计算机网络（第 6 版）

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懋庆林
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1 第 3 章主要内容回顾计算机网络 ( 第 7 版 ) 第 4 章网络层 () 中国科学技术大学曾凡平 3. 使用点对点信道的数据链路层 3.2 点对点协议 PPP 3.3 使用广播信道的数据链路层 3.4 扩展的以太网 3.5 高速以太网 4. 网络层 2 第 4 章网络层 () 4. 网络层提供的两种服务 4.2 网际协议 IP 4.2. 虚拟互连网络分类的 IP 地址 IP 地址与硬件地址地址解析协议 ARP 的格式 IP 层转发分组的流程 4.3 划分子网和构造超网 4.3. 划分子网使用子网时分组的转发无分类编址 CIDR( 构造超网 ) 本章最重要的内容 () 虚拟互连网络的概念 (2) IP 地址与物理地址的关系 (3) 传统的分类的 IP 地址 ( 包括子网掩码 ) 和无分类域间路由选择 CIDR (4) 路由选择协议的工作原理 4. 网络层 3 4. 网络层 4 4. 网络层提供的两种服务网络层向运输层提供服务, 屏蔽数据链路层的差异, 实现端到端的通信在计算机网络领域, 网络层应该向运输层提供怎样的服务 ( 面向连接还是无连接 ) 曾引起了长期的争论争论焦点的实质就是 : 在计算机通信中, 可靠交付应当由谁来负责? 是网络还是端系统? 一种观点 : 让网络负责可靠交付这种观点认为, 应借助于电信网的成功经验, 让网络负责可靠交付, 计算机网络应模仿电信网络, 使用面向连接的通信方式通信之前先建立虚电路 (Virtual Circuit), 以保证双方通信所需的一切网络资源如果再使用可靠传输的网络协议, 就可使所发送的分组无差错按序到达终点, 不丢失不重复 4. 网络层 5 4. 网络层 6

2 应用层运输层网络层数据链路层物理层虚电路服务 H H 2 虚电路应用层运输层网络层数据链路层物理层虚电路是逻辑连接虚电路表示这只是一条逻辑上的连接, 分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送, 而并不是真正建立了一条物理连接请注意, 电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似, 但并不完全一样 H 发送给 H 2 的所有分组都沿着同一条虚电路传送 4. 网络层 7 4. 网络层 8 另一种观点 : 网络提供数据报服务互联网的先驱者提出了一种崭新的网络设计思路网络层向上只提供简单灵活的无连接的尽最大努力交付的数据报服务网络在发送分组时不需要先建立连接每一个分组 ( 即 ) 独立发送, 与其前后的分组无关 ( 不进行编号 ) 网络层不提供服务质量的承诺即所传送的分组可能出错丢失重复和失序 ( 不按序到达终点 ), 当然也不保证分组传送的时限尽最大努力交付由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务, 这就使网络中的路由器可以做得比较简单, 而且价格低廉 ( 与电信网的交换机相比较 ) 如果主机 ( 即端系统 ) 中的进程之间的通信需要是可靠的, 那么就由网络的主机中的运输层负责可靠交付 ( 包括差错处理流量控制等 ) 采用这种设计思路的好处是 : 网络的造价大大降低, 运行方式灵活, 能够适应多种应用互连网能够发展到今日的规模, 分证明了当初采用这种设计思路的正确性 4. 网络层 9 4. 网络层数据报服务虚电路服务与数据报服务的对比应用层运输层网络层数据链路层物理层 H H 2 丢失 H 发送给 H 2 的分组可能沿着不同路径传送应用层运输层网络层数据链路层物理层对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址分组的转发当结点出故障时仅在连接建立阶段使用, 每个分组使用短的虚电路号属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作每个分组都有终点的完整地址每个分组独立选择路由进行转发出故障的结点可能会丢失分组, 一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责, 也可以由用户主机负责由用户主机负责 4. 网络层 4. 网络层 2 2

3 4.2 网际协议 IP 4.2. 虚拟互连网络分类的 IP 地址 IP 地址与硬件地址地址解析协议 ARP 的格式 IP 层转发分组的流程 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) 4. 网络层 3 4. 网络层 4 网际层的 IP 协议及配套协议 4.2. 虚拟互连网络应用层运输层网络层 ( 网际层 ) 网络接口层各种应用层协议 (HTTP, FTP, SMTP 等 ) TCP, UDP ICMP IGMP IP 与各种网络接口物理硬件 ARP 将网络互连并能够互相通信, 会遇到许多问题需要解决, 如 : 不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的超时控制如何将异构的网络不同的差错恢复方法不同的状态报告方法互相连接起来? 不同的路由选择技术不同的用户接入控制不同的服务 ( 面向连接服务和无连接服务 ) 不同的管理与控制方式等 4. 网络层 5 4. 网络层 6 使用一些中间设备进行互连将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) 系统有以下五种不同的中间设备 : 物理层中继系统 : 转发器 (repeater) 数据链路层中继系统 : 网桥或桥接器 (bridge) 网络层中继系统 : 路由器 (router) 网桥和路由器的混合物 : 桥路器 (brouter) 网络层以上的中继系统 : 网关 (gateway) 网络互连使用路由器当中继系统是转发器或网桥时, 一般并不称之为网络互连, 因为这仅仅是把一个网络扩大了, 而这仍然是一个网络网关由于比较复杂, 目前使用得较少网络互连都是指用路由器进行网络互连和路由选择由于历史的原因, 许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关 4. 网络层 7 4. 网络层 8 3

4 互连网络与虚拟互连网络虚拟互连网络的意义路由器网络网络网络网络网络 (a) 互连网络虚拟互连网络 ( 互联网 ) (b) 虚拟互连网络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如果在这种覆盖全球的 IP 网的上层使用运输层协议 (TCP 协议或 UDP 协议 ), 那么就是现在的互联网 (Internet) IP 网的概念 4. 网络层 9 4. 网络层 2 主机 H H 间接交付分组在互联网中的传送 R R R 间接交付 R 3 间接交付从网络层看的传送如果我们只从网络层考虑问题, 那么就可以想象是在网络层中传送网络层网络层网络层网络层网络层网络层网络层互联网可以由多种异构网络互连组成主机 H H 2 R 5 R 间接交付 R 4 R H R R 3 R 4 R 5 H 2 4. 网络层 2 4. 网络层分类的 IP 地址在 TCP/IP 体系中,IP 地址是一个最基本的概念本部分重点学习 :. IP 地址及其表示方法 2. 常用的三种类别的 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互联网上的主机 ( 或路由器 ) 分配一个在全世界范围是唯一的 32 的符 IP 地址现在由互联网名字和数字分配机构 ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers) 进行分配 4. 网络层网络层 24 4

5 IP 地址的编址方法的演化分类的 IP 地址这是最基本的编址方法, 在 98 年就通过了相应的准协议子网的划分这是对最基本的编址方法的改进, 其准 [RFC 95] 在 985 年通过构成超网这是比较新的无分类编址方法 993 年提出后很快就得到推广应用分类 IP 地址将 IP 地址划分为若干个固定类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, 它志主机 ( 或路由器 ) 所连接到的网络, 而另一个字段则是主机号, 它志该主机 ( 或路由器 ) 主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的由此可见, 一个 IP 地址在整个互联网范围内是唯一的 4. 网络层网络层 26 分类 IP 地址各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段这种两级的 IP 地址结构如下 : 网络号主机号 A 类地址 B 类地址 32 这种两级的 IP 地址可以记为 : C 类地址 IP 地址 ::= { < 网络号 >, < 主机号 >} (4-) D 类地址多播地址 ::= 代表定义为 E 类地址保留为今后使用 4. 网络层网络层 28 各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段 A 类地址 A 类地址 B 类地址 B 类地址 C 类地址 C 类地址 D 类地址多播地址 A 类地址的网络号字段为字节 D 类地址多播地址 B 类地址的网络号字段为 2 字节 E 类地址保留为今后使用 E 类地址保留为今后使用 4. 网络层网络层 3 5

6 各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段 A 类地址 A 类地址 B 类地址 B 类地址 C 类地址 C 类地址 D 类地址多播地址 C 类地址的网络号字段为 3 字节 E 类地址保留为今后使用 D 类地址多播地址 A 类地址的主机号字段为 3 字节 E 类地址保留为今后使用 4. 网络层 3 4. 网络层 32 各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段 A 类地址 A 类地址 B 类地址 B 类地址 C 类地址 C 类地址 D 类地址多播地址 B 类地址的主机号字段为 2 字节 E 类地址保留为今后使用 D 类地址多播地址 C 类地址的主机号字段为字节 E 类地址保留为今后使用 4. 网络层网络层 34 各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段 A 类地址 A 类地址 B 类地址 C 类地址 D 类地址是多播地址 B 类地址 C 类地址 E 类地址保留为今后使用 D 类地址多播地址 D 类地址多播地址 E 类地址保留为今后使用 E 类地址保留为今后使用 4. 网络层网络层 36 6

7 点分十进制记法点分十进制记法举例机器中存放的 IP 地址是 32 二进制代码每为一组将每的二进制数转换为十进制数采用点分十进制记法则进一步提高可读性二进制数等价的点分十进制数网络层网络层常用的三种类别的 IP 地址一般不使用的特殊的 IP 地址网络类别最大可指派的网络数 IP 地址的指派范围第一个可指派的网络号最后一个可指派的网络号每个网络中最大主机数 A 26 (2 7 2) B 6383 (2 4 ) C 2975 (2 2 ) 网络号主机号使用使用可以不可可以不可全全不可可以全不可可以 27 非全或全的任何数可以可以代表的意思在本网络上的本主机 ( 见 6.6 节 DHCP 协议 ) 在本网络上的某台主机只在本网络上进行广播 ( 各路由器均不转发 ) 对上的所有主机进行广播用作本地软件环回测试之用 4. 网络层网络层 4 IP 地址的一些重要特点 () IP 地址是一种分等级的地址结构分两个等级的好处是 : 第一,IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号, 而剩下的主机号则由得到该网络号的单自行分配这样就方便了 IP 地址的管理第二, 路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组 ( 而不考虑目的主机号 ), 这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少, 从而减小了路由表所占的存储空间 IP 地址的一些重要特点 (2) 实际上 IP 地址是志一个主机 ( 或路由器 ) 和一条链路的接口当一个主机同时连接到两个网络上时, 该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址, 其网络号必须是不同的这种主机称为多归属主机 (multihomed host) 由于一个路由器至少应当连接到两个网络 ( 这样它才能将从一个网络转发到另一个网络 ), 因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址 4. 网络层 4 4. 网络层 42 7

8 IP 地址的一些重要特点 (3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络, 因此这些局域网都具有同样的网络号 (4) 所有分配到网络号的网络, 无论是范围很小的局域网, 还是可能覆盖很大地理范围的广域网, 都是平等的互联网中的 IP 地址 LAN R LAN N LAN N R 3 N B 互联网网络层网络层 44 在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 互联网中的地址中的网络号必须是一样的 IP 图中的网络号就是 IP 地址中的 LAN R LAN N LAN N R 3 N B 在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 互联网中的地址中的网络号必须是一样的 IP 图中的网络号就是 IP 地址中的 LAN R LAN N LAN N R 3 N B 互联网互联网网络层网络层 46 互联网中的 IP 地址在同一个局域网上的主机或路由器的 IP 互联网中的地址中的网络号必须是一样的 IP 图中的网络号就是 IP 地址中的 LAN R LAN 在同一个局域网上的主机或路由器的 N LAN IP 地址中的网络号必须是一样的 N 图中的网络号就是 IP 地址中的 R 3 N B LAN R LAN N LAN N R 3 N B 互联网互联网网络层网络层 48 8

9 互联网中的 IP 地址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 LAN R LAN N LAN N R 3 N B LAN R LAN N LAN N R 3 N B 互联网互联网网络层网络层 5 互联网中的 IP 地址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 LAN R LAN N LAN N R 3 N B 两个路由器直接相连的接口处, 可指明也可不指明 IP 地址如指明 IP 互联网中的地址, 则这一段连线就构成了一种只包含 IP 地址一段线路的特殊网络现在常不指明 IP 地址 LAN R LAN N LAN N R 3 N B 互联网互联网网络层 5 4. 网络层 IP 地址与硬件地址 IP 地址与硬件地址是不同的地址从层次的角度看, 硬件地址 ( 或物理地址 ) 是数据链路层和物理层使用的地址 IP 地址是网络层和以上各层使用的地址, 是一种逻辑地址 ( 称 IP 地址是逻辑地址是因为 IP 地址是用软件实现的 ) 硬件地址 IP 地址与硬件地址 IP 地址首部首部 IP 地址放在的首部, 而硬件地址则放在的首部首部 TCP 报文应用层数据 IP 地址与硬件地址的区别尾部网络层及以上使用 IP 地址链路层及以下使用硬件地址 4. 网络层网络层 54 9

10 从协议栈的层次上看数据的流动主机 H 主机 H 2 IP HA 为硬件地址 IP 路由器 R 路由器 2 主机 H 查找路由表查找路由表主机 H 2 IP HA 为硬件地址路由器 R 路由器 IP 2 HA 局域网 HA 3 HA 4 HA 局域网 5 HA 6 局域网 HA 2 主机 H 主机 H 2 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 局域网局域网 6 局域网 HA 2 路由器 R 路由器 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 通信的路径 : H 经过 R 转发再经过转发 H 2 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 层上的互联网 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 4. 网络层网络层 56 从虚拟的 IP 层上看的流动主机 H 主机 H 2 IP HA 为硬件地址 IP 路由器 R 路由器 2 在链路上看的流动主机 H 主机 H 2 IP HA 为硬件地址 IP 路由器 R 路由器 2 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 局域网局域网 6 局域网 HA 2 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 局域网局域网 6 局域网 HA 2 主机 H 主机 H 2 主机 H 主机 H 2 路由器 R 路由器路由器 R 路由器 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 层上的互联网 IP 层上的互联网 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 4. 网络层网络层 58 在 IP 层抽象的互联网上只能看到图中的 IP IP 2 表示从 IP 到 IP 2 两个路由器的 IP 地址并不出现在的首部中路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择主机 H 主机 H 2 主机 H 主机 H 2 路由器 R 路由器路由器 R 路由器 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 层上的互联网 IP 层上的互联网 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 4. 网络层网络层 6

11 在具体的物理网络的链路层只能看见而看不见 IP 层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的网络层上讨论问题, 就能够使用统一的抽象的 IP 地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信主机 H 主机 H 2 主机 H 主机 H 2 路由器 R 路由器路由器 R 路由器 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP IP 2 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 层上的互联网 IP 层上的互联网 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 HA HA 3 HA 4 HA 5 HA 6 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 从 HA 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 4. 网络层 6 4. 网络层 62 主机 H 与 H 2 通信中使用的 IP 地址与硬件地址 HA 在网络层写入首部的地址在数据链路层写入首部的地址从 H 到 R IP IP 2 HA HA 3 从 R 到 IP IP 2 HA 4 HA 5 从到 H 2 IP IP 2 HA 6 HA 地址解析协议 ARP 通信时使用了两个地址 : IP 地址 ( 网络层地址 ) MAC 地址 ( 数据链路层地址 ) C5-C6-C8- LAN IP 地址 MAC 地址 C5-C6-CC C5-C8-C4-95 每个接口都有两个地址 4. 网络层网络层 64 地址解析协议 ARP 的作用已经知道了一个机器 ( 主机或路由器 ) 的 IP 地址, 如何找出其相应的硬件地址? 地址解析协议 ARP 就是用来解决这样的问题的网络层 ICMP IGMP ARP IP ARP 协议的作用 IP 地址 ARP 硬件地址 ARP 作用 : 从网络层使用的 IP 地址, 解析出在数据链路层使用的硬件地址地址解析协议 ARP 要点不管网络层使用的是什么协议, 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 < IP address;mac address;ttl > TTL (Time To Live): 地址映射有效时间 4. 网络层网络层 66

12 地址解析协议 ARP 要点当主机 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, 然后通过局域网将该发往此硬件地址如没有, ARP 进程在本局域网上广播发送一个 ARP 请求分组收到 ARP 响应分组后, 将得到的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 高速缓存地址解析协议 ARP 要点 ARP 请求分组 : 包含发送方硬件地址 / 发送方 IP 地址 / 目方硬件地址 ( 未知时 ) / 目方 IP 地址本地广播 ARP 请求 ( 路由器不转发 ARP 请求 ) ARP 响应分组 : 包含发送方硬件地址 / 发送方 IP 地址 / 目方硬件地址 / 目方 IP 地址 ARP 分组封装在物理网络的帧中传输 4. 网络层网络层 68 主机 A 广播发送 ARP 请求分组 ARP 请求 X A --C-5-AD-8 主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组我是 , 硬件地址是 --C-5-AD-8 我想知道主机的硬件地址 ARP 请求 ARP 请求 ARP 请求 Y ARP 响应 B 我是硬件地址是 8--2B--EE-A Z ARP 高速缓存的作用存放最近获得的 IP 地址到 MAC 地址的绑定, 以减少 ARP 广播的数量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 X A --C-5-AD-8 Y B 8--2B--EE-A Z 4. 网络层网络层 7 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 找到一个于本局域网上的某个路由器的硬件地址, 然后把分组发送给这个路由器, 让这个路由器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应当注意的问题 ( 续 ) 从 IP 地址到硬件地址的解析是自动进行的, 主机的用户对这种地址解析过程是不知道的只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信,ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址 4. 网络层 7 4. 网络层 72 2

13 H H 2 使用 ARP 的四种典型情况 R H 3 网网 2 网 3 H4 使用 ARP 的四种典型情况发送方是主机, 要把发送到本网络上的另一个主机这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址 2 发送方是主机, 要把发送到另一个网络上的一个主机这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址剩下的工作由这个路由器来完成 3 发送方是路由器, 要把转发到本网络上的一个主机这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址 4 发送方是路由器, 要把转发到另一个网络上的一个主机这时用 ARP 找到本网络上另一个路由器的硬件地址剩下的工作由这个路由器来完成 4. 网络层网络层 74 为什么? 不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 IP 编址把这个复杂问题解决了连接到互联网的主机只需各自拥有一个唯一的 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, 因为上述的调用 ARP 的复杂过程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因此, 在虚拟的 IP 网络上用 IP 地址进行通信给广大的计算机用户带来了很大的方便的格式一个由首部和数据两部分组成首部的前一部分是固定长度, 共 2 字节, 是所有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 4. 网络层网络层由首部和数据两部分组成志首部的前一部分是固定长度, 共 2 字节, 是所有必须具有的志首部首部发送在前发送在前 4. 网络层网络层 78 3

14 可选字段, 其长度是可变的志. 首部的固定部分中的各字段志发送在前首部占 4, 指 IP 协议的目前的 IP 协议号为 4 ( 即 IPv4) 4. 网络层网络层 8. 首部的固定部分中的各字段志占 4, 可表示的最大数值是 5 个单 ( 一个单为 4 字节 ), 因此 IP 的的最大值是 6 字节 4. 网络层 8. 首部的固定部分中的各字段志占, 用来获得更好的服务在旧准中叫做服务类型, 但实际上一直未被使用过 998 年这个字段改名为只有在使用 (DiffServ) 时, 这个字段才起作用在一般的情况下都不使用这个字段 4. 网络层 82. 首部的固定部分中的各字段志占, 指首部和数据之和的长度, 单为字节, 因此数据报的最大长度为字节必须不超过最大传送单元 MTU. 首部的固定部分中的各字段志 (identification) 占, 它是一个计数器, 用来产生的 4. 网络层网络层 84 4

15 . 首部的固定部分中的各字段志志 (flag) 占 3, 目前只有前两有意义志字段的最低是 MF (More Fragment) MF 表示后面还有分片 MF 表示最后一个分片志字段中间的一是 DF (Don't Fragment) 只有当 DF 时才允许分片 4. 网络层 85. 首部的固定部分中的各字段志占 3, 指出 : 较长的分组在分片后某片在原分组中的相对置以 8 个字节为偏移单 4. 网络层 86 [ 例 4-] 分片一数据报的为 382 字节, 其的长度为 38 字节 ( 使用固定首部 ), 需要分片为长度不超过 42 字节的数据报片因固定为 2 字节, 因此每个数据报片的长度不能超过 4 字节于是分为 3 个数据报片, 其的长度分别为 4 4 和字节原始数据报首部被复制为各数据报片的首部, 但必须修改有关字段的值 [ 例 4-] 分片首部需分片的数据报字节数据报片偏移 = /8 = 首部字节 399 首部 2 共 38 字节数据报片 2 偏移 = 4/8 = 75 首部偏移 = /8 = 数据报片 3 偏移 = 28/8 = 网络层网络层 88 [ 例 4-] 分片首部中与分片有关的字段中的数值 MF DF 原始数据报数据报片数据报片数据报片首部的固定部分中的各字段志生存时间占, 记为 TTL (Time To Live), 指示数据报在网络中可通过的路由器数的最大值 4. 网络层网络层 9 5

16 . 首部的固定部分中的各字段志协议占, 指出此数据报携带的数据使用何种协议, 以便目的主机的 IP 层将上交给那个处理过程运输层网络层 IP 协议支持多种协议, 可以封装多种协议 PDU 首部 TCP UDP ICMP IGMP OSPF 协议字段指出应将交给哪一个进程 4. 网络层 9 4. 网络层 92. 首部的固定部分中的各字段志占, 只检验数据报的首部, 不检验这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法数据报首部的计算采用二进制反码求和算法字字 2 检验和字 n 发送端置为全反码算术运算求和取反码检验和不参与检验和的计算字字 2 检验和字 n 接收端反码算术运算求和取反码结果若结果为, 则保留 ; 否则, 丢弃该数据报 4. 网络层网络层 94. 首部的固定部分中的各字段志和都各占 4 字节 2. 首部的 IP 首部的就是一个选项字段, 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, 从个字节到 4 个字节不等, 取决于所选择的项目增加首部的是为了增加的功能, 但这同时也使得的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 4. 网络层网络层 96 6

4.2.6 IP 层转发分组的流程假设 : 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, 每一个路由表就有 4 万个项目, 即 4 万行 ( 每一行对应于一台主机 ), 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 ( 每一行对应于一个网络 ),

17 4.2.6 IP 层转发分组的流程假设 : 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, 每一个路由表就有 4 万个项目, 即 4 万行 ( 每一行对应于一台主机 ), 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 ( 每一行对应于一个网络 ), 这样就可使路由表大大简化 4. 网络层 97 网 5... 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 ) R 网目的主机所在的网络 R 3 网路由器的路由表下一跳地址直接交付, 接口直接交付, 接口网 R 链路 R 链路 2 2 R 链路 3 3 链路 4 4. 网络层 98 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 : 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特定主机路由虽然互联网所有的分组转发都是基于目的主机所在的网络, 但在大多数情况下都允许有这样的特例, 即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 4. 网络层网络层默认路由 (default route) 路由器还可采用默认路由以减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间这种转发方式在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的默认路由在主机发送时往往更能显示出它的好处如果一个主机连接在一个小网络上, 而这个网络只用一个路由器和互联网连接, 那么在这种情况下使用默认路由是非常合适的只要目的网络不是 N 和 N 2, 就一律选择默认路由, 把数据报先间接交付路由器 R, 让 R 再转发给下一个路由器路由表目的网络下一跳 N 直接 N 2 默认 R 默认路由举例 N R2 R N 2 路由器 R 当网络 N 的默认路由器互联网 4. 网络层 4. 网络层 2 7

18 必须强调指出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 地址入, 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的首部, 然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器路由器分组转发算法 () 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 4. 网络层 3 4. 网络层 4 关于路由表路由表没有给分组指明到某个网络的完整路径路由表指出, 到某个网络应当先到某个路由器 ( 即下一跳路由器 ) 在到达下一跳路由器后, 再继续查找其路由表, 知道再下一步应当到哪一个路由器这样一步一步地查找下去, 直到最后到达目的网络 4.3 划分子网和构造超网 4.3. 划分子网使用子网时分组的转发无分类编址 CIDR( 构造超网 ) 4. 网络层 5 4. 网络层划分子网. 从两级 IP 地址到三级 IP 地址在 ARPANET 的早期,IP 地址的设计确实不够合理 : () IP 地址空间的利用率有时很低 (2) 给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏 (3) 两级的 IP 地址不够灵活三级 IP 地址从 985 年起在 IP 地址中又增加了一个子网号字段, 使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址这种做法叫做划分子网 (subnetting) 划分子网已成为互联网的正式准协议 4. 网络层 7 4. 网络层 8 8

划分子网的基本思路划分子网纯属一个单内部的事情单对外仍然表现为没有划分子网的网络从主机号借用若干个作为子网号 sub, 而主机号也就相应减少了若干个网络号子网号 32 本地地址主机号划分子网的基本思路 ( 续 ) 凡是从其他网络发送给本单某个主机的, 仍然是根据的目的网络号, 先找到连接在本单网络上的路由器然后此路由器在收到后, 再按目的网络号和子网号 sub

3.3. 45.3.3. 45.3.7.34 45.3.3. 45.3.7.35 R R 3 所有到网络 45.3.. 45.3.2.23 的分组均到达此路由器网络 45.3.. 45.3.2.9 45.3.2.8 45.3.7.56 R3 R 子网 45.3.3. 子网 45.3.2. 45.3.2.23 45.3.2.9 45.3.2.8 子网 45.3.7. 45.3.7.56 网络 45.

19 划分子网的基本思路划分子网纯属一个单内部的事情单对外仍然表现为没有划分子网的网络从主机号借用若干个作为子网号 sub, 而主机号也就相应减少了若干个网络号子网号 32 本地地址主机号划分子网的基本思路 ( 续 ) 凡是从其他网络发送给本单某个主机的, 仍然是根据的目的网络号, 先找到连接在本单网络上的路由器然后此路由器在收到后, 再按目的网络号和子网号 sub 找到目的子网最后就将直接交付目的主机 IP 地址 ::= {< 网络号 >, < 子网号 >, < 主机号 >} (4-2) 4. 网络层 9 4. 网络层一个未划分子网的 B 类网络划分为三个子网后对外仍是一个网络我的网络地址是所有到达网络的分组均到达此路由器 R R 3 所有到网络的分组均到达此路由器网络 R3 R 子网子网子网网络网络层 4. 网络层 2 划分子网后变成了三级结构当没有划分子网时,IP 地址是两级结构划分子网后 IP 地址就变成了三级结构划分子网只是把 IP 地址的主机号这部分进行再划分, 而不改变 IP 地址原来的网络号本地地址划分子网后变成了三级结构优点减少了 IP 地址的浪费使网络的组织更加灵活更便于维护和管理划分子网纯属一个单内部的事情, 对外部网络透明, 对外仍然表现为没有划分子网的一个网络网络号子网号 32 主机号 4. 网络层 3 4. 网络层 4 9

20 2. 子网掩码 IP 地址的各字段和子网掩码从一个的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分使用子网掩码 (subnet mask) 可以找出 IP 地址中的子网部分规则 : 子网掩码长度 = 32 某 = :IP 地址中的对应为网络号和子网号某 = :IP 地址中的对应为主机号两级 IP 地址三级 IP 地址三级 IP 地址的子网掩码子网的网络地址网络号主机号网络号子网号主机号子网号为 3 的网络的网络号主机号网络层 5 4. 网络层 6 (IP 地址 ) AND ( 子网掩码 ) = 网络地址默认子网掩码两级 IP 地址网络号主机号 A 类地址网络地址默认子网掩码网络号主机号为全三级 IP 地址三级 IP 地址的子网掩码子网的网络地址网络号子网号网络号逐进行 AND 子网号运算主机号主机号网络号子网号 B 类地址 C 类地址网络地址默认子网掩码网络地址默认子网掩码网络号网络号主机号为全主机号为全 4. 网络层 7 4. 网络层 8 子网掩码是一个重要属性子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性路由器在和相邻路由器交换路由信息时, 必须把自己所在网络 ( 或子网 ) 的子网掩码告诉相邻路由器路由器的路由表中的每一个项目, 除了要给出目的网络地址外, 还必须同时给出该网络的子网掩码若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码子网划分方法有固定长度子网和变长子网两种子网划分方法在采用固定长度子网时, 所划分的所有子网的子网掩码都是相同的虽然根据已成为互联网准协议的 RFC 95 文档, 子网号不能为全或全, 但随着无分类域间路由选择 CIDR 的广泛使用, 现在全和全的子网号也可以使用了, 但一定要谨慎使用, 确认你的路由器所用的路由选择软件是否支持全或全的子网号这种较新的用法划分子网增加了灵活性, 但却减少了能够连接在网络上的主机总数 4. 网络层 9 4. 网络层 2 2

21 B 类地址的子网划分选择 ( 使用固定长度子网 ) 子网号的数子网掩码子网数每个子网的主机数表中的子网号的数中没有,, 5 和 6 这四种情况, 因为这没有意义 [ 例 4-2] 已知 IP 地址是 , 子网掩码是试求网络地址 (a) 点分十进制表示的 IP 地址 (b) IP 地址的第 3 字节是二进制 (c) 子网掩码是 (d) IP 地址与子网掩码逐相与 (e) 网络地址 ( 点分十进制表示 ) 网络层 2 4. 网络层 22 [ 例 4-3] 上例中, 若子网掩码改为 , 试求网络地址, 讨论所得结果 (a) 点分十进制表示的 IP 地址 (b) IP 地址的第 3 字节是二进制 (c) 子网掩码是 (d) IP 地址与子网掩码逐相与使用子网时分组的转发在不划分子网的两级 IP 地址下, 从 IP 地址得出网络地址是个很简单的事但在划分子网的情况下, 从 IP 地址却不能唯一地得出网络地址来, 这是因为网络地址取决于那个网络所采用的子网掩码, 但数据报的首部并没有提供子网掩码的信息因此分组转发的算法也必须做相应的改动 (e) 网络地址 ( 点分十进制表示 ) 不同的子网掩码得出相同的网络地址但不同的掩码的效果是不同的 4. 网络层网络层 24 在划分子网情况下路由器转发分组的算法 () 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D (2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐相与, 看是否和相应的网络地址匹配若匹配, 则将分组直接交付否则就是间接交付, 执行 (3) (3) 若路由表中有为 D 的特定主机路由, 则将分组传送给指明的下一跳路由器 ; 否则, 执行 (4) (4) 对路由表中的每一行, 将子网掩码和 D 逐相与若结果与该行的目的网络地址匹配, 则将分组传送给该行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, 则将分组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 [ 例 4-4] 已知互联网和路由器 R 中的路由表主机 H 向 H 2 发送分组试讨论 R 收到 H 向 H 2 发送的分组后查找路由表的过程源主机 H 子网 : 网络地址子网掩码 H 3 R 目的主机 H 2 R 的路由表 ( 未给出默认路由器 ) 目的网络地址子网掩码下一跳子网 2: 网络地址子网掩码子网 3: 网络地址子网掩码接口接口 4. 网络层网络层 26 2

22 源主机 H 主机 H 要发送分组给 H 2 要发送的分组的目的 IP 地址 : 子网 : 网络地址子网掩码 R R 的路由表 ( 未给出默认路由器 ) 目的网络地址子网掩码下一跳子网 2: 网络地址子网掩码目的主机 H 2 因此请注意 H 首先检查主机 :H 并不知道 H 2 连接在哪一个网络上是否连接在本网络上子网 3: 网络地址 H 3 H 如果是仅仅知道, 则直接交付 H 2 的 IP 地址是 ; 子网掩码否则, 就送交路由器 R, 并逐项查找路由表 4. 网络层 27 接口接口主机 H 首先将本子网的子网掩码与分组的 IP 地址逐比特相与 (AND 操作 ) AND 的计算 255 就是二进制的全, 因此 255 AND xyz = xyz, 这里只需计算最后的 28 AND 38 即可逐比特 AND 操作后 28 逐比特 AND 操作 H 的网络地址 4. 网络层源主机 H 因此 H 必须把分组传送到路由器 R 然后逐项查找路由表子网 : 网络地址子网掩码 H 3 R 目的主机 H 2 R 的路由表 ( 未给出默认路由器 ) 目的网络地址子网掩码下一跳子网 2: 网络地址子网掩码子网 3: 网络地址子网掩码网络层 29 接口接口路由器 R 收到分组后就用路由表中第个项目的子网掩码和逐比特 AND 操作 R 收到的分组的目的 IP 地址 : 源主机 H R R 的路由表 ( 未给出默认路由器 ) 目的网络地址子网掩码下一跳子网 2: 网络地址子网掩码不一致目的主机 H AND = 子网 3: 网络地址 H 不匹配! 子网掩码 ( 因为与路由表中的不一致 ) 4. 网络层 3 接口接口路由器 R 收到分组后就用路由表中第个项目的子网掩码和逐比特 AND 操作 R 收到的分组的目的 IP 地址 : 源主机 H R R 的路由表 ( 未给出默认路由器 ) 目的网络地址子网掩码下一跳子网 2: 网络地址子网掩码一致目的主机 H AND = 子网 3: 网络地址 H 匹配! 子网掩码这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络 4. 网络层 3 接口接口无分类编址 CIDR. 网络前缀划分子网在一定程度上缓解了互联网在发展中遇到的困难然而在 992 年互联网仍然面临三个必须尽早解决的问题 : () B 类地址在 992 年已分配了近一半, 眼看就要在 994 年 3 月全部分配完毕! (2) 互联网主干网上的路由表中的项目数急剧增长 ( 从几千个增长到几万个 ) (3) 整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽 4. 网络层 32 22

23 IP 编址问题的演进 987 年,RFC 9 就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码使用变长子网掩码 VLSM (Variable Length Subnet Mask) 可进一步提高 IP 地址资源的利用率在 VLSM 的基础上又进一步研究出无分类编址方法, 它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing) CIDR 最主要的特点 CIDR 消除了传统的 A 类 B 类和 C 类地址以及划分子网的概念, 因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间 CIDR 使用各种长度的网络前缀 (networkprefix) 来代替分类地址中的网络号和子网号 IP 地址从三级编址 ( 使用子网掩码 ) 又回到了两级编址 4. 网络层网络层 34 无分类的两级编址无分类的两级编址的记法是 : 网络前缀 32 主机号 IP 地址 ::= {< 网络前缀 >, < 主机号 >} (4-3) CIDR 使用斜线记法 (slash notation), 它又称为 CIDR 记法, 即在 IP 地址面加上一个斜线 /, 然后写上网络前缀所占的数 ( 这个数值对应于三级编址中子网掩码中的个数 ) 例如 : /24 CIDR 地址块 CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成 CIDR 地址块 /2 表示的地址块共有 2 2 个地址 ( 因为斜线后面的 2 是网络前缀的数, 所以这个地址的主机号是 2 ) 这个地址块的起始地址是在不需要指出地址块的起始地址时, 也可将这样的地址块简称为 /2 地址块 /2 地址块的最小地址 : /2 地址块的最大地址 : 全和全的主机号地址一般不使用 4. 网络层网络层 /2 表示的地址 (2 2 个地址 ) 最小地址所有地址的 2 前缀都是一样的最大地址路由聚合 (route aggregation) 一个 CIDR 地址块可以表示很多地址, 这种地址的聚合常称为路由聚合, 它使得路由表中的一个项目可以表示很多个 ( 例如上千个 ) 原来传统分类地址的路由路由聚合有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换, 从而提高了整个互联网的性能路由聚合也称为构成超网 (supernetting) CIDR 虽然不使用子网了, 但仍然使用掩码这一名词 ( 但不叫子网掩码 ) 对于 /2 地址块, 它的掩码是 2 个连续的斜线记法中的数字就是掩码中的个数 4. 网络层网络层 38 23

24 CIDR 记法的其他形式.../ 可简写为 /, 也就是把点分十进制中低连续的省略.../ 隐含地指出 IP 地址... 的掩码是此掩码可表示为 : 掩码中有个连续的网络前缀的后面加一个星号 * 的表示方法, 如 *, 在星号 * 之前是网络前缀, 而星号 * 表示 IP 地址中的主机号, 可以是任意值常用的 CIDR 地址块 CIDR 前缀长度点分十进制包含的地址数相当于包含分类的网络数 / K 8 个 B 类或 248 个 C 类 / K 4 个 B 类或 24 个 C 类 / K 2 个 B 类或 52 个 C 类 / K 个 B 类或 256 个 C 类 / K 28 个 C 类 / K 64 个 C 类 / K 32 个 C 类 / K 6 个 C 类 / K 8 个 C 类 / K 4 个 C 类 / 个 C 类 / 个 C 类 / /4 个 C 类 / /4 个 C 类 / /8 个 C 类 4. 网络层网络层 4 构成超网前缀长度不超过 23 的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址这些 C 类地址合起来就构成了超网 CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂网络前缀越短, 其地址块所包含的地址数就越多而在三级结构的 IP 地址中, 划分子网是使网络前缀变长 CIDR 的一个好处是 : 可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间, 可根据客户的需要分配适当大小的 CIDR 地址块 CIDR 地址块划分举例 ISP 大学 X /8 互联网 / / / / / /23 一系 / / / / / /26 二系 / /26 三系单地址块二进制表示地址数 /25 ISP /8..* 6384 大学 /22..* 24 一系 /23..* 52 二系 /24...* 256 三系 /25...* 28 四系 /25...* / /26 四系 4. 网络层 4 4. 网络层 42 CIDR 地址块划分举例 ISP 大学 X /8 互联网 / / / / / /23 一系 / / / / / /26 二系 / /26 三系单地址块二进制表示地址数 /25 ISP /8..* 6384 大学 /22..* 24 一系 /23..* 52 二系 /24...* 256 三系 /25...* 28 四系 /25...* / /26 四系这个 ISP 共有 64 个 C 类网络如果不采用 CIDR 技术, 则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中, 就需要有 64 个项目但采用地址聚合后, 只需用路由聚合后的个项目 /8 就能找到该 ISP 4. 网络层最长前缀匹配使用 CIDR 时, 路由表中的每个项目由网络前缀和下一跳地址组成在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由 : 最长前缀匹配 (longest-prefix matching) 网络前缀越长, 其地址块就越小, 因而路由就越具体 (more specific) 最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配 4. 网络层 44 24

25 最长前缀匹配举例收到的分组的 D = 路由表中的项目 : / /25 2 查找路由表中的第个项目 : 第个项目 /22 的掩码 M 有 22 个连续的 M = 因此只需把 D 的第 3 个字节转换成二进制 M = AND D = 与 /22 匹配! 最长前缀匹配举例收到的分组的 D = 路由表中的项目 : / /25 2 查找路由表中的第 2 个项目 : 第 2 个项目 /25 的掩码 M 有 25 个连续的 M = 因此只需把 D 的第 4 个字节转换成二进制 M = AND D = 与 /25 匹配! 4. 网络层网络层 46 最长前缀匹配举例 D AND ( ) = /22 匹配 D AND ( ) = /25 匹配选择两个匹配的地址中更具体的一个, 即选择最长前缀的地址 3. 使用二叉线索查找路由表当路由表的项目数很大时, 怎样设法减小路由表的查找时间就成为一个非常重要的问题为了进行更加有效的查找, 通常是将无分类编址的路由表存放在一种层次的数据结构中, 然后自上而下地按层次进行查找这里最常用的就是二叉线索 (binary trie) IP 地址中从左到右的比特值决定了从根结点逐层向下层延伸的路径, 而二叉线索中的各个路径就代表路由表中存放的各个地址为了提高二叉线索的查找速度, 广泛使用了各种压缩技术 4. 网络层网络层 48 用 5 个前缀构成的二叉线索 32 的 IP 地址唯一前缀作业 4-7, 4-9, 4-5, 4-7, 4-26, 4-27, 实践作业和实践从二叉线索的根节点自顶向下的深度最多有 32 层, 每一层对应于 IP 地址中的一一个 IP 地址存入二叉线索的规则很简单先检查 IP 地址左边的第一, 如为, 则第一层的节点就在根节点的左下方 ; 如为, 则在右下方然后再检查地址的第二, 构造出第二层的节点依此类推, 直到唯一前缀的最后一 4. 网络层网络层 5 25

Chapter 4- 网络层 (3)-2017

Chapter 4- 网络层 (3)-2017 计算机网络第四章网络层 (3) 陈旺虎 chenwh@nwnu.edu.cn Review 络层提供的服务不保障可靠性, 尽最大努力交付无连接应用层运输层网络层数据链路层物理层 H 1 IP 数据报 H 2 丢失应用层运输层网络层数据链路层物理层数据报服务, 区别于电路交换和虚电路服务 Review 际协议 IP (IP Over Everything/Everything Over IP)