第4章网络层_2_.doc

( 章 节 专 题 首 页 ) 课 程 名 称 计 算 机 网 络 章 节 专 题 第 4 章 网 络 层 ( 二 ) 1.IP 数 据 报 的 格 式 ; 教 学 目 标 及 基 本 要 求 2. 理 解 子 网 划 分 的 意 义, 掌 握 如 何 划 分 子 网 ; 3. 理 解 超 网 构 造 原 理, 掌 握 构 造 超 网 ; 4. 知 道 网 际 控 制 报 文 协 议 ICMP 及 应 用 教 学 重 点 IP 数 据 报 格 式 IP 地 址 与 子 网 掩 码 无 分 类 域 间 路 由 选 择 CIDR 网 际 控 制 报 文 协 议 ICMP 教 学 难 点 IP 数 据 报 IP 子 网 划 分 无 分 类 域 间 路 由 选 择 CIDR 4.3, 一 课 时 ; 教 学 内 容 与 时 4.4, 一 课 时 间 分 配

湖 南 第 一 师 范 学 院 课 程 教 案 ( 分 页 ) 课 程 名 称 计 算 机 网 络 授 课 内 容 第 4 章 网 络 层 ( 二 ) 4.2.5 IP 数 据 报 的 格 式 一 个 IP 数 据 报 由 首 部 和 数 据 两 部 分 组 成 首 部 的 前 一 部 分 是 固 定 长 度, 共 20 字 节, 是 所 有 IP 数 据 报 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 首 部 检 验 和 (16 位 ) 字 段 只 检 验 数 据 报 的 首 部, 不 检 验 数 据 部 分 这 里 不 采 用 CRC 检 验 码 而 采 用 简 单 的 计 算 方 法

2. IP 数 据 报 首 部 的 可 变 部 分 IP 首 部 的 可 变 部 分 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 1 个 字 节 到 40 个 字 节 不 等, 取 决 于 所 选 择 的 项 目 4.2.6 IP 层 转 发 分 组 的 流 程 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, 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 这 样 就 可 使 路 由 表 大 大 简 化 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 ) 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 :IP 数 据 报 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 Cisco 静 态 路 由 设 置 命 令 : ip route x.x.x.x 掩 码 接 口 或 下 一 跳 IP 特 定 主 机 路 由, 这 种 路 由 是 为 特 定 的 目 的 主 机 指 明 一 个 路 由 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 默 认 路 由 设 置 命 令 为 : ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 必 须 强 调 指 出,IP 数 据 报 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 填 入 IP 数 据 报, 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 MAC 帧 的 首 部, 然 后 根 据 这 个 硬 件 地 址 找 到 下 一 跳 路 由 器 分 组 转 发 算 法 (1) 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 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) (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

实 例 : Router1( 接 口 IP 已 配, 进 入 全 局 模 式 ): Ip route 192.168.2.0 255.255.255.0 10.0.0.2 Router2( 接 口 IP 已 配, 进 入 全 局 模 式 ): Ip route 192.168.1.0 255.255.255.0 10.0.0.1 静 态 路 由 配 置 前 后 通 信 对 比 情 况 路 由 表 查 看 命 令 :Show ip route ARP 表 查 看 命 令 :Show arp 路 由 器 Router1 上, 查 看 ARP 表 和 路 由 表 的 情 况

4.3 划 分 子 网 和 构 造 超 网 4.3.1 划 分 子 网 1. 从 两 级 IP 地 址 到 三 级 IP 地 址 在 ARPANET 的 早 期,IP 地 址 空 间 的 利 用 率 有 时 很 低 从 1985 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 作 划 分 子 网 (subnetting) 划 分 子 网 已 成 为 因 特 网 的 正 式 标 准 协 议 划 分 子 网 的 基 本 思 路, 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 主 机 号 借 用 若 干 个 位 作 为 子 网 号 subnet-id, 而 主 机 号 host-id 也 就 相 应 减 少 了 若 干 个 位 IP 地 址 ::= {< 网 络 号 >, < 子 网 号 >, < 主 机 号 >} 一 个 未 划 分 子 网 的 B 类 网 络 145.13.0.0, 划 分 为 三 个 子 网 后 对 外 仍 是 一 个 网 络 划 分 子 网 后 变 成 了 三 级 结 构, 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 host-id 这 部 分 进 行 再 划 分, 而 不 改 变 IP 地 址 原 来 的 网 络 号 net-id 2. 子 网 掩 码 从 一 个 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 使 用 子 网 掩 码 (subnet mask) 可 以 找 出 IP 地 址 中 的 子 网 部 分 IP 地 址 的 各 字 段 和 子 网 掩 码

默 认 子 网 掩 码 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 例 4-2 已 知 IP 地 址 是 141.14.72.24, 子 网 掩 码 是 255.255.192.0 试 求 网 络 地 址

例 4-3 在 上 例 中, 若 子 网 掩 码 改 为 255.255.224.0 试 求 网 络 地 址, 讨 论 所 得 结 果 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 4.3.2 使 用 子 网 掩 码 的 分 组 转 发 过 程 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 在 划 分 子 网 的 情 况 下 路 由 器 转 发 分 组 的 算 法 : (1) 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 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) (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 R1 中 的 路 由 表 主 机 H1 向 H2 发 送 分 组 试 讨 论 R1 收 到 H1 向 H2 发 送 的 分 组 后 查 找 路 由 表 的 过 程

4.3.3 无 分 类 编 址 CIDR 1. 网 络 前 缀 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 (network-prefix) 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 无 分 类 的 两 级 编 址 的 记 法 是 : IP 地 址 ::= {< 网 络 前 缀 >, < 主 机 号 >} CIDR 还 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 位 数 ( 这 个 数 值 对 应 于 三 级 编 址 中 子 网 掩 码 中 1 的 个 数 ) CIDR 把 网 络 前 缀 都 相 同 的 连 续 的 IP 地 址 组 成 CIDR 地 址 块 CIDR 地 址 块 :128.14.32.0/20 表 示 的 地 址 块 共 有 212 个 地 址 ( 因 为 斜 线 后 面 的 20 是 网 络 前 缀 的 位 数, 所 以 这 个 地 址 的 主 机 号 是 12 位 ) 这 个 地 址 块 的 起 始 地 址 是 128.14.32.0 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 /20 地 址 块 128.14.32.0/20 地 址 块 的 最 小 地 址 :128.14.32.0

128.14.32.0/20 地 址 块 的 最 大 地 址 :128.14.47.255, 全 0 全 1 的 主 机 号 地 址 一 般 不 使 用 128.14.32.0/20 表 示 的 地 址 (2 12 个 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 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 /20 地 址 块, 它 的 掩 码 是 20 个 连 续 的 1 斜 线 记 法 中 的 数 字 就 是 掩 码 中 1 的 个 数 CIDR 记 法 的 其 他 形 式 :10.0.0.0/10 可 简 写 为 10/10, 也 就 是 把 点 分 十 进 制 中 低 位 连 续 的 0 省 略 10.0.0.0/10 隐 含 地 指 出 IP 地 址 10.0.0.0 的 掩 码 是 255.192.0.0 此 掩 码 可 表 示 为 11111111 11000000 00000000 00000000 前 缀 长 度 不 超 过 23 位 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 地 址 块 划 分 举 例

2. 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 最 长 前 缀 匹 配 举 例 ( 略 ) 3. 使 用 二 叉 线 索 查 找 路 由 表 当 路 由 表 的 项 目 数 很 大 时, 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 最 常 用 的 就 是 二 叉 线 索 (binarytrie) 4.4 网 际 控 制 报 文 协 议 ICMP ICMP 允 许 主 机 或 路 由 器 报 告 差 错 情 况 和 提 供 有 关 异 常 情 况 的 报 告 ICMP 不 是 高 层 协 议, 而 是 IP 层 的 协 议 ICMP 报 文 作 为 IP 层 数 据 报 的 数 据, 加 上 数 据 报 的 首 部, 组 成 IP 数 据 报 发 送 出 去 ICMP 报 文 的 格 式 4.4.1 ICMP 报 文 的 种 类 ICMP 报 文 的 种 类 有 两 种, 即 ICMP 差 错 报 告 报 文 和 ICMP 询 问 报 文 ICMP 报 文 的 前 4 个 字 节 是 统 一 的 格 式, 共 有 三 个 字 段 : 即 类 型 代 码 和 检 验 和 接 着 的 4

个 字 节 的 内 容 与 ICMP 的 类 型 有 关 ICMP 差 错 报 告 报 文 共 有 5 种 : 终 点 不 可 达 源 点 抑 制 (Source quench) 时 间 超 过 参 数 问 题 改 变 路 由 ( 重 定 向 )(Redirect) ICMP 差 错 报 告 报 文 的 数 据 字 段 的 内 容 ICMP 询 问 报 文 有 两 种 : 回 送 请 求 和 回 答 报 文 时 间 戳 请 求 和 回 答 报 文 4.4.2 ICMP 应 用 举 例 PING (Packet InterNet Groper),PING 的 应 用 举 例 Tracert(Traceroute) 的 应 用 举 例 作 业 :P177 4-21,4-26,4-30. 湖 南 第 一 师 范 学 院 阳 西 述