chapter6网络互连与网络层协议

chapter6网络互连与网络层协议内容摘要：

作一般在路由器上进行。 如果路由器从某个网络接口收到了一个 IP报文，要向另外一个网络转发，而该网络的MTU比 IP报文长度要小，那么就要把该 IP报文分成多个小IP分段后再分别发送。 例如，下图所示。 B MTU = 1500 MTU = 1500 (a)多个拥有不同 MTU值的网络 A R1 R2 网络 1 网络 2 网络 3 MTU=620 IP报文头 数据 (1400B) 分段 1的头 (偏移为 0) 数据片 1 (600B) 分段 2的头 (偏移为 600) 分段 3的头 (偏移为 1200) 数据片 3 (200B) 原始 IP报文 分段 1 分段 2 分段 3 图 614 IP数据包的分段和重组 0 20B 数据片 2 (600B) 图 614给出了一个对 IP报文进行分段的网络环境示例。 在图 614(a)中，两个以太网通过一个远程网互联起来。 以太网的 MTU都是 1500，但是中间的 远程网络的 MTU为 620个字 节。 如果主机 A现在发送给 B一个长度超过 620字节的 IP报文， 首先在经过路由器 R1时，就必须把该报文分成多个分段。 在进行分段时，每个数据片的长度依照物理网络的 MTU而 确定。 由于 IP报文头中的偏移字段的值实际上是以 8字节为单 位，所以要求每个分段的长度必须为 8的整数倍 (最后一个分段 除外，它可能比前面的几个分段的长度都小，它的长度可能为 任意值 )。 图 614(b)是一个包含有 1400字节数据的 IP报文，在经过 图 614(a)所示网络环境中路由器 R1后，该报文的分段情况。 从图中可以看出， 每个分段都包括各自的 IP报文头。 而 且该报文头和原来的 IP报文头非常相似， 除了 MF标志位、分 段偏移、校验和，等几个字段外，其它内容完全一样。 重组 (Reasembly)是分段的逆过程，把若干个 IP分段重 新组合后还原成原来的 IP报文。 在目的端收到一个 IP报文时，可以根据其分段偏移和 MF 标志位来判断它是否是一个分段。 如果 MF位是 0，并且分段 偏移为 0，则表明这是一个完整的 IP数据报。 否则，如果分 段偏移不为 0，或者 MF标志位为 1，则表明它是一个分段。 这 时目的地端需要实行分段重组。 IP协议根据 IP报文头中的标 识符字段的值来确定哪些分段属于同一个原始报文，根据分 段偏移来确定分段在原始报文中的位置。 如果一个 IP数据报的所有分段都正确地到达目的地，则 把它重新组织成一个完整的报文后交给上层协议去处理。 IP协议 (3) IP 地址  IP地址结构： 是一种层次型地址结构。  IP协议规定： IP地址的长度为四字节 (32bit) 整个地址分为两部分 ， 即网络号 (Net ID)和主 机号 (Host ID)。  IP地址分类： 分为 5类 ， 见下图。 Net ID Host ID IP 地址  IP地址的表示： 点分十进制法。 例如 网络号 主机号 0 A类地址 E类地址 D类地址 C类地址 B类地址 1 0 网络号 0 7 8 31 15 16 23 24 主机号 1 1 0 网络号 主机号 1 1 0 1 1 1 0 1 1 组播地址 保留 IP地址格式  A、 B、 C三类地址的网络数和主机数 根据首字节的取值可以判断 IP地址的类别。 例如 C类地址 类别 首字节值范围 网络数 主机数 A 1126 126 16777314 B 128191 16382 65534 C 192223 2097150 254  特殊用途的 IP地址 • 主机号为全 “ 0”的 IP地址为网络地址，表示该网络本身。 例如， 就是一个典型的 C类网络地址。 • 主机号为全 “ 1”的地址是广播 (broadcast)地址。 • 任何一个以数字 127开头的 IP地址 ()都叫做回送地址 (loopback address)。 它是一个保留地址，最常见的表示形式为。 IP协议规定： 当任何程序用回送地址作为目的地址时 ， 计 算机上的协议软件不会把该数据报向网络上发送 ， 而是把数据 直接返回给本主机。 回送地址的用途： 实现对本机网络协议的测试或实现本地进程间的通信。 以上地址从来不分配给任何一个单个的主机。  内部地址 (私用地址 ) IP地址范围内有一些未被 InterNic指定，这些地址可分 配给未连接到 Inter的主机使用，这些主机如果需要访问 Inter,可使用网络代理 (proxy)服务器连接到公共网络上。 它们是： A类： B类： C类：  D类和 E类地址 • D类地址是组播地址 (multicast)，范围为： – ， 其间每个 IP地址，实际上代表一组特定的主机。 注意 :这个地址不是一个主机地址 • E类范围： ，这是一个用于实验的地址范围，并不用于实际的网络 . 组播地址解释 D类地址是组播地址。 与广播地址相似之处是： 都只能作为 IP报文的目 的地址，表示该报文的一组接收者，而不能把它分 配给某台具体的主机。 组播地址和广播地址区别： 广播地址是按主机的 物理位置来划分各组的 (属于同一个子网 )，而组播 地址指定一个逻辑组，参与该组的机器可能遍布整 个 Inter网。 组播地址主要用于： 电视会议、视频点播等应用。 实际上，一个组播 IP地址唯一地标志一个逻辑组。 每个 要求参与组播接收的主机使用 IGMP 协议，主动登记到希望 加入的组中去。 网络中的路由器根据参与的主机的位置，为该组播的通 信组形成一棵发送树。 服务器在发送数据时，只需发送一份 数据报文，该报文的目的地址为相应的组播地址。 路由器根 据已经形成的发送树依次转发，只是在树的分岔点处复制数 据报，向多个网络 转发一份拷贝。 经过多个路 由器的转发后， 则该数据报可以到达所有登记到该组的主机处。 这样就大大 减少了源端主机的负担和网络资源的浪费。 子网掩码 子网 掩码是一个与 IP地址对应的 32位数字。 掩码的一些位为 1，另一些位为 0。 通过掩码可以把 IP地址中的主机号再分为两部分：子网号和主机号。 屏蔽主机地址，获得网络地址。 每个主机都需要一个子网掩码。 缺省子网掩码： A类： B类： C类： IP协议 (4)  子网划分 • 划分子网的重要性 IP寻址方案的开发始于 20世纪 60年代后期，当初并没有考虑到 Inter发展这么快，有限的 32位地址空间使人们陷入了 IP地址分配无法满足众多需求的窘境。 • 划分子网的好处： 1)充分利用 IP地址 2)方便管理，网络管理者有时需要分割网络 ,尤 其是大型网络，使其成为较小的网络，减小广 播域 .  子网地址 思路： 从 IP地址的 Host ID中借若干位表示子网号。 子网地址包括一个 网络号 、一个网络内的 子网号 和一 个子网内的 主机号码 三部分，其中 子网号和主机号是网 络管理员按需要分配的。 子网划分前后 IP地址结构： 网络位 主机位 网络位 子网位 主机位  子网掩码及其表示 IP协议规定： 每一个使用 子网的网点都选择32bit的位模式，若位模式中的某位置 “ 1”，则对应 IP地址的某位为网络地址（包括网络号和子网号）中的一位；若位模式中的某位置 “ 0”，则对应 IP地址的某位为主机地址中的一位。 使用子网掩码的两个 B类地址 B类地址 网络地址 主机地址 1011 1110 0000 0001 0100 0000 0000 0100 1011 1110 0000 0001 0100 0001 0000 0001 子网掩码 1111 1111 1111 1111 1111 0000 0000 0000 子网地址 子网掩码的表示 ① 直接的 32bit的位模式（不常用） ② 点分整数法（常用） 例：  子网掩码的斜杠表示法： 斜杠表示的整数，就是所有1的个数 例：带点十进制数表示 斜杠表示 /24 IP地址 /子网 掩码对： 可表示为 若划分子网， Router在运算时， IP地址和子网 掩码按位 相与。  IP地址和子网掩码的例子 例 1： IP地址为 址和主机地址各是什么。 解：网络地址 = 主机地址 =34 理由：上述 IP地址为 C类。 例 2：如果结点（主机）地址的头十位用于子网，则 的子网掩码是什么。 A：。 B:。 C:。 D:。 解：选择 D 理由： 为 B 类地址 则对应的子网掩码中头两个字节全“ 1” 据题意，结点（主机）地址的头十位用于子网，则对应网络地址 1后应跟随 10位“ 1”，故选 D 例 3：若子网掩码为 ，那么下面哪个主机必须使用路由器才能与 通信。 A:。 B:。 C:。 D:。 解：选择 B、 C 因 ： B类地址， 则 ：。 显然， C 之网络号不同 故 ：选择 C。 又：子网掩码为 ， 指示主机号（第三字节）的 头两位为子网号。 所以：主机 的第三字节 (14410010000)的头两位 ( 10 ) 为子网号。 考察 A、 B、 D的第三字节： A： 19110111111 B: 12701111111 D: 14810010100 故：再选择 B  子网和主机的计算公式 RFC 950规定： 不允许使用全“ 0”和全“ 1” 的子网，即子网号不能全“ 0”和全“ 1”，同样， 主机号也如此。 根据此限制，有： • 1位子网掩码不允许（因对应位上只有 0和 1） • B类 15位子网掩码和 C类 7位子网掩码也是非法的（因只给主机留了 1位）。  子网和主机的计算公式 1) 计算用于表示子网的位组合公式： 2N2(其中 N用于表示子网的位数 ) 表示子网的位组合全 0和全 1（ 全 0子网 、 广播子网 ） ， 对于一些网络设备可能出现问题 ，所以剔除这两种组合。 2)计算用于表示主机的位组合公式： 2N2(其中 N是用于表示主机的位数 ) 当主机位为全 0时 ， 则此时的 IP地址相当于只是表示了一个网络的地址； 当主机位为全 1时，则此时的 IP地址相当于是一个广播地址。 例： ， 默认子网掩码 : /24 ( ) 子网掩码 : /26 ( ) /26借出。