Chapter 4- 网络层 (3)-2017

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1 计算机网络 第四章网络层 (3) 陈旺虎

2 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

3 Review 际协议 IP (IP Over Everything/Everything Over IP)

4 Review 分类的 IP 地址 ARP 协议 IP 数据报格式

5 第 4 章 络层 4.1 网络层提供的两种服务 4.2 网际协议 IP (IP 转发分组的流程 ) 4.3 划分子网和构造超网 4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.5 因特网的路由选择协议 4.6 IP 多播 4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT

6 4.2.6 IP 层转发分组的流程 案例 : 路由器实现 络互连 任务 : 制作各路由器的路由表 目的主机号? 目的主机所在的网络地址?

7 例 :R2 的路由表 网 R 1 网 R 2 R 3 网 网 路由器 R 2 目的主机所在的网络 的路由表 下一跳地址 直接交付, 接口 0 直接交付, 接口

8 特定主机路由 问题 : 是不是只能针对 络地址制定路由? 特例 : 为特定目的主机指明路由, 称为特定主机路由 作 方便管理 : 控制网络 ; 测试网络 安全需求

9 特定主机路由 路由器 R 2 的路由表 路由器 R 3 的路由表 目的主机所在的网络 下一跳地址 直接交付, 接口 0 直接交付, 接口 目的主机所在的网络 下一跳地址 直接交付, 接口 0 直接交付, 接口

10 默认路由 (default route) 目的网络下一跳 N 1 路由表 直接 N 2 R 2 N R 2 2 N 1 R 1 F0/1 News.baidu.com Internet 因特网 默认 R 1 默认路由可以减少路由表所占 的空间和搜索时间 在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的 在主机发送 IP 数据报时往往更能显示出它的好处 目的网络 N 1 路由表 下一跳 直接 N 2 R 2 默认 F0/1

11 路由器转发分组的流程 R3 收到 IP 数据报 IP1=>IP2 源地址 IP1= IP2= IP2= IP2= IP2= IP2= IP2= IP2= 顺 序? 目的网络路由器 R 1 的路由表下一跳地址 R3 路由表 直接交付, 接口 0 直接交付, 接口 默认接口 2

12 分组转发算法 1. IP 数据报首部 = 目的 IP 地址 D= 目的网络地址 N 2. 若网络 N 与路由器直接相连, 直接交付目的主机 D; 否则间接交付, 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 ( 间接交付 ) 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 报文中的 IP 地址没有改变 ; 首部中没有下一跳 IP 地址

13 分组交付的详细过程 主机 H 1 IP 数据报主机 H 2 IP 1 R 1 R 2 IP 1 IP 2 IP 1 IP 2 IP 1 IP 2 IP 3 IP 4 IP 5 IP 6 IP 层上的互联网 IP 2 HA 1 HA HA HA HA 5 HA 6 从 HA 1 到 HA 3 从 HA 4 到 HA 5 从 HA 6 到 HA 2 MAC 帧 MAC 帧 MAC 帧

14 主题任务 ( ) 撰写报告 (PPT) ( 与第 个报告 起参与评奖 ) 详细分析 Internet 上的主机 A 向主机 B 发送数据的过程中, 数据交付的详细环节 要求 : 协议栈中的数据流动 ( 向下 / 向上, 报文中核心字段的作用 ) 检错, 错误帧 / 数据包的处理 数据报的 TTL 路由表的查找 Mac 地址和 IP 地址的关系

15 4.3 划分 和构造超 分类的 IP 地址是 种两级结构, 由 ARPANET 早期设计 存在 些典型的问题 IP 地址空间的利用率有时很低 ; 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 ; 两级的 IP 地址不够灵活 IP 编址 式演变 : 分类的 IP 地址 ; 划分 ; 构造超

16 4.3.1 划分 基本思想 划分子网纯属一个单位内部的事情, 单位对外仍然表现为没有划分子网的网络 从 1985 年起, 在 IP 地址中增加了 子网号 字段 两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址 IP 地址 ::= {<net-id>, <subnet-id>, <host-id>} 段? 从主机号借用若干个位作为子网号 (subnet-id) 这种做法叫作划分 (subnetting)

17 B 类 络 : 未划分 R 2 对外的网络地址是 R R 所有到 的分组均到达 R

18 B 类 络 : 划分 R 2 子网 子网 R 3 R 1 子网 所有到达网络 的分组仍到达 R 网络

19 划分 后的数据报路由 IP 数据报路由 : 络 -> -> 主机 首先根据发往本单位某主机的 IP 数据报的目的网络号 netid, 找到连接在本单位网络上的路由器 ; 然后, 此路由器再按目的网络号 net-id 和子网号 subnetid 找到目的子网 最后, 将 IP 数据报直接交付目的主机 问题 从 IP 数据报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 给定 IP 地址 , 在网络中的具体位置? 如何确定子网? 掩码

20 思考&实验 划分VLAN与 划分的区别 交换机 B3 A4 VLAN1 交换机 A3 交换机 A1 A2 C3 VLAN2 VLAN3 B2 C2 B1 C1 交换机 实验 划分VLAN 个VLAN对 应 个 实现路由

21 掩码 net-id host-id 两级 IP 地址 net-id subnet-id host-id 三级 IP 地址 子网号为 3 的网络的网络号 主机号 子网掩码 子网的网络地址

22 (IP 地址 ) and ( 掩码 ) = 络地址 两级 IP 地址 网络号 net-id 主机号 host-id 三级 IP 地址 net-id subnet-id host-id 网络号 子网号 逐位进 AND 运算 主机号 子网掩码 子网的网络地址 net-id subnet-id 0

23 默认 掩码 A 类地址 网络地址 默认子网掩码 net-id host-id 为全 B 类地址 网络地址 默认子网掩码 net-id host-id 为全 C 类地址 网络地址 默认子网掩码 net-id host-id 为全

24 例 : 求取 络地址 已知 :IP 地址 , 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 地址与子网掩码逐位相与 (e) 网络地址 ( 点分十进制表示 )

25 例 : 掩码的 些重要特性 在上例中, 若 掩码改为 试求 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 地址与子网掩码逐位相与 (e) 网络地址 ( 点分十进制表示 ) 不同的子网掩码可得出相同的网络地址, 效果 / 含义是否相同?

26 结论 掩码是 个 络或 个 的重要属性 路由器的路由表中的每 个项, 必须包含 : 网络地址 该网络的子网掩码 若 个路由器连接在两个 上, 则拥有两个 络地址和两个 掩码 掩码中的 0 和 1 可以任意分布, 不过 般在设计时, 把掩码开始连续的 位设为 1

27 练习 某单位内有 4 个局域网, 通过一台四个端口的路由器连接, 一个端口连接一个局域网, 每个网络的主机数分别为 和 25 台 该单位已拥有一个 C 类地址 , 试合理分配 IP 地址, 给出子网地址 IP 地址范围和子网掩码 问题的核心? 子网掩码 子网号?0,1,2,3 网络地址 : ; ; ;

28 讨论 在划分 时, 号是否可全 0, 或者全 1? 可以, 构造超网 主机号部分是否可以全 0 或者全 1? 不可以 以 B 类 络为例, 号的 度是否可以为 0,1,15,16? 无意义

29 4.3.2 使 掩码的分组转发过程 在划分 的情况下, 仅从 IP 地址不能唯 地得出 络地址 因为, 网络地址取决于网络所采用的子网掩码 但是, 数据报的首部并没有包含子网掩码 因此 路由表的路由项要包含网络地址, 子网掩码, 下一跳地址 匹配原则 :IP 报文中的目的地址跟路由表的每一项中的掩码做与运算, 再与目的网络地址比较

30 路由器 R1 转发分组的过程 H 子网 1: 1 网络地址 子网掩码 R 1 的路由表 ( 未给出默认路由 ) 目的网络地址子网掩码下一跳 接口 0 接口 1 R R 1 子网 2: 网络地址 子网掩码 R H H 子网 3: 网络地址 子网掩码

31 主机 H 1 要发送分组给 H H 子网 1: 1 网络地址 子网掩码 R 1 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 接口 0 接口 1 R R 1 子网 2: 网络地址 子网掩码 R H H 1 首先检查主机 是否连接在本网络上请注意 :H 1 并不知道 H 2 连接在哪一个网络上 H 3 子网 3: 网络地址 子网掩码 如果是, 则直接交付 ; 否则, 就送交路由器 R 1

32 检查 标主机是否在本 络 主机 H1 将本子网掩码与分组的目的 IP 地址逐比特相 与 and = 与主机 H1 的网络地址匹配 ¹

33 H 1 把分组传送到路由器 R 1, 逐项查找路由表 H 子网 1: 1 网络地址 子网掩码 R 1 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 接口 0 接口 1 R R 1 子网 2: 网络地址 子网掩码 R H H 子网 3: 网络地址 子网掩码

34 路由器 R 1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 逐比特 AND 操作 R 1 收到的分组的目的 IP 地址 : H 子网 1: 1 网络地址 子网掩码 R 1 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 接口 0 接口 1 R R 1 子网 2: 网络地址不一致 子网掩码 R H AND = 子网 3: 网络地址 H 3 不匹配! 子网掩码 ( 因为 与路由表中的 不一致 )

35 路由器 R 1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 逐比特 AND 操作 R 1 收到的分组的目的 IP 地址 : H 子网 1: 1 网络地址 子网掩码 R 1 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 接口 0 接口 1 R R 1 子网 2: 网络地址 子网掩码 一致! R H AND = H 子网匹配 3:! 网络地址 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

36 路由表的搜索 在查找路由表时, 要求使 最佳匹配原则 在路由表中每条路由的掩码长度可能不同 如果有多条成功匹配的路由项, 则选择掩码最长的项所对应的路由 路由项 般按掩码的 度从 到短排序 默认路由的掩码 度? 特定主机路由的 度?

37 分组转发算法各步骤的统? D && Mask 匹配路由项 标 络地址 划分 情况下的分组转发算法 (1) 从分组首部提取目的 IP 地址 D (2) 用路由器直接相连的各网络的子网掩码和 D 逐位相 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) 若路由表中有目的地址为 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的子网掩码和 D 逐位相 与 若其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) ( 间接交付 ) (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

38 作业 7,12,13,17,20,21,22,24 Internet 上的一个 B 类地址的子网掩码是 试问能够有多少个子网, 且每个子网上的主机数最多为多少?

39 Thanks,Any Question? The End.

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