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第五章 网络互连技术 （二）

第五章 网络互连技术 （二）. 第五章 网络互连技术. 5.1 网络互连需要解决的问题 5.2 地址 5.3 路由技术 5.4 交换技术. 5.2 地址. 1. IP 地址 2. 子网及其掩码 3. IP 地址与物理地址的转换 4. IPv4 地址 空间不足问题. 1. IP 地址. 1 ） 什么是 IP 地址 2 ） IP 地址的两种表示方法 3 ） IP 地址的含义 4 ） 特殊地址 5 ） IP 地址的分类 6 ） IP 地址的特性. 电话号码 在全球电话网上，可唯一标识 的电话号码. IP 地址

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第五章 网络互连技术 （二）

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  1. 第五章 网络互连技术（二） 信阳师范学院计算机系

  2. 第五章 网络互连技术 5.1 网络互连需要解决的问题 5.2 地址 5.3 路由技术 5.4 交换技术 信阳师范学院计算机系

  3. 5.2 地址 1. IP地址 2. 子网及其掩码 3. IP地址与物理地址的转换 4. IPv4地址空间不足问题 信阳师范学院计算机系

  4. 1. IP地址 1）什么是IP地址 2）IP地址的两种表示方法 3）IP地址的含义 4）特殊地址 5）IP地址的分类 6）IP地址的特性 信阳师范学院计算机系

  5. 电话号码 在全球电话网上，可唯一标识 的电话号码 IP地址 在全球互联网上，可唯一标识的 主机地址 1）什么是IP地址 信阳师范学院计算机系

  6. 2）IP地址的两种表示方法 • 32位二进制数码 • 4个用圆点隔开的十进制数 例： 十进制 202. 112. 0. 36 计算机自动转换 二进制 11001010 01110000 00000000 00100100 11001010011100000000000000100100 信阳师范学院计算机系

  7. 电话号码 高位 低位 86－10－6278－0203 国家 城市 市内电话局 局内电话机 IP地址 高位 低位 212. 111. 44. 136 网络地址 主机地址 （netid） （hostid） 区分不同的网络 在同一网络中区分不同的主机 3）IP地址的含义 信阳师范学院计算机系

  8. 4）特殊地址 • 回馈地址（loopback address） • 网络地址（network address） • 广播地址（broadcast address） 信阳师范学院计算机系

  9. 回馈地址 • 主机将IP数据报回传自身的地址——IP地址第一个字节为127 • 例： • 回送地址为127.0.0.1 信阳师范学院计算机系

  10. 网络地址 • 主机地址部分全部定义为“0” • 用于区分网络 • 例： • 主机212.111.44.136 • 所在网络的地址为212.111.44.0 信阳师范学院计算机系

  11. 广播地址 • 直接广播地址 • 主机地址部分为全“1” • 用于向某个网络的所有主机广播 • 例： • 主机212.111.44.136 • 所在网络的广播地址为212.111.44.255 • 有限广播地址（ 255.255.255.255） • 在未知本网地址情况下用于本网广播 信阳师范学院计算机系

  12. 5）IP地址的分类 • A类 大型网络 • B类 中型网络 • C类 小型网络 • D类 用于multicast • E类 用于试验目的 IP地址分类比较 信阳师范学院计算机系

  13. A类地址 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 • 前1字节标识网络地址，后3字节标识主机地址 • 每个网络最多可容纳（ 2 －2）台主机 • 从高位起，前1位为“0”，第1字节用十进制表示的取值范围为“0～126” • 具有A类地址特征的网络总数为127个 0 主机地址 网络地址 0～127 0～255 0～255 0～255 24 信阳师范学院计算机系

  14. A类地址举例 18.255.0.0 相当于256个B类地址 十进制 二进制 18.x.x.x 00010010 xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx 18.1.0.0 信阳师范学院计算机系

  15. B类地址 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 • 前2字节标识网络地址，后2字节标识主机地址 • 每个网络最多可容纳（ 2 －2）台主机 • 从高位起，前2位为“10”，第1字节用十进制表示的取值范围为“128～191” • 具有B类地址特征的网络总数为 2 个 1 0 网络地址 主机地址 128～191 0～255 0～255 0～255 16 14 信阳师范学院计算机系

  16. B类地址举例 相当于256个C类地址 166.111.255.1 十进制 二进制 166.111.x.x 1010011001101111 xxxxxxxx xxxxxxxx 162.105.x.x 1010001001101001 xxxxxxxx xxxxxxxx 166.111.1.1 166.111.0.1 166.111.0.2 166.111.0.3 166.111.0.254 信阳师范学院计算机系

  17. C类地址 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 前3字节标识网络地址，后1字节标识主机地址 • 每个网络最多可容纳254台主机 • 从高位起，前3位为“110”，第1字节用十进制表示的取值范围为“192～223” • 具有C类地址特征的网络总数为 2 个 1 1 0 网络地址 主机地址 192～223 0～255 0～255 0～255 21 信阳师范学院计算机系

  18. C类地址举例 网络地址：212.111.1.0 广播地址：212.111.1.255 十进制 二进制 202.112.1.x 110010100111000000000001 xxxxxxxx 210.39.15.x 110100100010011100001111 xxxxxxxx 210.32.128.x 110100100010000010000000 xxxxxxxx 212.111.1.1 212.111.1.2 212.111.1.3 212.111.1.254 信阳师范学院计算机系

  19. IP地址分类比较 信阳师范学院计算机系

  20. D类地址 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 • 组播通信地址（multicast address） • 从高位起，前4位为“1110”，第1字节用十进制表示的取值范围为“224－239”，用于标识multicast通信地址 • 后28位用于区分不同的multicast组 1 1 1 0 Multicast标识 Multicast Group标识 信阳师范学院计算机系

  21. IP网络通信方式 • 单播通信（unicasting） • 将数据只发送到一台主机 • 目的地址为宿端主机的IP地址 • 广播通信（broadcasting） • 将数据发送给某个网络/子网的所有主机 • 目的地址为该网络/子网的广播地址 • 组播通信（multicasting） • 将数据发送给某组主机（减少网络通信流量） 信阳师范学院计算机系

  22. E类地址 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 • 从高位起，前5位为“11110”，第1字节用十进制表示的取值范围为“240－247”，用于标识E类地址 • 后27位留作它用 1 1 1 1 0 E类地址标识 信阳师范学院计算机系

  23. 6）IP地址的特性 • 提供全网统一、有效的地址模式 • 屏蔽不同物理网络的地址差异 • 为IP层的“尽力传递”提供基础 • 地址结构对应网络的层次结构 Internet 130.n.0.0 网络1 130.1.0.0 网络n 130.1.1.0 子网1 子网m 130.1.m.0 130.n.*.* 130.1.1.1 130.1.m.11 主机 主机 主机 主机 主机 主机 信阳师范学院计算机系

  24. 2. 子网及其掩码 1）子网 2）子网掩码 信阳师范学院计算机系

  25. 1）子网 • 什么是子网 • 为什么要划分子网 • 如何划分子网 • 子网地址特性 信阳师范学院计算机系

  26. 什么是子网（subnet） • 将网络进一步划分为独立的组成部分，每个部分称为这一网络（或更高一级子网）的子网。 校园网 图书馆子网 信息学院子网 经管学院子网 计算机系子网 电子系子网 自动化系子网 主机 主机 主机 主机 主机 主机 信阳师范学院计算机系

  27. 为什么要划分子网 • 提高系统的可靠性 • 防止全网通信瘫痪 • 改进系统性能 • 克服简单局域网的技术条件限制 • 增强系统的安全保障 • 设置不同的访问权限 • 便于系统的运行维护 • 故障诊断和隔离 信阳师范学院计算机系

  28. 如何划分子网 • 根据地理分布特点划分 • 易于组网技术实现 • 楼群内采用局域网技术构成子网 • 楼群间选择合适的传输媒体和互连设备使不同子网互连 • 节省经费 • 根据网络应用特点划分 • 将共享相同网络资源的主机划分为同一子网，减少子网间的网络传输流量，提高系统性能 • 将具有相同安全密级程度的主机划分为同一子网，保障系统的安全 信阳师范学院计算机系

  29. 子网地址特性 不含子网的IP地址 网络地址 主机地址 含子网的IP地址 网络地址 子网地址 主机地址 例：将一个B类网络划分成256个子网 166. 111 . 255 . 66 信阳师范学院计算机系

  30. 引入子网划分（subneting）和超网合并（superneting）思想后，以前的A/B/C地址分类意义已不大，不过可作为缺省的子网划分依据。以后规定：IP地址 = 子网地址 ＋ 主机地址子网地址 = 网络地址 ＋ 网络内子网地址 2）子网掩码 信阳师范学院计算机系

  31. 掩码的定义和作用 掩码mask • 子网掩码的定义 • 掩码应用举例 • 掩码的作用 信阳师范学院计算机系

  32. 子网掩码的定义 每个子网定义一个32位二进制数： 网络地址和网络内子网地址部分对应位置“1”， 主机地址部分对应位置“0”。 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 例： 网络地址：130. 39. 0. 0 子网地址：130.39.34.0 子网掩码：255.255.255.0 网络地址 网络内子网地址 主机地址 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 信阳师范学院计算机系

  33. 掩码应用举例 主机IP地址：202.112.32.62 缺省子网掩码：255.255.255.0（C类地址） 实际子网掩码：255.255.255.224 因此： 网络地址：202.112.32.0（无实际意义） 子网地址：202.112.32.32 广播地址：202.112.32.63 另一种表示法： 202.112.32.62/27 信阳师范学院计算机系

  34. 掩码的作用 • 获取主机的网络地址部分，区分主机通信的不同情况，选择路径。 • 主机之间通信的两种情况 • 同一子网内两台主机间的相互通信 • 不同子网内两台主机间的相互通信 • 如何区分两种情况 信阳师范学院计算机系

  35. 同一子网中的主机之间通信 子网地址 210.39.15.0 210.39.15.15 210.39.15.127 源地址 目的地址 发送 接收 210.39.15.255 广播地址 信阳师范学院计算机系

  36. 不同子网中的主机之间通信 子网地址 210.39.15.0 202.112.4.63 目的地址 210.39.15.15 源地址 发送 转发 R 210.39.15.32 子网地址 202.112.4.0 接收 210.39.15.255 广播地址 信阳师范学院计算机系

  37. 如何区分两种情况 设本地主机所在子网地址为Nx，子网掩码为Mx，远程主机的IP地址为Ay，再设Ny=Ay & Mx • 若Nx==Ny，则认定远程主机与本地主机在同一子网上 • 若Nx<>Ny，则认定远程主机与本地主机不在同一子网上 信阳师范学院计算机系

  38. 获取主机IP地址的网络地址 (1) 本地主机 IP地址： 210.39.15.15 网络地址（Nx）： 210.39.15.0 本地子网掩码：255.255.255.0 远程主机 IP地址： 210.39.15.127 210.39.15.127 11010010 00100111 00001111 01111111 “与” 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 得 210.39.15.0 11010010 00100111 00001111 00000000 (Ny) 信阳师范学院计算机系

  39. 获取主机IP地址的网络地址(2) 本地主机 IP地址：210.39.15.15 网络地址（Nx）：210.39.15.0 本地子网掩码：255.255.255.0 远程主机 IP地址： 202.112.4.63 202.112.4.63 11001010 01110000 00000100 00111111 “与” 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 得 202.112.4.0 11001010 01110000 00000100 00000000 (Ny) 信阳师范学院计算机系

  40. 3. IP地址与物理地址的转换 1）什么是物理地址 • 物理地址标识举例 2）为什么要进行地址转换 3）如何实现地址转换 信阳师范学院计算机系

  41. 1）什么是物理地址 • 定义 • 组成网络的各个站点都具有一个机器可以识别的地址，称为该站点的物理地址（或称硬件地址）。 • 特点 • 长度和格式由物理网络的硬件决定，不同网络具有各自的地址定义方式。 • 物理地址不能保证在整个互联网上具有唯一性，但在同一网络上物理地址是唯一的。 信阳师范学院计算机系

  42. 物理地址的标识举例 以太网地址（也称为MAC地址） • 地址长度为48位 • 以用“：”点开的6个16进制数表示 • 由厂商将地址用硬件赋予每块以太网网卡 • 具有全球唯一性 例： 08: 00: 20: 0e: 56: 7d 000010000000000000100000000011100101011001111101 Sun公司生产的网卡 前24位用于区分不同的厂商 信阳师范学院计算机系

  43. 2）为什么要进行地址转换 IP层 以IP地址为标识，为IP分组（packet）在互联网上实现各子网间的寻径 互联网 数据链路层 物理层 逻辑 链路层 LLC 逻辑链路控制层 物理子网 MAC 介质访问控制层 物理层 物理层 WAN LAN 以物理地址为标识，为物理帧（frame）在具体的各个子网内实现节点间的寻径 信阳师范学院计算机系

  44. 3）如何实现地址转换 地址转换协议 • ARP（地址解析协议） Address Resolution Protocol IP地址  MAC地址 • RARP（逆向地址解析协议） Reserve Address Resolution Protocol MAC地址  IP地址 信阳师范学院计算机系

  45. ARP协议的工作原理 我是128.1.2.7，谁知道IP地址为128.1.2.15的主机对应的MAC地址？ 主机A 主机E Ethernet 听见/不回答 听见/不回答 听见/不回答 听见/回答 主机A的ARP表 IP MAC ------------------------------------ 128.1.2.7 0:a0:24:ec:c1:b4 128.1.2.11 0:20:c5:e2:c6:a2 主机128.1.2.7，我是128.1.2.15，我的MAC地址是8:0:20:e:28:ef 128.1.2.15 8;0:20:e:28:ef 信阳师范学院计算机系

  46. Hardware type=1 Protocol type=0800(IP) Length of hardware address=6 bytes Length of protocol address=4 bytes Opcode 1 (ARP Request) Sender’s HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4 Sender’s IP address= 128.1.2.7 Target HD address= ? Target IP address= 128.1.2.15 ARP请求（Request） ARP/RARP帧 Ethernet报头 Packet 10 arrived at 8:23:43.75 Packet size=42 bytes Destination=ff:ff:ff:ff:ff:ff Source= 0:a0:24:ec:c1:b4 Ethertype=0806(ARP) 信阳师范学院计算机系

  47. ARP回答（Reply） ARP/RARP帧 Ethernet报头 Packet 95 arrived at 8:44:21.15 Packet size=60 bytes Destination= 0:a0:24:ec:c1:b4 Source= 8:0:20:e:28:ef Ethertype=0806 (ARP) Hardware type=1 Protocol type=0800(IP) Length of hardware address=6 bytes Length of protocol address=4 bytes Opcode 2 (ARP Replyt) Sender’s HD address= 8:0:20:e:28:ef Sender’s IP address= 128.1.2.15 Target HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4 Target IP address= 128.1.2.7 信阳师范学院计算机系

  48. RARP协议的工作原理 我的MAC地址是0:a0:24:ec:c1:b4， 谁知道我的IP地址？ 主机A（无盘） 主机E（服务器） Ethernet 听见/不回答 听见/不回答 听见/不回答 听见/回答 主机A获得自己的IP地址， 开始自己的开机过程。 主机0:a0:24:ec:c1:b4，你的IP地址是128.1.2.7 信阳师范学院计算机系

  49. RARP请求（Request） ARP/RARP帧 Ethernet报头 Packet 10 arrived at 18:23:43.75 Packet size=42 bytes Destination=ff:ff:ff:ff:ff:ff Source= 0:a0:24:ec:c1:b4 Ethertype=8035 (RARP) Hardware type=1 Protocol type=0800(IP) Length of hardware address=6 bytes Length of protocol address=4 bytes Opcode 3 (RARP Request) Sender’s HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4 Sender’s IP address= 0.0.0.0 Target HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4 Target IP address= ? 信阳师范学院计算机系

  50. RARP回答（Reply） ARP/RARP帧 Ethernet报头 Packet 95 arrived at 18:44:21.15 Packet size=76 bytes Destination= 0:a0:24:ec:c1:b4 Source= 8:0:20:e:28:ef Ethertype=8035 (RARP) Hardware type=1 Protocol type=0800(IP) Length of hardware address=6 bytes Length of protocol address=4 bytes Opcode 4 (REVARP Replyt) Sender’s HD address= 8:0:20:e:28:ef Sender’s IP address= 128.1.2.15 Target HD address= 0:a0:24:ec:c1:b4 Target IP address= 128.1.2.7 信阳师范学院计算机系

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