010 0000011000001110 00001011 掩码：11111111 1111111111111111 00000000 网络地址： 202.6.14.0 7.2 IP 地址 11001010 0000011000001110

  23. 对于分类IP地址，因网络号字段都是用完整的字节来表示，所以相应掩码也使用各位全“1”的完整字节来表示。称为默认掩码。对于分类IP地址，因网络号字段都是用完整的字节来表示，所以相应掩码也使用各位全“1”的完整字节来表示。称为默认掩码。 对A类地址，网络号字段用头1字节表示，默认掩码为255.0.0.0； 对B类地址，网络号字段用头2字节表示，默认掩码为255.255.0.0； 对C类地址，网络号字段用头3字节表示，默认掩码为255.255.255.0。

  24. 例：一计算机IP地址172.33.17.1，默认掩码255.255.0.0。例：一计算机IP地址172.33.17.1，默认掩码255.255.0.0。 求网络号：将IP地址和掩码分别转换成二进制数，上下排列按位对齐。“按位与”运算，即得网络号 IP地址： 10101100 00100001 00010001 00000001 掩码： 11111111 11111111 00000000 00000000 按位与计算 网络ID： 00000000 00000000 172.33.0.0 求主机号：将掩码取反，与IP地址“与”运算得到主机号部分。 IP地址： 10101100 00100001 00010001 00000001 掩码反码 00000000 00000000 11111111 11111111 主机ID： 00000000 00000000 0.0.17.1 对于默认掩码，不需将IP地址换算成二进制数计算。将掩码值为255所对应的那些字节的IP值直接写下来，后面字节值填“0”即为网络号； 将掩码中0所对应的字节的IP值写下来，前面字节填“0”即为主机号。 10101100 00100001 00010001 00000001

  25. 互联网是指用路由器进行互连的网络。 路由器能像交换机一样隔离冲突域，能检测出广播数据包，并丢弃，减小了冲突的概率，有效的扩大了网络的规模。 因历史原因，将路由器称为网关。 7.3 路由器 7.3 路由器 7.3.1 通过路由器实现网络互联

  26. HUB HUB HUB 7.3 路由器 用路由器进行网络互联 路由器可以隔离冲突域和广播域 路由器 广播域1 广播域2 冲突域1 冲突域2 冲突域3

  27. Router工作在OSI第三层（网络层）。 1. 功能 在网络间转发网络分组； 为网络分组寻找最佳传输路径； 实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播) 提供逻辑地址，以识别互联网上的主机； 把LAN连入广域网，为广域网的核心连接设备。 7.3 路由器 7.3.2 路由器工作原理

  28. 7.3 路由器 7.3.2 路由器工作原理 外部网络接口 • LAN接口：一个或多个Ethernet • WAN接口：一个或多个Sync/Async Serial • 拨号类接口：BRI，PRI等 • 控制台CONSOLE

  29. 2. 路由表 路由器选择最佳路径的策略即路由算法。 路由表中包含的信息决定了数据转发的策略。保存着网络的标志信息、经过路由器的个数和下一个路由器的地址等内容。 1）静态路由表 由系统管理员事先设置好的固定的路由表，不随以后网络结构的改变而改变。 2）动态路由表 　是路由器根据路由选择协议提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况而自动调整路由表，自动计算数据传输的最佳路径。 路由表的每一项至少有:目标地址、网络掩码、下一跳地址及距离（跳数metric）。

  30. 7.3 路由器 7.3.2 路由器工作原理 路由表的例子 A B 2.0 metric（步跳数）/开销：距离或跨越的路由器个数

  31. 采用存储转发的方法： 接收并缓存IP数据分组； 提取分组中的目的主机的IP地址； 计算目的主机所在的网络地址； 用目的网络地址查找路由表决定转发路径： 如目的地址是与输入接口连接的网络，丢弃； 如目的地址是与输出接口连接的网络，直接递交； 如找到匹配项，通过对应接口转发出去； 如有默认路径，通过与默认路径对应的接口转发； 未查到，丢弃该分组。 7.3 路由器 7.3.2 路由器工作原理 3. 路由器的路由选择过程

  32. 路由器R2的路由表

  33. 7.3 路由器 7.3.2 路由器工作原理 3. 不同网络间通信 路径：H1→经过 R1 转发→再经过 R2 转发→H2 硬件地址 查找路由表 查找路由表 主机 H2 主机 H1 IP2 IP1 路由器 R1 路由器 R2 HA5 HA3 HA4 HA6 HA2 HA1 局域网 局域网 局域网

  34. 4. 路由器与交换机的主要区别： 用路由器连接的若干个网络，各自独立。 路由表是“端口-网络地址”表，存放端口与目的网络地址之间的关系。从分组中提取IP地址，并解析出其中的网络地址部分来查表。 交换机的转发表是“端口-MAC地址”表，存放的是端口与目的MAC地址之间的关系。 7.3 路由器 7.3.2 路由器工作原理

  35. 7.4.1 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。固定部分后部是源IP地址和目的IP地址。 7.4 IP数据报 7.4 IP数据报

  36. IP 地址 网络层及以上 使用 IP 地址 硬件地址 链路层及以下 使用硬件地址 7.4 IP 数据报 1）协议数据单元中IP 地址与硬件地址 7.4 .2 IP 数据报传输与处理 首部 应用层数据 TCP 报文 首部 IP 数据报 首部 尾部 MAC 帧

  37. 2. 待转发的数据报如何找到下一跳路由器 路由器收到一个数据报，在路由器的网络层获得数据报IP地址，由路由表得出下一跳路由器的IP地址； 接口软件将下一跳路由器(或主机)的IP地址转成硬件地址, 在链路层将此硬件地址放进MAC帧首部。发送。

  38. 不管网络层使用什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，须使用硬件地址。 每个主机都有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，存有所在局域网上各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。 当主机 A 向本网的主机 B 发送 IP 数据报时，先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。 如没有，主机 A 广播ARP 请求分组。 如有，查出其对应的硬件地址，将此硬件地址写入 MAC 帧。 7.2 IP 地址 7.4.3 地址解析协议 ARP

  39. ARP 响应 ARP 请求 主机 A 广播发送 ARP 请求分组 我是 206.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 想知道主机 206.0.0.6 的硬件地址 ARP 请求 ARP 请求 ARP 请求 206.0.0.6 206.0.0.5 X Y Z A B 00-00-C0-15-AD-18 主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组 我是 206.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A 206.0.0.6 206.0.0.5 X Y Z A B 08-00-2B-00-EE-0A 00-00-C0-15-AD-18

  40. 1.子网的概念 当某单位申请到一B类或C类地址，而单位内计算机不多，却又有多个部门想独立建网，可建立子网。 例：一单位获网络号198.5.3.0，该单位分2部门，每部门有60台计算机，想独立建网。 60台计算机主机号部分仅需6位二进制数表示 26=64 还余2位，可作为子网号。 7.5 划分子网与构造超网

  41. 划分子网只是将 IP 地址的本地部分进行再划分，不改变 IP 地址的因特网部分。 从主机号部分借用若干个比特作为子网号 。 划分子网后, IP 地址变成了三级结构。 IP地址 = <网络号> + <子网号> + <主机号> 2.划分子网的基本思路

  42. 子网划分的规则 子网用的位数越多，能划分的子网数也就越多，但每个子网的主机数就会越少。 每个子网都会保留全0或全1的两个地址不能使用。划分的子网越多，损失的IP地址也会越多。 若子网号全为“0”，代表上一级网络的网络地址； 子网号全为“1”， 用于向子网广播。 随着无分类域间路由选择CIDR的使用，现在全1和全0的子网号也可以使用了，但一定要弄清楚使用的路由器是否支持这种较新的用法。

  43. 子网的划分方法 1）利用子网数来划分 先清楚要划分的子网数，及每子网所包含的主机数。然后： 第1步，将子网数目转化为二进制来表示； 第2步，取得子网数二进制的位数（n）； 第3步，计算每个子网中最多容纳的计算机数；判断是否合适。 第4步，确定子网号 第5步，在子网号部分前加上原来的网络号，构成子网络号。

  44. 例：一单位获得网络号198.5.3.0，该单位分2部门，每部门有60台计算机，想独立建网。例：一单位获得网络号198.5.3.0，该单位分2部门，每部门有60台计算机，想独立建网。 11000110 00000101 00000011 网络号 主机号 建两个子网，需2位做子网号, xx xxxxxx 剩6位做主机号，可容64台主机 • 子网1： • 11000110 00000101 0000001101xxxxxx • 网络号 子网号 主机号 198.5.3.64 • 子网2： • 11000110 00000101 00000011 10xxxxxx • 网络号 子网号 主机号 198.5.3.128 子网掩码 11111111 11111111 11111111 11 000000 255 255 255 192

  45. 子网1： 11000110 00000101 0000001101 子网号 198.5.3.64 子网中IP范围： 子网2： 11000110 0000010100000011 10 子网号198.5.3.128 子网中IP范围： 例如：IP为198.5.3.68，子网掩码255.255.255.192 000000 111110 000001 198.5.3.65~ 198.5.3.126 000000 111110 000001 198.5.3.129~ 198.5.3.190 IP 68 01000100 掩码 192 11000000 网络号：198.5.3.64 主机号：0.0.0.4

  46. 2）利用主机数来计算 计算子网络号的方法与上类似，步骤如下： 第1步，确定子网中需容纳的最多主机数； 第2步，确定主机号的二进制位数。 第3步，从分类的IP的主机号部分除去前步计算出的主机号的位数，剩余为子网号用的二进制位数。判断是否合适。 第4步，子网号后的主机号部分用0补齐，确定子网号。 第5步，在子网号部分前加上原来的网络号，构成子网络号。

  47. 例：某单位有4个部门，每部门计算机不多于28台，要单独组网，用一个C类地址（网络号为192.168.1.0)如何划分子网？ 第1步，确定各部门的主机号最多需二进制位数。 28可用5位表示（25=32），余3位做子网号。 3位可表示6个可用子网，符合要求。 第2步，确定子网号： 001 00000 32 192.168.1. 010 00000 64 011 00000 96 100 00000 128 255.255.255.111 00000 第3步，确定子网掩码。 子网掩码为255.255.255.224。

  48. 第4步，确定每一个子网的主机地址范围。

  49. 例，主机IP地址为141.58.97.235，如子网掩码是255.255.240.0，问该主机的网络号。例，主机IP地址为141.58.97.235，如子网掩码是255.255.240.0，问该主机的网络号。

  50. 4. 子网的特点： 多个子网可以运行在同一物理网络上。 划分子网后，原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络，外面看不见其内部的子网结构。 子网间通信要使用路由器

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