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第 4 章 网 络 层 问 题 4-1: 存 在 多 种 异 构 网 络 对 不 同 网 络 之 间 的 通 信 会 造 成 一 些 麻 烦 但 为 什 么 世 界 上 还 存 在 多 种 异 构 网 络? 答 : 世 界 上 之 所 以 存 在 着 多 种 异 构 网 络, 就 是 因 为 仅 用 一 种 体 系 结 构 的 网 络 根 本 无 法 满 足 所 有 用 户 的 所 有 需 求 OSI 假 定 全 世 界 所 有 的 人 都 在 网 络 层 使 用 X.25 协 议, 并 希 望 使 用 X.75 协 议 将 全 球 所 有 的 X.25 网 络 互 连 起 来, 从 而 实 现 全 球 任 意 计 算 机 之 间 的 通 信 然 而 大 家 并 不 愿 意 这 样 做, 结 果 OSI 失 败 了 这 里 的 原 因 就 是 X.25 网 络 并 不 能 满 足 所 有 用 户 的 需 求, 大 量 的 用 户 还 需 要 使 用 其 他 类 型 的 网 络 在 计 算 机 网 络 发 展 初 期, 许 多 厂 家 都 生 产 出 具 有 自 己 独 特 体 系 结 构 的 计 算 机 网 络 这 些 计 算 机 网 络 就 像 一 个 个 孤 岛 一 样, 它 们 是 不 能 互 相 通 信 的 如 果 某 公 司 的 雇 员 需 要 同 时 接 入 到 三 个 不 同 厂 商 的 计 算 机 网 络, 那 么 他 就 需 要 用 三 台 终 端 ( 即 观 看 三 个 不 同 的 屏 幕 显 示 ) 分 别 连 接 到 不 同 的 计 算 机 网 络 这 显 然 是 很 不 方 便 的 在 客 观 上 存 在 多 种 异 构 计 算 机 网 络 的 现 实 情 况 下, 普 遍 服 务 (universal service) 的 概 念 被 提 出 来 了 一 个 计 算 机 通 信 系 统 若 能 够 提 供 普 遍 服 务 就 表 明 该 系 统 中 的 任 何 一 对 计 算 机 都 能 够 很 方 便 地 进 行 通 信 像 全 世 界 的 电 话 网 就 是 能 够 提 供 普 遍 服 务 的 一 个 成 功 例 子 在 世 界 上 存 在 大 量 异 构 计 算 机 网 络 ( 它 们 的 网 络 硬 件 和 物 理 地 址 的 编 址 方 法 都 不 一 样 ) 的 现 实 情 况 下, 要 获 得 普 遍 服 务, 的 确 是 相 当 困 难 的 事 但 IP 协 议 成 功 地 解 决 了 这 个 难 题 不 管 你 使 用 的 具 体 网 络 采 用 什 么 样 的 硬 件 结 构, 但 只 要 你 的 网 络 使 用 IP 协 议 并 给 连 接 在 网 络 上 的 主 机 分 配 了 合 法 的 IP 地 址, 那 么 连 接 到 这 种 虚 拟 的 IP 互 连 网 上 的 任 何 一 对 计 算 机 都 可 以 很 方 便 地 进 行 通 信 问 题 4-2: IP 网 关 和 IP 路 由 器 是 否 为 同 义 语? 答 : 当 初 发 明 TCP/IP 的 研 究 人 员 使 用 IP Gateway 作 为 网 际 互 连 的 设 备 我 国 的 网 络 工 作 者 曾 使 用 过 多 种 译 名, 如 网 间 连 接 器 网 闸 信 关 联 网 机 等, 但 最 后 由 全 国 自 然 科 学 名 词 审 定 委 员 会 ( 这 个 委 员 会 现 在 改 名 为 全 国 科 学 技 术 名 词 审 定 委 员 会 ) 在 [MINGCI94] 中 公 布 的 Gateway 标 准 译 名 为 网 关 但 是 在 美 国 在 20 世 纪 90 年 代 初 期 一 家 厂 商 认 为, 将 IP Gateway 改 名 为 IP Router 似 乎 更 加 有 利 于 设 备 的 销 售 后 来 其 他 厂 家 也 跟 着 改 变 产 品 的 名 称 在 [MINGCI94] 中 Router 的 标 准 译 名 是 路 由 器 现 在, 大 家 就 都 基 本 上 不 再 使 用 网 关 这 一 名 词 了 我 们 可 以 认 为 IP 网 关 和 IP 路 由 器 是 同 义 语 问 题 4-3: 互 连 网 和 互 联 网 有 没 有 区 别? 答 : 这 是 一 个 很 难 说 清 的 问 题, 很 多 人 都 向 我 询 问 过 这 个 问 题 在 现 代 汉 语 辞 典 修 订 本 ( 中 国 社 会 科 学 院 语 言 研 究 所 辞 典 编 辑 室 编, 商 务 印 书 馆 1996 年 出 版 ) 第 782 页 上 有 : 连 接 也 作 联 接 在 785 页 上 有 : 联 接 同 连 接 1

这 表 明 连 接 和 联 接 是 一 样 的 意 思 在 全 国 自 然 科 学 名 词 审 定 委 员 会 公 布 的 计 算 机 科 学 技 术 名 词 一 书 [MINGCI94] 中, Connection 确 定 译 为 连 接 Interconnection 确 定 译 为 互 连 Internetworking 确 定 译 为 网 际 互 连 这 样 的 译 名 是 很 合 适 的 到 了 1997 年 7 月 18 日 全 国 科 学 技 术 名 词 审 定 委 员 会 推 荐 名 ( 一 ) 公 布 了 其 中 的 第 一 个 名 词 就 是 互 联 网, 它 对 应 的 英 文 名 为 :internet, internetwork, interconnection network 在 现 有 名 一 栏 中 有 互 联 网 互 连 网 网 际 网 和 网 间 网, 在 注 释 栏 中 有 这 样 几 个 字 : 又 称 互 连 网 因 此 能 否 这 样 理 解 : 互 联 网 和 互 连 网 都 是 推 荐 名, 都 可 以 使 用, 不 过 建 议 优 先 使 用 前 者, 即 优 先 使 用 互 联 网 使 用 互 连 网 的 好 处 是 这 样 可 以 和 [MINGCI94] 早 已 制 定 过 的 一 些 名 词 衔 接 得 更 好 些 不 过 请 注 意, 把 所 有 的 互 连 统 统 改 为 互 联 则 是 错 误 的 问 题 4-4: 在 文 献 中 有 时 会 见 到 对 等 连 网 (peer-to-peer networking), 这 是 什 么 意 思? 答 : 这 表 示 在 因 特 网 中, 任 何 两 个 计 算 机 都 可 以 进 行 平 等 地 通 信 这 里 可 能 一 个 计 算 机 是 很 小 的 PC 机, 而 另 一 个 计 算 机 是 很 大 的 巨 型 机 因 特 网 对 通 信 双 方 计 算 机 的 大 小 是 不 关 心 的 对 等 也 有 对 称 的 意 思 在 早 期 的 计 算 机 网 络 是 以 计 算 机 为 中 心, 而 远 地 的 终 端 围 绕 中 心 的 计 算 机 进 行 通 信 这 些 远 地 的 终 端 和 在 中 心 的 计 算 机 并 不 是 对 等 的, 因 为 智 能 都 集 中 在 中 心 的 计 算 机, 复 杂 的 计 算 都 要 在 中 心 的 计 算 机 进 行 但 现 在 情 况 已 经 有 了 根 本 的 变 化 因 此 产 生 了 对 等 连 网 这 样 的 名 词 问 题 4-5: 在 一 个 互 联 网 中, 能 否 使 用 一 个 很 大 的 交 换 机 (switch) 来 代 替 互 联 网 中 很 多 的 路 由 器? 答 : 不 行 交 换 机 和 路 由 器 的 功 能 是 很 不 一 样 的 交 换 机 可 在 一 个 单 个 的 网 络 中 和 若 干 个 计 算 机 相 连, 并 且 可 以 将 一 个 计 算 机 发 送 过 来 的 帧 转 发 给 另 一 个 计 算 机 从 这 一 点 上 看, 交 换 机 具 有 集 线 器 的 转 发 帧 的 功 能 但 交 换 机 比 集 线 器 的 功 能 强 很 多 集 线 器 在 同 一 时 间 只 允 许 一 个 计 算 机 和 其 他 计 算 机 进 行 通 信, 但 交 换 机 允 许 多 个 计 算 机 同 时 进 行 通 信 路 由 器 连 接 两 个 或 好 几 个 网 络 路 由 器 可 在 网 络 之 间 转 发 分 组 ( 即 IP 数 据 报 ) 特 别 是, 这 些 互 连 的 网 络 可 以 是 异 构 的 因 此, 如 果 是 许 多 相 同 类 型 的 网 络 互 连 在 一 起, 那 么 用 一 个 很 大 的 交 换 机 ( 如 果 能 够 找 得 到 ) 代 替 原 来 的 一 些 路 由 器 是 可 以 的 但 若 这 些 互 连 的 网 络 是 异 构 的 网 络, 那 么 就 必 须 使 用 路 由 器 来 进 行 互 连 问 题 4-6: 为 什 么 IP 地 址 又 称 为 虚 拟 地 址? 答 : 这 是 因 为 IP 地 址 是 靠 软 件 来 维 持 的 而 不 是 硬 件 地 址 我 们 好 像 构 成 了 一 个 很 大 的 互 连 网 络, 但 这 个 网 络 是 虚 拟 的 网 络 系 统, 因 为 它 的 通 信 系 统 是 抽 象 的 虽 然 许 多 硬 件 和 软 件 的 组 合 看 起 来 好 像 构 成 了 一 个 很 大 的 网 络, 但 这 样 的 大 网 络 实 际 上 并 不 存 在 这 种 虚 拟 网 络 的 地 址 也 是 虚 拟 的, 因 此 IP 地 址 又 称 为 虚 拟 地 址 2

问 题 4-7: 有 的 文 献 上 使 用 虚 拟 分 组 (virtual packet) 这 一 名 词 虚 拟 分 组 是 什 么 意 思? 答 : 虚 拟 分 组 就 是 IP 数 据 报 因 为 因 特 网 是 由 大 量 异 构 的 物 理 网 络 互 连 而 成 的 这 些 物 理 网 络 的 帧 格 式 是 各 式 各 样 的, 它 们 的 地 址 也 可 能 是 互 不 兼 容 的 路 由 器 无 法 将 一 种 格 式 的 帧 转 发 到 另 一 种 网 络, 因 为 另 一 种 网 络 无 法 识 别 与 自 己 格 式 不 同 的 帧 的 地 址 路 由 器 也 不 可 能 对 不 同 的 地 址 格 式 进 行 转 换 为 了 解 决 这 一 问 题,IP 协 议 定 义 了 IP 数 据 报 的 格 式 所 有 连 接 在 因 特 网 中 的 路 由 器 都 能 识 别 IP 数 据 报 的 IP 地 址, 因 此 能 够 对 IP 数 据 报 进 行 转 发 ( 在 进 行 转 发 时 当 然 要 调 用 ARP 协 议 以 便 获 得 相 应 的 硬 件 地 址 ) 我 们 知 道,IP 数 据 报 是 作 为 物 理 网 络 的 帧 的 数 据 部 分 各 个 物 理 网 络 在 转 发 帧 时 是 根 据 帧 的 首 部 中 的 硬 件 地 址 而 不 看 帧 的 数 据 部 分 因 此 所 有 的 物 理 网 络 都 看 不 见 帧 里 面 的 IP 数 据 报 这 样 就 使 得 IP 数 据 报 得 到 虚 拟 分 组 这 样 的 名 称 问 题 4-8: 如 下 图 所 示 五 个 网 络 用 四 个 路 由 器 ( 每 一 个 路 由 器 有 两 个 端 口 ) 互 连 起 来 能 否 改 变 这 种 连 接 方 法, 使 用 一 个 具 有 五 个 端 口 的 路 由 器 将 这 五 个 网 络 互 连 起 来? 答 : 一 般 说 来 是 不 采 用 这 样 的 连 接 方 法 用 四 个 路 由 器 连 接 五 个 网 络 用 一 个 路 由 器 连 接 五 个 网 络 这 里 有 两 个 原 因 : (1) 路 由 器 中 的 CPU 和 存 储 器 是 用 来 对 通 过 该 路 由 器 的 每 一 个 IP 数 据 报 进 行 处 理 的 假 若 一 个 路 由 器 和 许 多 个 网 络 相 连 接, 那 么 这 个 路 由 器 的 处 理 器 很 可 能 没 有 足 够 的 能 力 来 处 理 通 过 它 的 所 有 的 IP 数 据 报 (2) 冗 余 度 可 以 提 高 因 特 网 的 可 靠 性 路 由 器 和 网 络 都 有 可 能 出 现 故 障 如 果 将 所 有 的 路 由 选 择 功 能 集 中 在 一 个 路 由 器 上, 则 一 旦 该 路 由 器 出 故 障, 整 个 互 连 网 就 无 法 工 作 因 此, 在 规 划 互 连 网 时, 互 连 网 的 具 体 拓 扑 结 构 取 决 于 物 理 网 络 的 带 宽 期 望 的 通 信 量 对 可 靠 性 的 需 求 以 及 路 由 器 硬 件 的 价 格 问 题 4-9: 当 运 行 PING 127.0.0.1 时, 这 个 IP 数 据 报 将 发 送 给 谁? 答 :127.0.0.1 是 环 回 地 址 主 机 将 测 试 用 的 IP 数 据 报 发 送 给 本 主 机 的 ICMP( 而 不 是 发 送 到 因 特 网 上 ) 以 便 进 行 环 回 测 试 3

问 题 4-10: 网 络 前 缀 是 指 网 络 号 字 段 (net-id) 中 前 面 的 几 个 类 别 位 还 是 指 整 个 的 网 络 号 字 段? 答 : 是 指 整 个 的 网 络 号 字 段, 即 包 括 了 最 前 面 的 几 个 类 别 位 在 内 网 络 前 缀 常 常 就 简 称 为 前 缀 例 如 一 个 B 类 地 址,10100000 00000000 00000000 00010000, 其 类 别 位 就 是 最 前 面 的 两 位 :10, 而 网 络 前 缀 就 是 前 16 位 :10100000 00000000 问 题 4-11: 有 的 书 ( 如 [COM E06]) 将 IP 地 址 分 为 前 缀 和 后 缀 两 大 部 分, 它 们 和 网 络 号 字 段 及 主 机 号 字 段 有 什 么 关 系? 答 : 前 缀 (prefix) 就 是 网 络 号 字 段 net-id, 而 后 缀 (suffix) 就 是 主 机 号 字 段 host-id 下 面 的 图 是 以 C 类 地 址 为 例 来 说 明 前 缀 和 后 缀 是 什 么 网 络 号 字 段 主 机 号 字 段 C 类 地 址 1 1 0 net-id 24 bit 前 缀 如 果 网 络 划 分 了 子 网, 那 么 前 缀 还 应 包 括 子 网 号 字 段 host-id 8 bit 后 缀 问 题 4-12:IP 地 址 中 的 前 缀 和 后 缀 最 大 的 不 同 是 什 么? 答 :(1) 前 缀 是 由 因 特 网 管 理 机 构 进 行 分 配 的, 而 后 缀 是 由 分 配 到 前 缀 的 单 位 自 行 分 配 的 (2) IP 数 据 报 的 寻 址 是 根 据 前 缀 来 找 目 的 网 络, 找 到 目 的 网 络 后 再 根 据 后 缀 找 到 目 的 主 机 问 题 4-13:IP 数 据 报 中 的 数 据 部 分 的 长 度 是 可 变 的 ( 即 IP 数 据 报 不 是 定 长 的 ) 这 样 做 有 什 么 好 处? 答 : 这 样 做 的 好 处 是 可 以 满 足 这 种 应 用 的 需 要 有 时 在 键 盘 键 入 的 一 个 字 符 就 可 以 构 成 一 个 很 短 的 IP 数 据 报 但 有 的 应 用 程 序 需 要 将 很 长 的 文 件 构 成 一 个 大 的 IP 数 据 报 ( 最 长 为 64 K 字 节, 包 括 首 部 在 内 ) 当 然, 大 多 数 IP 数 据 报 的 数 据 部 分 的 长 度 都 远 大 于 首 部 长 度 这 样 做 的 好 处 是 可 以 提 高 传 输 效 率 ( 首 部 开 销 所 占 的 比 重 就 较 小 ) 问 题 4-14:IP 地 址 中 的 各 种 类 别 的 地 址 所 拥 有 的 地 址 数 目 的 比 例 是 怎 样 的? 答 :IPv4 的 各 种 类 别 的 地 址 所 拥 有 的 地 址 数 目 的 比 例 如 下 图 所 示 4

D 类 E 类 C 类 B 类 A 类 A 类 地 址 B 类 地 址 C 类 地 址 D 类 地 址 E 类 地 址 需 要 注 意 的 是 : 尽 管 A 类 地 址 的 总 数 等 于 4 倍 的 C 类 地 址 数, 但 分 配 IP 地 址 是 分 配 地 址 前 缀 而 不 是 分 配 整 个 32 位 的 IP 地 址, 因 此 C 类 地 址 可 供 分 配 的 地 址 前 缀 数 目 要 比 A 类 地 址 可 供 分 配 的 地 址 前 缀 数 目 的 多 一 万 多 倍 ( 建 议 读 者 自 己 计 算 一 下 ) 问 题 4-15: 在 IP 地 址 中, 为 什 么 使 用 最 前 面 的 一 个 或 几 个 比 特 来 表 示 地 址 的 类 别? 答 : 知 道 了 IP 地 址 的 类 别, 就 可 以 很 快 地 将 IP 地 址 的 前 缀 和 后 缀 区 分 开 来, 这 在 路 由 器 寻 找 下 一 跳 地 址 时 是 必 须 做 的 一 件 事 但 是 怎 样 才 能 尽 快 地 让 计 算 机 完 成 这 一 动 作 呢? 如 果 将 IP 地 址 大 致 按 照 一 定 的 地 址 数 目 划 分 为 几 部 分 作 为 各 类 地 址, 那 么 计 算 机 执 行 这 样 的 操 作 将 会 花 费 较 多 的 时 间 我 们 知 道, 计 算 机 进 行 比 特 操 作 ( 如 左 移 右 移 布 尔 运 算 等 ) 要 比 进 行 整 数 运 算 要 快 得 多 因 此,IP 地 址 的 类 别 划 分 就 用 地 址 中 最 前 面 的 一 位 或 几 位 来 标 志 地 址 的 类 别 问 题 4-16: 全 1 的 IP 地 址 是 否 是 向 整 个 因 特 网 进 行 广 播 的 一 种 地 址? 答 : 不 是 设 想 一 下, 如 果 是 向 整 个 因 特 网 进 行 广 播 的 地 址, 那 么 一 定 会 在 因 特 网 上 产 生 极 大 的 通 信 量, 这 样 会 严 重 地 影 响 因 特 网 的 正 常 工 作, 甚 至 还 会 使 因 特 网 瘫 痪 因 此, 在 IP 地 址 中 的 全 1 地 址 表 示 仅 在 本 网 络 上 ( 就 是 你 这 个 主 机 所 连 接 的 局 域 网 ) 进 行 广 播 这 种 广 播 叫 做 受 限 的 广 播 (limited broadcast) 如 果 net-id 是 具 体 的 网 络 号, 而 host-id 是 全 1, 就 叫 做 定 向 广 播 (directed broadcast), 因 为 这 是 对 某 一 个 具 体 的 网 络 ( 即 net-id 指 明 的 网 络 ) 上 的 所 有 主 机 进 行 广 播 的 一 种 地 址 问 题 4-17:IP 协 议 有 分 片 的 功 能, 但 广 域 网 中 的 分 组 则 不 必 分 片 这 是 为 什 么? 答 :IP 数 据 报 可 能 要 经 过 许 多 个 网 络, 而 源 主 机 事 先 并 不 知 道 数 据 报 后 面 要 经 过 的 这 些 网 络 所 能 通 过 的 分 组 的 最 大 长 度 是 多 少 等 到 IP 数 据 报 转 发 到 某 个 网 络 时 可 能 才 发 现 数 据 报 太 长 了, 因 此 在 这 时 就 必 须 进 行 分 片 5

但 广 域 网 能 够 通 过 的 分 组 的 最 大 长 度 是 该 广 域 网 中 所 有 主 机 都 事 先 知 道 的 源 主 机 不 可 能 发 送 网 络 不 支 持 的 过 长 分 组 因 此 广 域 网 就 没 有 必 要 将 已 经 发 送 出 的 分 组 再 进 行 分 片 问 题 4-18: 路 由 表 中 只 给 出 到 目 的 网 络 的 下 一 跳 路 由 器 的 IP 地 址, 然 后 在 下 一 个 路 由 器 的 路 由 表 中 再 给 出 再 下 一 跳 的 路 由 器 的 IP 地 址, 最 后 才 能 到 达 目 的 网 络 进 行 直 接 交 付 采 用 这 样 的 方 法 有 什 么 好 处? 答 : 这 样 做 的 最 大 好 处 就 是 使 得 路 由 选 择 成 为 动 态 的, 十 分 灵 活 当 IP 数 据 报 传 送 到 半 途 时, 若 网 络 的 情 况 发 生 了 变 化 ( 如 网 络 拓 扑 变 化 或 出 现 了 拥 塞 ), 那 么 中 途 的 路 由 器 就 可 以 改 变 其 下 一 跳 路 由, 从 而 实 现 了 动 态 路 由 选 择 问 题 4-19: 链 路 层 广 播 和 IP 广 播 有 何 区 别? 答 : 链 路 层 广 播 是 用 数 据 链 路 层 协 议 ( 第 二 层 ) 在 一 个 以 太 网 上 实 现 的 对 该 局 域 网 上 的 所 有 主 机 的 MAC 帧 进 行 广 播 IP 广 播 则 是 用 IP 协 议 通 过 因 特 网 实 现 的 对 一 个 网 络 ( 即 目 的 网 络 ) 上 的 所 有 主 机 的 IP 数 据 报 广 播 问 题 4-20: 主 机 在 接 收 一 个 广 播 帧 或 多 播 帧 时 其 CPU 所 要 做 的 事 情 有 何 区 别? 答 : 在 接 收 广 播 帧 时, 主 机 通 过 其 适 配 器 ( 即 网 络 接 口 卡 NIC) 接 收 每 一 个 广 播 帧, 然 后 将 其 传 递 给 操 作 系 统 CPU 执 行 协 议 软 件, 并 界 定 是 否 接 受 和 处 理 该 帧 在 接 收 多 播 帧 时,CPU 要 对 适 配 器 进 行 配 置, 而 适 配 器 根 据 特 定 的 多 播 地 址 表 来 接 收 帧 凡 与 此 多 播 地 址 表 不 匹 配 的 帧 都 将 被 NIC 丢 弃 因 此 在 多 播 的 情 况 下, 是 适 配 器 NIC 而 不 是 CPU 决 定 是 否 接 收 一 个 帧 问 题 4-21: 有 的 路 由 器 在 和 广 域 网 相 连 时, 在 该 路 由 器 的 广 域 网 接 口 处 并 没 有 硬 件 地 址, 这 怎 样 解 释? 答 : 每 一 个 连 接 到 广 域 网 的 路 由 器 显 然 必 须 要 有 一 个 硬 件 地 址, 否 则 就 无 法 进 行 通 信 但 是 具 体 的 细 节 可 能 会 有 相 当 大 的 差 别 例 如, 我 们 的 电 话 机 和 墙 上 的 电 话 线 路 RJ-11 插 孔 一 连 接 就 可 以 打 电 话 这 表 明 电 话 机 一 定 有 一 个 唯 一 的 电 话 号 码 ( 即 硬 件 地 址 ) 但 是, 这 个 电 话 号 码 并 没 有 存 储 在 电 话 机 的 某 个 地 方 有 些 广 域 网 也 采 用 类 似 这 样 的 技 术 也 就 是 说, 每 一 个 连 接 都 有 一 个 唯 一 的 硬 件 地 址, 但 这 个 地 址 并 不 一 定 存 储 在 路 由 器 的 接 口 上 问 题 4-22:IP 地 址 和 电 话 号 码 相 比 时 有 何 异 同 之 处? 答 : 相 同 之 处 : (1) 唯 一 性 每 个 电 话 机 的 电 话 号 码 ( 指 包 括 国 家 码 以 及 区 号 在 内 的 号 码 ) 在 电 信 网 上 是 唯 一 的 每 个 主 机 的 IP 地 址 在 因 特 网 上 也 是 唯 一 的 (2) 分 等 级 的 结 构 电 话 号 码 :( 国 家 号 码 )-( 区 号 )-( 局 号 )-( 电 话 机 号 ) 6

IP 地 址 :( 网 络 号 )-( 主 机 号 ), 或 ( 网 络 号 )-( 子 网 号 )-( 主 机 号 ) 不 同 之 处 : 各 国 的 电 话 号 码 都 是 自 主 设 置, 因 此 号 码 的 位 数 可 以 各 不 相 同 但 IP 地 址 则 一 律 是 32 bit 的 固 定 长 度 ( 这 是 IPv4 的 地 址 长 度 若 使 用 IPv6 则 地 址 长 度 为 128 bit) 因 此 电 话 号 码 空 间 是 不 受 限 的 当 一 个 城 市 的 电 话 号 码 空 间 不 够 用 时, 就 可 以 增 加 电 话 号 码 的 位 数 ( 例 如 6 位 不 够 用 了 就 升 级 为 7 位, 以 后 又 不 够 用 了 就 再 升 级 为 8 位 ) 但 IP 地 址 空 间 是 受 限 的, 全 部 的 IP 地 址 用 尽 后 就 必 须 将 IPv4 升 级 到 IPv6 电 话 号 码 中 的 国 家 号 码 区 号 局 号 都 能 直 接 反 映 出 具 体 的 地 理 位 置 ( 或 范 围 ), 但 从 IP 地 址 的 网 络 号 却 不 能 直 接 反 映 出 具 体 的 地 理 位 置 ( 或 范 围 ) IP 地 址 的 管 理 机 构 在 分 配 IP 地 址 时 并 不 是 先 将 整 个 的 地 址 空 间 按 国 家 来 分 配, 而 是 按 网 络 来 分 配 ( 不 管 这 个 网 络 在 哪 个 国 家 ) 但 是 有 的 IP 地 址 可 以 反 映 出 一 定 的 地 理 范 围 例 如, 顶 级 域 名 采 用 国 家 域 名 的, 例 如 顶 级 域 名 是.cn 的 应 当 是 在 中 国, 但 在 中 国 的 什 么 地 方 则 不 知 道 而 二 级 域 名 若 采 用 省 级 域 名 时, 如 采 用.js.cn 的 应 当 是 在 中 国 的 江 苏 省, 但 在 江 苏 省 的 什 么 地 方 也 是 不 知 道 的 然 而 在 采 用 通 用 顶 级 域 名 时, 如 采 用.com 或.net 或.org 时, 则 无 法 知 道 该 主 机 在 哪 一 个 国 家 或 地 区 问 题 4-23: 尽 最 大 努 力 交 付 (best effort delivery) 都 有 哪 些 含 义? 答 :(1) 不 保 证 源 主 机 发 送 出 来 的 IP 数 据 报 一 定 无 差 错 地 交 付 到 目 的 主 机 (2) 不 保 证 源 主 机 发 送 出 来 的 IP 数 据 报 都 在 某 一 规 定 的 时 间 内 交 付 到 目 的 主 机 (3) 不 保 证 源 主 机 发 送 出 来 的 IP 数 据 报 一 定 按 发 送 时 的 顺 序 交 付 到 目 的 主 机 (4) 不 保 证 源 主 机 发 送 出 来 的 IP 数 据 报 不 会 重 复 交 付 到 目 的 主 机 (5) 不 故 意 丢 弃 IP 数 据 报 丢 弃 IP 数 据 报 的 情 况 是 : 路 由 器 检 测 出 首 部 检 验 和 有 错 误 ; 或 由 于 网 络 中 通 信 量 过 大, 路 由 器 或 目 的 主 机 中 的 缓 存 已 无 空 闲 空 间 但 是 要 注 意,IP 数 据 报 的 首 部 中 有 一 个 首 部 检 验 和 当 它 检 验 出 IP 数 据 报 的 首 部 出 现 了 差 错 时, 就 将 该 数 据 报 丢 弃 因 此, 凡 交 付 给 目 的 主 机 的 IP 数 据 报 都 是 IP 数 据 报 的 首 部 没 有 出 现 差 错 的 或 没 有 检 测 出 来 有 差 错 这 就 是 说, 传 输 过 程 中 出 现 差 错 的 IP 数 据 报 都 被 丢 弃 了 例 如, 源 主 机 一 连 发 送 了 10000 个 IP 数 据 报, 结 果 有 9999 个 IP 数 据 报 都 出 现 了 差 错, 因 而 都 被 丢 弃 了 这 样, 只 有 一 个 不 出 错 的 IP 数 据 报 最 后 交 付 给 了 目 的 主 机 这 也 完 全 符 合 尽 最 大 努 力 交 付 的 原 则 甚 至 当 所 发 送 的 一 万 个 IP 数 据 报 都 被 丢 弃 了, 我 们 也 不 能 说 这 不 是 尽 最 大 努 力 交 付, 只 要 路 由 器 不 是 故 意 地 丢 弃 IP 数 据 报 就 行 现 在 因 特 网 上 绝 大 多 数 的 通 信 量 都 是 属 于 尽 最 大 努 力 交 付 的 如 果 数 据 必 须 可 靠 地 交 付 给 目 的 地, 那 么 使 用 IP 协 议 的 高 层 软 件 必 须 负 责 解 决 这 一 问 题 问 题 4-24: 假 定 在 一 个 局 域 网 中 计 算 机 A 发 送 ARP 请 求 分 组, 希 望 找 出 计 算 机 B 的 硬 件 地 址 这 时 局 域 网 上 的 所 有 计 算 机 都 能 收 到 这 个 广 播 发 送 的 ARP 请 求 分 组 试 问 这 时 由 哪 一 个 计 算 机 使 用 ARP 响 应 分 组 将 计 算 机 B 的 硬 件 地 址 告 诉 计 算 机 A? 答 : 这 要 区 分 两 种 情 况 如 果 计 算 机 B 和 计 算 机 A 都 连 接 在 同 一 个 局 域 网 上, 那 么 就 是 计 算 机 B 发 送 ARP 响 应 分 组 如 果 计 算 机 B 和 计 算 机 A 不 是 连 接 在 同 一 个 局 域 网 上, 那 么 就 必 须 由 一 个 连 接 在 本 局 域 网 上 的 路 由 器 来 转 发 ARP 请 求 分 组 这 时, 该 路 由 器 向 计 算 机 A 发 送 ARP 回 答 分 组, 7

给 出 自 己 的 硬 件 地 址 问 题 4-25: 有 人 将 ARP 列 入 网 络 接 口 层, 即 认 为 ARP 不 在 IP 层, 这 样 对 吗? 答 : 这 样 也 是 可 以 的 本 来 ARP 就 是 位 于 IP 层 和 数 据 链 路 层 之 间 本 书 是 将 ARP 画 在 IP 层 的 下 面 我 们 知 道 IP 层 和 以 上 各 层 都 是 使 用 IP 地 址, 而 数 据 链 路 层 是 使 用 硬 件 地 址 而 ARP 是 进 行 这 两 个 地 址 的 转 换 : IP 地 址 ARP 硬 件 地 址 ARP 报 文 中 既 有 IP 地 址 又 有 硬 件 地 址 因 此 将 ARP 列 入 网 络 接 口 层 也 是 可 以 的 ( 见 Comer 写 的 书 ) 同 理,RARP 也 可 以 这 样 看 待, 因 为 : 硬 件 地 址 RARP IP 地 址 问 题 4-26: 一 个 主 机 要 向 另 一 个 主 机 发 送 IP 数 据 报 是 否 使 用 ARP 就 可 以 得 到 该 目 的 主 机 的 硬 件 地 址, 然 后 直 接 用 这 个 硬 件 地 址 将 IP 数 据 报 发 送 给 目 的 主 机? 答 : 有 时 是 这 样, 但 也 有 时 不 是 这 样 ARP 只 能 对 连 接 在 同 一 个 网 络 上 的 主 机 或 路 由 器 进 行 地 址 解 析 我 们 看 下 图 的 例 子 由 于 A 和 B 连 接 在 同 一 个 网 络 上, 因 此 主 机 A 使 用 ARP 协 议 就 可 得 到 B 的 硬 件 地 址, 然 后 用 B 的 硬 件 地 址, 将 IP 数 据 报 组 装 成 帧, 发 送 给 B 但 当 目 的 主 机 是 F 时, 情 况 就 不 同 了 A 无 法 得 到 F 的 硬 件 地 址 A 只 能 先 将 IP 数 据 报 发 送 给 本 网 络 上 的 一 个 路 由 器 ( 在 本 例 中 就 是 路 由 器 R 1 ) 因 此 A 发 送 IP 数 据 报 给 F 时, 在 地 址 解 析 方 面 要 经 过 以 下 三 个 步 骤 : (1) A 先 通 过 ARP 解 析 出 路 由 器 R 1 的 硬 件 地 址, 将 IP 数 据 报 发 送 到 R 1 (2) R 1 再 通 过 ARP 解 析 出 R 2 的 硬 件 地 址, 将 IP 数 据 报 转 发 到 R 2 (3) R 2 再 通 过 ARP 解 析 出 F 的 硬 件 地 址, 将 IP 数 据 报 交 付 给 F 因 此,A 发 送 IP 数 据 报 给 F 要 经 过 三 次 ARP 地 址 解 析 A 只 知 道 F 的 IP 地 址, 但 并 不 知 道 F 的 硬 件 地 址 问 题 4-27: 在 因 特 网 中 最 常 见 的 分 组 长 度 大 约 是 多 少 个 字 节? 答 : 使 用 以 太 网 是 和 因 特 网 相 连 的 最 常 用 的 局 域 网, 而 以 太 网 的 数 据 字 段 最 多 只 允 许 装 入 1500 字 节 因 此 在 因 特 网 上 传 送 的 分 组 长 度 一 般 都 不 会 超 过 1500 字 节 由 于 现 在 因 特 网 上 最 常 用 的 应 用 程 序 是 电 子 邮 件 和 万 维 网 这 两 个 应 用 程 序 都 使 用 TCP 进 行 传 输, 因 此 经 常 要 用 到 TCP 的 确 认 报 文 段 这 种 TCP 确 认 报 文 段 没 有 数 据, 只 有 20 字 节 的 首 部, 再 加 上 IP 数 据 报 的 20 字 节 首 部, 使 得 IP 数 据 报 ( 即 分 组 ) 的 长 度 只 有 40 字 节 8

根 据 美 国 MCI 主 干 网 上 传 送 的 分 组 的 统 计 数 据, 大 约 有 40% 的 分 组 为 40 字 节 长 ( 即 它 们 携 带 的 数 据 都 是 TCP 的 确 认 报 文 段 ) 大 约 有 15% 的 分 组 为 576 字 节 左 右 的 长 度 ( 即 IP 数 据 报 的 默 认 长 度 ) 大 约 有 10% 的 分 组 为 1500 字 节 长 超 过 1500 字 节 的 分 组 数 是 很 少 的 问 题 4-28:IP 数 据 报 的 最 大 长 度 是 多 少 个 字 节? 答 :64 K (1 K = 2 10 ) 字 节, 因 为 其 首 部 的 总 长 度 字 段 只 有 16 位 长 但 实 际 上 最 多 只 能 表 示 65535 字 节 而 不 是 65536 字 节, 因 为 在 二 进 制 中 的 16 个 1 表 示 十 进 制 的 (2 16 1) 问 题 4-29:IP 数 据 报 的 首 部 的 最 大 长 度 是 多 少 个 字 节? 典 型 的 IP 数 据 报 首 部 是 多 长? 答 :IP 数 据 报 首 部 中 有 一 个 首 部 长 度 字 段,4 位 长, 可 表 示 的 最 大 十 进 制 数 字 是 15 因 此 首 部 长 度 的 最 大 值 是 15 个 4 字 节 长 的 字, 即 60 字 节 典 型 的 IP 数 据 报 不 使 用 首 部 中 的 选 项, 因 此 典 型 的 IP 数 据 报 首 部 长 度 是 20 字 节 问 题 4-30:IP 数 据 报 在 传 输 的 过 程 中, 其 首 部 长 度 是 否 会 发 生 变 化? 答 : 不 会 但 首 部 中 的 某 些 字 段 ( 如 标 志 生 存 时 间 检 验 和 等 ) 的 数 值 一 般 都 要 发 生 变 化 问 题 4-31: 当 路 由 器 利 用 IP 数 据 报 首 部 中 的 首 部 检 验 和 字 段 检 测 出 在 传 输 过 程 中 出 现 了 差 错 时, 就 简 单 地 将 其 丢 弃 为 什 么 不 发 送 一 个 ICMP 报 文 给 源 主 机 呢? 答 :IP 协 议 并 不 要 求 源 主 机 重 传 有 差 错 的 IP 数 据 报 保 证 无 差 错 传 输 是 由 TCP 协 议 完 成 的 另 一 方 面, 首 部 检 验 和 只 能 检 验 出 IP 数 据 报 的 首 部 出 现 了 差 错, 但 不 知 道 首 部 中 的 源 地 址 字 段 有 没 有 出 错 如 果 源 地 址 出 现 了 差 错, 那 么 将 这 种 IP 数 据 报 传 送 到 错 误 的 地 址 也 是 没 有 任 何 意 义 的 问 题 4-32:RIP 协 议 的 好 处 是 简 单, 但 缺 点 是 不 够 稳 定 有 的 书 上 介 绍 触 发 更 新 分 离 范 围 和 毒 性 逆 转 能 否 简 单 介 绍 一 下 它 们 的 要 点? 答 :(1) 触 发 更 新 若 网 络 中 没 有 变 化, 则 按 通 常 的 30 秒 间 隔 发 送 更 新 信 息 但 若 有 变 化, 路 由 器 就 立 即 发 送 其 新 的 路 由 表 这 个 过 程 叫 做 触 发 更 新 触 发 更 新 可 提 高 稳 定 性 每 一 个 路 由 器 在 收 到 有 变 化 的 更 新 信 息 时 就 立 即 发 出 新 的 信 息, 这 比 平 均 的 15 秒 要 少 得 多 虽 然 触 发 更 新 可 大 大 地 改 进 路 由 选 择, 但 它 不 能 解 决 所 有 的 路 由 选 择 问 题 例 如, 用 这 种 方 法 不 能 处 理 路 由 器 出 故 障 的 问 题 (2) 水 平 分 割 水 平 分 割 (split horizons) 是 提 高 稳 定 性 的 第 二 种 方 法, 它 在 发 送 路 由 选 择 报 文 时 使 用 了 选 择 性 ; 路 由 器 必 须 区 分 不 同 的 接 口 如 果 路 由 器 从 一 个 接 口 已 经 收 到 了 路 由 更 新 信 息, 那 么 这 个 同 样 的 更 新 信 息 一 定 不 能 再 通 过 这 个 接 口 回 送 过 去 如 果 一 个 接 口 通 过 了 给 一 个 路 由 器 更 新 的 信 息, 那 么 这 个 更 新 信 息 一 定 不 能 再 发 送 回 去 ; 因 为 这 是 已 经 知 道 了 的 信 息, 因 而 是 不 需 要 的 水 平 分 割 可 明 显 地 提 高 稳 定 性 下 图 就 能 说 明 问 题 9

R 1 1 R 2 Net1, 1, 2 Net1, 2, R 1 Net1 正 常 Net1 Net2 Net3 R 1 3 R 2 4 Net1, 16, Net1, 16, R 1 Net1 出 故 障 Net1 Net2 Net3 R 1 发 送 [Net1, 1, ] 给 R 2, 表 明 我 到 Net1 的 距 离 是 1, 直 接 交 付 R 2 从 这 个 RIP 报 文 进 来 的 端 口 不 再 发 送 关 于 到 Net1 的 信 息, 而 只 从 另 外 的 端 口 发 送 [Net1, 2, R 1 ], 表 明 我 到 Net1 的 距 离 是 2, 经 过 R 1 当 Net1 出 故 障 后,R 1 发 送 [Net1, 16, ] 给 R 2 表 明 我 到 Net1 的 距 离 是 16, 直 接 交 付 ( 距 离 是 16 就 表 示 不 能 到 达 ) R 2 从 另 外 的 端 口 发 送 [Net1, 16, R 1 ], 表 明 我 到 Net1 的 距 离 是 16, 经 过 R 1 这 样 就 使 其 他 路 由 器 很 快 都 知 道 Net1 出 了 故 障 (3) 毒 性 逆 转 毒 性 逆 转 (poison reverse) 是 水 平 分 割 的 一 种 变 型 使 用 这 种 方 法 时, 路 由 器 收 到 的 信 息 用 来 更 新 路 由 表, 然 后 通 过 所 有 的 接 口 发 送 出 去 但 是, 已 经 从 一 个 接 口 来 的 一 个 路 由 表 项 目 在 通 过 同 样 的 接 口 发 送 出 去 时, 就 要 将 其 度 量 置 为 16 问 题 4-33:IP 数 据 报 必 须 考 虑 最 大 传 送 单 元 MTU (Maximum Transfer Unit) 这 是 指 哪 一 层 的 最 大 传 送 单 元? 包 括 不 包 括 首 部 或 尾 部 等 开 销 在 内? 答 : 这 是 指 IP 层 下 面 的 数 据 链 路 层 的 最 大 传 送 单 元, 也 就 是 下 面 的 MAC 帧 的 数 据 字 段, 不 包 括 MAC 帧 的 首 部 和 尾 部 的 各 字 段 因 为 IP 数 据 报 是 装 入 到 MAC 帧 中 的 数 据 字 段, 因 此 数 据 链 路 层 的 MTU 数 值 就 是 IP 数 据 报 所 容 许 的 最 大 长 度 ( 是 总 长 度, 即 首 部 加 上 数 据 字 段 ) 问 题 4-34: 如 果 一 个 路 由 器 要 同 时 连 接 在 一 个 以 太 网 和 一 个 ATM 网 络 上, 需 要 有 什 么 样 的 硬 件 加 到 路 由 器 上? 答 : 一 个 以 太 网 适 配 器 ( 网 卡 ) 和 一 个 AT M 适 配 器 ( 网 卡 ) 问 题 4-35: 教 材 中 的 图 4-19 的 B 类 网 络 145.13.0.0 在 划 分 子 网 时, 所 给 出 的 三 个 子 网 号 是 怎 样 得 出 的? 答 : 本 题 假 定 子 网 号 subnet-id 占 用 8 位 可 见 子 网 掩 码 是 255.255.255.0 IP 地 址 中 的 最 后 8 位 就 留 作 主 机 号 假 定 我 们 不 使 用 全 0 和 全 1 的 子 网 号, 那 么 一 共 有 254 个 子 网 号 可 供 选 择 书 中 的 例 子 是 随 意 选 择 了 3, 7 和 21 作 为 三 个 子 网 号 于 是 这 三 个 子 网 的 地 址 就 是 : 145.13.3.0 145.13.7.0 145.13.21.0 10

问 题 4-36: 交 换 (switching) 的 准 确 含 义 是 什 么? 答 : 这 个 名 词 并 没 有 统 一 的 精 确 定 义 根 据 [COME04](Computer Networks and Internets with Internet Applications, 4ed, 2004) 第 676 页 : Switching A general term used to describe the operation of a switch. Because it is associated with hardware, switching is usually higher speed than routing. Also, switching differs from routing because switching uses the hardware address in a frame. Switch An electronic device that forms the center of a star topology network. A switch uses the destination address in a frame to determine which computer should receive the frame. 英 文 字 switch 本 来 是 开 关 的 意 思 当 switch 最 初 用 在 电 话 系 统 中 时 就 译 成 了 交 换 机, 而 表 示 动 作 的 switching 就 译 为 交 换 因 此 电 话 系 统 使 用 的 交 换 体 制 就 称 为 电 路 交 换 在 Perlman 的 [PERL00] 一 书 中 的 第 531 页 也 有 类 似 的 解 释 : Switch Anything that moves data. Somehow the term is applied to imply that the device is fast and cheap. Can be a bridge (layer 2 switch) or router (layer 3 switch), or sometimes used for something that moves ATM cells. 可 以 看 出,Perlman 对 switch 的 定 义 就 比 Comer 的 定 义 更 广 泛 一 些, 因 为 switch 在 某 些 情 况 下 还 可 以 表 示 一 个 网 桥 或 路 由 器, 同 时 也 不 局 限 于 用 在 星 形 网 络 中 现 在 需 要 注 意 的 是, 关 于 Packet switching 这 一 名 词 中 的 switching 大 家 知 道,Packet switching 的 标 准 译 名 是 分 组 交 换 这 里 的 交 换 完 全 是 为 了 和 电 路 交 换 的 交 换 相 对 应 我 们 知 道, 分 组 交 换 就 是 对 分 组 进 行 存 储 转 发, 而 转 发 又 是 根 据 路 由 器 中 的 转 发 表, 是 通 过 计 算 机 软 件 来 查 找 下 一 跳 应 当 转 发 到 哪 一 个 结 点 去 因 此 分 组 交 换 的 交 换 并 没 有 使 用 硬 件 地 址 或 比 路 由 选 择 更 快 的 含 义, 而 只 是 一 般 地 表 示 可 以 将 数 据 从 一 个 地 方 移 动 到 另 一 个 地 方 问 题 4-37: 为 什 么 生 存 时 间 TTL 原 来 用 秒 作 为 单 位 而 现 在 TTL 却 表 示 数 据 报 在 网 络 中 所 能 通 过 的 路 由 器 数 的 最 大 值? 答 : 最 初 TTL 是 用 秒 作 为 单 位, 表 示 一 个 数 据 报 在 网 络 中 的 最 长 生 存 时 间 TTL 可 用 来 防 止 数 据 报 无 限 期 地 在 网 络 中 兜 圈 子 ( 这 样 会 浪 费 网 络 的 资 源 ) 例 如, 把 数 据 报 的 TTL 初 始 值 设 置 为 70 秒, 就 表 示 在 该 数 据 报 进 入 网 络 后 只 要 经 过 了 70 秒 就 要 把 它 丢 弃, 哪 怕 它 就 快 要 到 达 目 的 站 了 但 后 来 发 现 这 样 做 很 不 方 便 ( 各 个 没 有 时 钟 同 步 关 系 的 路 由 器 都 要 计 算 通 过 它 的 数 据 报 在 网 络 中 的 逗 留 时 间 ) 于 是 就 改 用 另 一 种 方 法, 就 是 让 TTL 表 示 数 据 报 在 网 络 中 所 能 够 通 过 的 路 由 器 数 的 最 大 值 例 如, 把 数 据 报 的 TTL 初 始 值 设 置 为 60, 就 表 示 : 若 该 数 据 报 在 经 过 60 个 路 由 器 后 还 没 有 到 达 目 的 站, 则 最 后 到 达 的 那 个 路 由 器 就 立 即 把 这 个 数 据 报 丢 弃, 使 它 不 再 占 用 网 络 的 资 源 现 在 路 由 器 在 转 发 数 据 报 时, 应 把 数 据 报 首 部 中 的 TTL 值 减 1 若 TTL 值 减 为 零, 就 把 它 丢 弃 因 此, 现 在 的 TTL 表 示 数 据 报 在 网 络 传 送 过 程 中 的 最 大 跳 数 11