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第三、網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議框架
一、路由器在網(wǎng)際中的作用 （一）路由器的構(gòu)成（強(qiáng)調(diào)：它工作在第三層，即IP層或網(wǎng)絡(luò)互連層，但是它包括物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。路由器也具有操作系統(tǒng)，相當(dāng)于一臺小型計算機(jī)） （1）當(dāng)主機(jī) A 要向另一個主機(jī) B 發(fā)送數(shù)據(jù)報時，先要檢查目的主機(jī) B 是否與源主機(jī) A 連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上 （2）如果是，就將數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機(jī) B 而不需要通過路由器 （3）但如果目的主機(jī)與源主機(jī) A 不是連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上，則應(yīng)將數(shù)據(jù)報發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器，由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給下一個路由器。這就叫作間接交付 （二）典型路由器的結(jié)構(gòu) “轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別 ?。?）“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的 IP 數(shù)據(jù)報從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去 ?。?）“路由選擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓闆r，動態(tài)地改變所選擇的路由 ?。?）路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的（實(shí)際中轉(zhuǎn)發(fā)表是邏輯圖而路由表是實(shí)際的線路圖） ?。?）我們在討論路由選擇的原理時，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別 輸入端口對線路上收到的分組的處理 數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢?，將分組送到網(wǎng)絡(luò)層的隊列中排隊等待處理。這會產(chǎn)生一定的時延 輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來的分組發(fā)送到線路 當(dāng)交換結(jié)構(gòu)傳送過來的分組先進(jìn)行緩存。數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路 分組丟棄 （分組又叫報文或IP數(shù)據(jù)包或數(shù)據(jù)報） 若路由器處理分組的速率趕不上分組進(jìn)入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進(jìn)入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因（所以IP數(shù)據(jù)包是非面向連接的，高層才是面向連接） 兩個重要的路由協(xié)議： 構(gòu)成、維護(hù)路由表的協(xié)議是主動路由協(xié)議（routing）； 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的協(xié)議是被動路由協(xié)議（routed）。 二、互連網(wǎng)和因特網(wǎng) （一）互連在一起的網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信，會遇到許多問題需要解決 不同的尋址方案 不同的最大分組長度 不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制 不同的超時控制 不同的差錯恢復(fù)方法 不同的狀態(tài)報告方法 不同的路由選擇技術(shù) 不同的用戶接入控制 不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)） 不同的管理與控制方式 （二）網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備 中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng) ?。?）物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)特點(diǎn)是連個端口而集線器是多個端口 ?。?）數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge) ?。?）網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router) ?。?）網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter) （5）網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway) （三）網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器 （1）當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡(luò)（也可以說第二層設(shè)備不會擴(kuò)大LAN） （2）網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少 （3）互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò) （4）由于歷史的原因，許多有關(guān) TCP/IP 的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān) （四）虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義 ?。?）所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性（異構(gòu)的意思是：比如網(wǎng)絡(luò)有的使用以太網(wǎng)、有的使用令牌環(huán)網(wǎng)等等，這叫異構(gòu)）本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò) （2）使用 IP 協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡稱為 IP 網(wǎng)。（強(qiáng)調(diào)：虛擬的意思是人感覺到的，感覺是在一個網(wǎng)絡(luò)上通信） ?。?）使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時，就好像在一個網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié) （五）名詞 internet 和 Internet 的區(qū)別： ?。?）以小寫字母 i 開始的 internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的虛擬網(wǎng)絡(luò)。有的地方叫internetwork一般這樣寫，即是網(wǎng)絡(luò)互連的意思 ?。?）以大寫字母 I 開始的的 Internet（因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用 TCP/IP 協(xié)議族，且其前身是美國的 ARPANET。 （六）因特網(wǎng)的網(wǎng)際協(xié)議 IP 網(wǎng)際協(xié)議 IP 是 TCP/IP 體系中兩個最主要的協(xié)議之一 。與 IP 協(xié)議配套使用的還有四個協(xié)議： ?。?）地址解析協(xié)議 ARP (Address Resolution Protocol) （2）逆地址解析協(xié)議 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)（備注：它是一個過時的協(xié)議，現(xiàn)在已經(jīng)基本上不使用了。逆地址解析協(xié)議 RARP 使只知道自己硬件地址的主機(jī)能夠知道其 IP 地址。這種主機(jī)往往是無盤工作站。 因此 RARP協(xié)議目前已很少使用。） （3）因特網(wǎng)控制報文協(xié)議 ICMP(Internet Control Message Protocol） ?。?）因特網(wǎng)組管理協(xié)議 IGMP(Internet Group Management Protocol) 三、分類的IP地址 （一）我們把整個因特網(wǎng)看成為一個單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP 地址就是給每個連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個在全世界范圍是惟一的 32 bit 的標(biāo)識符。IP 地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進(jìn)行。（備注：關(guān)于IP地址獲得這部分我簡單提一下：以前用bootp協(xié)議來分配IP地址，但是現(xiàn)在已經(jīng)基本不用，它是靜態(tài)的，被DHCP所取代，DHCP能夠動態(tài)地分配IP地址，既可以完成bootp所完成的工作，也能完成它不能完成的工作。） （二）IP地址的編址方法 （1）分類的 IP 地址。這是最基本的編址方法，在 1981 年就通過了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 ?。?）子網(wǎng)的劃分。這是對最基本的編址方法的改進(jìn)，其標(biāo)準(zhǔn)[RFC 950]在 1985 年通過 ?。?）構(gòu)成超網(wǎng)。這是比較新的無分類編址方法。1993 年提出后很快就得到推廣應(yīng)用 （三）分類IP地址 每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網(wǎng)絡(luò)號 net-id，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個字段則是主機(jī)號 host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。兩級的 IP 地址可以記為 IP 地址 = { <網(wǎng)絡(luò)號>, <主機(jī)號>} （1）A （0）類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 net-id 為 1 字節(jié) ?。?）B（10）類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 id 為 2字節(jié) ?。?）C（110）類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段 id 為 3 字節(jié) （4）D （1110）類地址是多播地址（注意和廣播地址的區(qū)別：廣播地址是一對全，而多播是一對多） ?。?）E（11110）類地址是為了保留為今后使用 （備注：括號中是第一個字節(jié)的前幾位，用來區(qū)分類別） （四）路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的步驟 ?。?）先按所要找的 IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號 net-id 把目的網(wǎng)絡(luò)找到 ?。?）當(dāng)分組到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)后，再利用主機(jī)號host-id 將數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機(jī) （3）按照整數(shù)字節(jié)劃分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一個分組時能夠更快地將地址中的網(wǎng)絡(luò)號提取出來 說明：每隔 8 bit 插入一個空格能夠提高可讀性。采用點(diǎn)分十進(jìn)制記法則進(jìn)一步提高可讀性。（備注：什么叫整數(shù)字節(jié)呢？就是8位一個字節(jié)的劃分方法，有人可能迷糊，8位本來不就是一個字節(jié)嗎？對，沒錯，如果你能想明白它為什么不用4位來作為一個網(wǎng)絡(luò)號的原因，也就能明白8位一個字節(jié)的劃分方法） （五）常用的三類IP地址 （1）A類：最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)為126（2的7次方－2） 第一個可用的網(wǎng)絡(luò)號是：1 最后一個可用的網(wǎng)絡(luò)號是：126 每個網(wǎng)絡(luò)中最大的主機(jī)數(shù)：16777214 （2）B類：最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)為16384（2的14次方） 第一個可用的網(wǎng)絡(luò)號是：128.0 最后一個可用的網(wǎng)絡(luò)號是：191.255 每個網(wǎng)絡(luò)中最大的主機(jī)數(shù)：65535 （3）C類：最大網(wǎng)絡(luò)數(shù)為2097152（2的21次方） 第一個可用的網(wǎng)絡(luò)號是：192.0.0 最后一個可用的網(wǎng)絡(luò)號是：223.255.255 每個網(wǎng)絡(luò)中最大的主機(jī)數(shù)：254 （六）IP地址的一些重要特點(diǎn) IP 地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu)。分兩個等級的好處是 (1)第一，IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時只分配網(wǎng)絡(luò)號，而剩下的主機(jī)號則由得到該網(wǎng)絡(luò)號的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間 (2)實(shí)際上 IP 地址是標(biāo)志一個主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。當(dāng)一個主機(jī)同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上時，該主機(jī)就必須同時具有兩個相應(yīng)的 IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號 net-id 必須是不同的。這種主機(jī)稱為多接口主機(jī)(multihomed host)。由于一個路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將 IP 數(shù)據(jù)報從一個網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)），因此一個路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個不同的 IP 地址 (3) 用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個局域網(wǎng)仍為一個網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號 net-id。在同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的IP 地址中的網(wǎng)絡(luò)號必須是一樣的 (4) 所有分配到網(wǎng)絡(luò)號 net-id 的網(wǎng)絡(luò)，范圍很小的局域網(wǎng)，還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng)，都是平等的（就是說沒有什么優(yōu)先級而言） ?。?span style="COLOR: #ff0000">備注：兩個路由器直接相連的接口處，可指明也可不指明 IP 地址。就是說有可能兩個路由器中間什么都沒有除了線路，這種情況也可以給這個線路兩端分配兩個IP地址，它也算是一個網(wǎng)絡(luò)，一般在長途網(wǎng)中使用，用的是串行口，這一段連線就構(gòu)成了一種只包含一段線路的特殊“網(wǎng)絡(luò)” ?，F(xiàn)在常不指明 IP 地址，用的是以太口。路由器的IP地址就是指某個端口的IP地址，如果用的是串行口，則下一跳IP地址是這個長途線路上的IP地址。） （七）IP地址與硬件地址 （1）網(wǎng)絡(luò)層及以上使用IP地址 ?。?）鏈路層及其以下使用硬件地址 ?。?）在 IP 層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到 IP 數(shù)據(jù)報，在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層只能看見 MAC 幀而看不見 IP 數(shù)據(jù)報 ?。?）兩個路由器的 IP 地址并不出現(xiàn)在 IP 數(shù)據(jù)報的首部中 ?。?）路由器只根據(jù)目的站的 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號進(jìn)行路由選擇 （6）IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復(fù)雜的細(xì)節(jié)。在抽象的網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的 IP 地址 ?。?）不變的是IP地址（因?yàn)樵吹刂泛湍康牡刂凡豢赡芨淖儯?，在進(jìn)行路由選擇的時候。變化的是硬件地址。（備注：請讀者想一下為什么MAC地址要變化？因?yàn)樗m應(yīng)不同的局域網(wǎng)） （八）地址解析協(xié)議 ARP 和逆地址解析協(xié)議 RARP ?。?）不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時，最終還是必須使用硬件地址 ?。?）每一個主機(jī)都設(shè)有一個 ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表 ?。?）當(dāng)主機(jī) A 欲向本局域網(wǎng)上的某個主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報時，就先在其 ARP 高速緩存中查看有無主機(jī) B 的 IP 地址。如有，就可查出其對應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址 （九）ARP 高速緩存的作用 ?。?）為了減少網(wǎng)絡(luò)上的通信量，主機(jī) A 在發(fā)送其 ARP 請求分組時，就將自己的 IP 地址到硬件地址的映射寫入 ARP 請求分組。 ?。?）當(dāng)主機(jī) B 收到 A 的 ARP 請求分組時，就將主機(jī) A 的這一地址映射寫入主機(jī) B 自己的 ARP 高速緩存中。這對主機(jī) B 以后向 A 發(fā)送數(shù)據(jù)報時就更方便了。 （3）ARP協(xié)議映射地址的過程：整個轉(zhuǎn)換過程是一臺主機(jī)先向目標(biāo)主機(jī)發(fā)送包含IP地址信息的廣播數(shù)據(jù)包，即ARP請求，然后目標(biāo)主機(jī)向該主機(jī)發(fā)送一個含有IP地址和MAC地址數(shù)據(jù)包，通過MAC地址兩個主機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸了。 應(yīng)用：在安裝了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)適配器的計算機(jī)中都有專門的ARP緩存，包含一個或多個表，用于保存IP地址以及經(jīng)過解析的MAC地址。在Windows中要查看或者修改ARP緩存中的信息，可以使用arp命令來完成，比如在Windows XP的命令提示符窗口中鍵入“arp -a”或“arp -g”可以查看ARP緩存中的內(nèi)容；鍵入“arp -d IPaddress”表示刪除指定的IP地址項(xiàng)（IPaddress表示IP地址）。arp命令的其他用法可以鍵入“arp /?”查看到.（備注：ARP 是解決同一個局域網(wǎng)上的主機(jī)或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射問題。如果所要找的主機(jī)和源主機(jī)不在同一個局域網(wǎng)上，那么就要通過 ARP 找到一個位于本局域網(wǎng)上的某個路由器的硬件地址，然后把分組發(fā)送給這個路由器，讓這個路由器把分組轉(zhuǎn)發(fā)給下一個網(wǎng)絡(luò)。剩下的工作就由下一個網(wǎng)絡(luò)來做。） （十）應(yīng)該注意的問題 ?。?）從IP地址到硬件地址的解析是自動進(jìn)行的，主機(jī)的用戶對這種地址解析過程是不知道的。 ?。?）只要主機(jī)或路由器要和本網(wǎng)絡(luò)上的另一個已知 IP 地址的主機(jī)或路由器進(jìn)行通信，ARP 協(xié)議就會自動地將該 IP 地址解析為鏈路層所需要的硬件地址 （十一）為什么我們不直接使用硬件地址進(jìn)行通信？ （1）由于全世界存在著各式各樣的網(wǎng)絡(luò)，它們使用不同的硬件地址。要使這些異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠互相通信就必須進(jìn)行非常復(fù)雜的硬件地址轉(zhuǎn)換工作，因此幾乎是不可能的事。 ?。?）連接到因特網(wǎng)的主機(jī)都擁有統(tǒng)一的 IP 地址，它們之間的通信就像連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上那樣簡單方便，因?yàn)檎{(diào)用 ARP 來尋找某個路由器或主機(jī)的硬件地址都是由計算機(jī)軟件自動進(jìn)行的，對用戶來說是看不見這種調(diào)用過程的 （十二）IP數(shù)據(jù)報的格式 （1）一個 IP 數(shù)據(jù)報由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。 （2）首部的前一部分是固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報必須具有的。 ?。?）在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的。 （十三）IP數(shù)據(jù)報的詳細(xì)解釋： （1）版本——占 4 bit，指IP協(xié)議的版本，目前的 IP 協(xié)議版本號為 4 (即 IPv4)。 （2）首部長度——占 4 bit，可表示的最大數(shù)值，是 15 個單位(一個單位為 4 字節(jié))。因此 IP 的首部長度的最大值是60字節(jié) （3）服務(wù)類型——占 8 bit，用來獲得更好的服務(wù)。這個字段以前一直沒有被人們使用 （4）總長度——占 16 bit，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 65535 字節(jié)?？傞L度必須不超過最大傳送單元 MTU。 （5）標(biāo)識(identification) 占 16 bit，它是一個計數(shù)器，用來產(chǎn)生數(shù)據(jù)報的標(biāo)識。 （6）片偏移(12 bit)指出：較長的分組在分片后，某片在原分組中的相對位置。片偏移以 8 個字節(jié)為偏移單位。（舉例：偏移 = 1400/8 = 175） （7）生存時間(8 bit)記為 TTL (Time To Live)數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中的壽命，其單位為秒。當(dāng)TTL為0時，就會丟棄分組。 （8）協(xié)議(8 bit)字段指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議，以便目的主機(jī)的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個處理過程（將數(shù)據(jù)部分交給哪一個進(jìn)程。） （9）首部檢驗(yàn)和(16 bit)字段只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報的首部不包括數(shù)據(jù)部分。這里不采用 CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡單的計算方法。（之所以是這樣：IP數(shù)據(jù)只作首部校驗(yàn)，它是盡力傳遞，只完成本層的功能即可，保證頭部正確，即源地址和目的地址相同即可。） （10）源地址和目的地址都各占 4 字節(jié) （11）標(biāo)志—3位。標(biāo)志數(shù)據(jù)包是否可拆分以及是否拆分后的數(shù)據(jù)包的最后一部分等信息； （十四）IP 數(shù)據(jù)報首部的可變部分 （1）IP 首部的可變部分就是一個選項(xiàng)字段，用來支持排錯、測量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。 ?。?）選項(xiàng)字段的長度可變，從 1 個字節(jié)到 40 個字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。 ?。?）增加首部的可變部分是為了增加 IP 數(shù)據(jù)報的功能，但這同時也使得 IP 數(shù)據(jù)報的首部長度成為可變的。這就增加了每一個路由器處理數(shù)據(jù)報的開銷。（備注：我記得在前面有這么一句話：兩個路由器的IP地址并不出現(xiàn)在IP數(shù)據(jù)報的首部中，它只是一個導(dǎo)引作用，路由的作用，而我們IP數(shù)據(jù)包的首部中有源地址和目的地址是必須的。） ?。?）實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。 （十五）IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程 路由器和結(jié)點(diǎn)交換機(jī)有些區(qū)別 （1）路由器是用來連接不同的網(wǎng)絡(luò)，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)只是在一個特定的網(wǎng)絡(luò)中工作 ?。?）路由器是專門用來轉(zhuǎn)發(fā)分組的，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)還可接上許多個主機(jī) ?。?）路由器使用統(tǒng)一的 IP 協(xié)議，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)使用所在廣域網(wǎng)的特定協(xié)議 ?。?）路由器根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址找出下一個路由器，而結(jié)點(diǎn)交換機(jī)則根據(jù)目的站所接入的交換機(jī)號找出下一跳（即下一個結(jié)點(diǎn)交換機(jī)）（備注：在路由表中，對每一條路由，最主要的是目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址） （十六）特定主機(jī)路由 （1）這種路由是為特定的目的主機(jī)指明一個路由 ?。?）采用特定主機(jī)路由可使網(wǎng)絡(luò)管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡(luò)和測試網(wǎng)絡(luò)，同時也可在需要考慮某種安全問題時采用這種特定主機(jī)路由（特定主機(jī)路由顧名思義在特定情況下使用，一般不用，因?yàn)樗容^占用路由器的資源） （十七）分組轉(zhuǎn)換算法 (1) 從數(shù)據(jù)報的首部提取目的站的 IP 地址 D, 得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為 N。 (2) 若網(wǎng)絡(luò) N 與此路由器直接相連，則直接將數(shù)據(jù)報交付給目的站 D；否則是間接交付，執(zhí)行(3) (3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4) (4) 若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N 的路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5) (5) 若路由表中有一個默認(rèn)路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6) (6) 報告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯 （十八）我要強(qiáng)調(diào)的是 （1）IP數(shù)據(jù)報的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的 IP 地址” ?。?）當(dāng)路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報，不是將下一跳路由器的 IP 地址填入IP數(shù)據(jù)報，而是送交下層的網(wǎng)絡(luò)接口軟件 （3）網(wǎng)絡(luò)接口軟件使用 ARP 負(fù)責(zé)將下一跳路由器的 IP 地址轉(zhuǎn)換成硬件地址，并將此硬件地址放在鏈路層的 MAC 幀的首部，然后根據(jù)這個硬件地址找到下一跳路由器 四、劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng) （一）劃分子網(wǎng)。從兩級 IP 地址到三級 IP 地址 在ARPANET 的早期，IP 地址的設(shè)計確實(shí)不夠合理 ?。?）IP 地址空間的利用率有時很低 （2）給每一個物理網(wǎng)絡(luò)分配一個網(wǎng)絡(luò)號會使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞 ?。?）兩級的 IP 地址不夠靈活 （二）三級的IP地址 （1）從 1985 年起在 IP 地址中又增加了一個“子網(wǎng)號字段”，使兩級的 IP 地址變成為三級的 IP 地址 ?。?）這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting) 。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議 （四）劃分子網(wǎng)的基本思路 （三級的） ?。?）劃分子網(wǎng)純屬一個單位內(nèi)部的事情。單位對外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò) ?。?）從主機(jī)號借用若干個比特作為子網(wǎng)號 subnet-id，而主機(jī)號 host-id 也就相應(yīng)減少了若干個比特 IP地址 = {<網(wǎng)絡(luò)號>, <子網(wǎng)號>, <主機(jī)號>} ?。?）凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個主機(jī)的 IP 數(shù)據(jù)報，仍然是根據(jù) IP 數(shù)據(jù)報的目的網(wǎng)絡(luò)號 net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器 （4）然后此路由器在收到 IP 數(shù)據(jù)報后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號 net-id 和子網(wǎng)號 subnet-id 找到目的子網(wǎng) ?。?）最后就將 IP 數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機(jī) （五）劃分子網(wǎng)后變成了三級結(jié)構(gòu) （1）當(dāng)沒有劃分子網(wǎng)時，IP 地址是兩級結(jié)構(gòu)，地址的網(wǎng)絡(luò)號字段也就是 IP 地址的“因特網(wǎng)部分”，而主機(jī)號字段是 IP 地址的“本地部分” ?。?）劃分子網(wǎng)后 IP 地址就變成了三級結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)只是將 IP 地址的本地部分進(jìn)行再劃分，而不改變 IP 地址的因特網(wǎng)部分 （六）子網(wǎng)掩碼（wildcard是通配符的意思，有些人瞎翻譯，非得叫什么掩碼，叫的這么神秘和高深而不能從字面意思來理解它） （1）從一個 I P數(shù)據(jù)報的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)的劃分 ?。?）使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分 ?。?）默認(rèn)的子網(wǎng)掩碼： A類：255.0.0.0；B類：255.255.0.0 ；C類：255.255.255.0 掩碼的作用： 子網(wǎng)掩碼是用來判斷任意兩臺計算機(jī)的IP地址是否屬于同一子網(wǎng)絡(luò)的根據(jù)。就是兩臺計算機(jī)各自的IP地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行與操作（AND）運(yùn)算后，如果得出的結(jié)果是相同的，則說明這兩臺計算機(jī)是處于同一個子網(wǎng)絡(luò)上的，可以進(jìn)行直接的通訊。 （七）使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程。 （1）在不劃分子網(wǎng)的兩級 IP 地址下，從 IP 地址得出網(wǎng)絡(luò)地址是個很簡單的事 ?。?）但在劃分子網(wǎng)的情況下，從IP地址卻不能惟一地得出網(wǎng)絡(luò)地址來，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址取決于那個網(wǎng)絡(luò)所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息 ?。?）因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應(yīng)的改動。 （八）在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法 (1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D (2) 先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和 D 逐比特相“與”，看是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址 匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則就是間接交付，執(zhí)行(3) (3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將分組傳送給指明的下 一跳路由器；否則，執(zhí)行(4) (4) 對路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和 D 逐比特相“與” 若其結(jié)果與該行的 目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則， 執(zhí)行(5) (5) 若路由表中有一個默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6) (6) 報告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯 五、無分類編址 CIDR （一）劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而在 1992 年因特網(wǎng)仍然面臨三個必須盡早解決的問題，這就是： （1）B 類地址在 1992 年已分配了近一半，眼看就要在 1994 年 3 月全部分配完畢 ?。?）因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項(xiàng)目數(shù)急劇增長（從幾千個增長到幾萬個） ?。?）整個IPv4 的地址空間最終將全部耗盡 （二）IP 編址問題的演進(jìn) （1）1987年，RFC 1009 就指明了在一個劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時使用幾個不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長子網(wǎng)掩碼 VLSM (Variable Length Subnet Mask)可進(jìn)一步提高 IP 地址資源的利用率 ?。?）在 VLSM 的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇 CIDR (Classless Inter-Domain Routing) （三）無分類的兩級編址 ?。?）無分類的兩級編址的記法是： IP地址= {<網(wǎng)絡(luò)前綴>, <主機(jī)號>} ?。?）CIDR還使用“斜線記法”(slash notation)，它又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特數(shù)（這個數(shù)值對應(yīng)于三級編址中子網(wǎng)掩碼中比特 1 的個數(shù)）。 ?。?）CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的 IP 地址組成“CIDR地址塊”。 （四）CIDR 地址塊 ?。?）128.14.32.0/20 表示的地址塊共有 212 個地址（因?yàn)樾本€后面的 20 是網(wǎng)絡(luò)前綴的比特數(shù)，所以主機(jī)號的比特數(shù)是 12） （2）這個地址塊的起始地址是 128.14.32.0 ?。?）在不需要指出地址塊的起始地址時，也可將這樣的地址塊簡稱為“/20 地址塊”。 （4）128.14.32.0/20 地址塊的最小地址：128.14.32.0 ?。?）128.14.32.0/20 地址塊的最大地址：128.14.32.255 ?。?）全 0 和全 1 的主機(jī)號地址一般不使用 |
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