IP协议及路由选择课件.ppt

1、1广东韶关学院信息工程学院广东韶关学院信息工程学院骆耀祖骆耀祖本章讨论本章讨论TCP/IPTCP/IP体系结构的网际层协议，介绍了体系结构的网际层协议，介绍了IP IP 地址子网和子网掩码等概念。本章还讨论了地址子网和子网掩码等概念。本章还讨论了路由选择及其原理，介绍了常用的几种动态选路路由选择及其原理，介绍了常用的几种动态选路协议以及无类型域间选路方面的知识。在设计网协议以及无类型域间选路方面的知识。在设计网络方案时，对络方案时，对IPIP协议有较深入的了解，将会有助协议有较深入的了解，将会有助于网络的规划设计。于网络的规划设计。5.1 网际层协议网际层协议 在在TCP/IPTCP/IP协议

2、族中，网际层大致对应协议族中，网际层大致对应OSIOSI模型的模型的网络层。网际层最主要的协议是网络层。网际层最主要的协议是IPIP协议，其基本协议，其基本功能是寻址和分片。功能是寻址和分片。IPIP协议处理了地址的问题，协议处理了地址的问题，将多个分组交换网络连接起来，在源地址和目的将多个分组交换网络连接起来，在源地址和目的地址之间传送数据报。地址之间传送数据报。IPIP提供对数据大小的重新提供对数据大小的重新组装功能，以适应不同网络对数据报大小的要求。组装功能，以适应不同网络对数据报大小的要求。5.1.1 IP地址地址 每台每台TCP/IPTCP/IP主机由一个逻辑主机由一个逻辑IPIP地

3、址确定。在地址确定。在Ipv4Ipv4中，每中，每个个IPIP地址的长度为地址的长度为3232位即位即4 4字节，由四个八位域（叫作字节，由四个八位域（叫作octetsoctets）组成。）组成。IPIP地址有二进制表示和点分十进制表示地址有二进制表示和点分十进制表示两种表示形式。使用点分十进制表示时，表示为两种表示形式。使用点分十进制表示时，表示为4 4个个0-0-255255之间的十进制数，每个之间的十进制数，每个OctetsOctets用句点分开。用句点分开。IPIP地址由网络号和主机号两部分组成。其中网络号标识地址由网络号和主机号两部分组成。其中网络号标识一个物理的网络，同一个网络上所

4、有主机具有同一个网一个物理的网络，同一个网络上所有主机具有同一个网络号，该号在互联网中是唯一的；而主机号确定网络中络号，该号在互联网中是唯一的；而主机号确定网络中的一个工作站、服务器、路由器或其它的一个工作站、服务器、路由器或其它TCP/IPTCP/IP主机。对主机。对于同一个网络号来说，主机号是唯一的。于同一个网络号来说，主机号是唯一的。1. IP 地址类型地址类型 将将 IP 地址按一定范围分配，称为将地址按一定范围分配，称为将 IP 地址分类。地址分类。图图 5.1 给出了四类给出了四类IP地址的结构。地址的结构。 A A类地址：类地址：A A 类地址用于非常大的网络或相关网络的集合，类

5、地址用于非常大的网络或相关网络的集合，拥有很大数量的主机，最高位为拥有很大数量的主机，最高位为0 0，紧跟的，紧跟的7 7位表示网络位表示网络号，余号，余2424位表示主机号，总共允许有位表示主机号，总共允许有126126个网络。个网络。B B类地址：类地址：B B 类地址用于超过类地址用于超过 254 254 个节点（但少于个节点（但少于6553465534个节点）的中等规模和大规模的网络中，最高两位总被个节点）的中等规模和大规模的网络中，最高两位总被置于二进制的置于二进制的1010，允许有，允许有1638416384个网络。因为个网络。因为 B B 类地址类地址的数量有限，通常只能用给一个

6、组织分配几个的数量有限，通常只能用给一个组织分配几个C C类地址的类地址的方法代替分配方法代替分配B B类地址。类地址。C C类地址：较小的组织可采用类地址：较小的组织可采用C C 类地址。类地址。C C 类地址高三位类地址高三位被置为二进制的被置为二进制的110110，允许大约，允许大约200200万个网络。每个网络万个网络。每个网络可有可有254254个节点。个节点。D类地址：被用于多播组用户，高四位总被置为类地址：被用于多播组用户，高四位总被置为1110，余，余下的位用于标明客户机所属的组。下的位用于标明客户机所属的组。E 类地址则被保留用类地址则被保留用于实验和开发。于实验和开发。 表

7、表 5.1各各IP类的地址范围类的地址范围 2. “保留”IP 地址因特网赋号管理局（因特网赋号管理局（Internet Assigned Internet Assigned Numbers AuthorityNumbers Authority，IANAIANA）已经在）已经在 A A、B B 和和 C C 类地址中保留了一些网络号，无需注册就可以使类地址中保留了一些网络号，无需注册就可以使用这些地址。表用这些地址。表5.2是保留是保留IP IP 地址的范围。对于地址的范围。对于那些完全没有连接到因特网的网络，可从使用这那些完全没有连接到因特网的网络，可从使用这些保留的网络地址。如果要实现对另

8、一个网络些保留的网络地址。如果要实现对另一个网络（如因特网）的访问，可将某个主机用作网关。（如因特网）的访问，可将某个主机用作网关。本地网络通过内部本地网络通过内部IP IP 地址来访问该网关，而外地址来访问该网关，而外部世界则通过其正式注册的地址（由互联网服务部世界则通过其正式注册的地址（由互联网服务供应商分配）知道该网关。供应商分配）知道该网关。表表5.2保留保留地址地址 3. 特殊的IP地址在在 TCP/IP TCP/IP 网络中有几个地址具有特殊含义：网络中有几个地址具有特殊含义：以零开头的地址表示当前网络中的本地节点。例如，以零开头的地址表示当前网络中的本地节点。例如，0.0.0.2

9、3 0.0.0.23 指当前网络中的指当前网络中的 23 23 号工作站。地址号工作站。地址 0.0.0.0 0.0.0.0 指当前工作站。指当前工作站。 将地址上所有位全置为将地址上所有位全置为 1 1（也就是值（也就是值 255255）代表）代表“所有所有地址地址”。所以，。所以，192.18.255.255 192.18.255.255 意味着将消息发送给意味着将消息发送给 192.18. 192.18. 网络上的所有节点；类似地，网络上的所有节点；类似地，255.255.255.255 255.255.255.255 意味着将消息发送给因特网上的每个节点。这些地址用意味着将消息发送给因

10、特网上的每个节点。这些地址用于多点广播消息和服务公告。于多点广播消息和服务公告。 因此，给系统分配节点号时，不要使用因此，给系统分配节点号时，不要使用 0 0 或或 255255，它们，它们都是保留数字，具有特殊含义。都是保留数字，具有特殊含义。在进行故障排除和网络诊断时，以在进行故障排除和网络诊断时，以 127 127 开头的开头的地址非常重要。形式上将网络地址块地址非常重要。形式上将网络地址块 127.x.x.x 127.x.x.x 定义为定义为 A A 类地址，保留了该地址块用于网络软类地址，保留了该地址块用于网络软件测试以及本机进程间通信，称为回送地址件测试以及本机进程间通信，称为回送

11、地址（loopbackloopback）。根据惯例，大多数系统把）。根据惯例，大多数系统把IPIP地址地址127.0.0.1127.0.0.1分配给这个接口，并命名为分配给这个接口，并命名为localhostlocalhost。一个传给内部回送地址的一个传给内部回送地址的IPIP数据报不能在任何网数据报不能在任何网络上出现。主机和网关不能为该地址广播任何寻络上出现。主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。径信息。5.1.2 IP协议的特征协议的特征和和基本功能基本功能 1. IP协议的特征（1 1）IPIP协议是无连接的协议是无连接的无需征得目的方无需征得目的方“同意同意” ” 即可向目的方发

12、送即可向目的方发送IPIP数据报。数据报。（2 2）IPIP协议的数据报传送服务是不可靠的协议的数据报传送服务是不可靠的因为省略了复杂的可靠性传输机制，所以因为省略了复杂的可靠性传输机制，所以IPIP协议能尽量协议能尽量高效率地进行传送，减轻了网关的负担，提高了网关的高效率地进行传送，减轻了网关的负担，提高了网关的吞吐率。吞吐率。（3 3）IPIP协议隐藏了网络细节协议隐藏了网络细节IPIP协议不关心具体物理网络是如何连接的，各个具体物协议不关心具体物理网络是如何连接的，各个具体物理网络所做的工作是将理网络所做的工作是将IPIP数据报转换成自己的协议所要数据报转换成自己的协议所要求的格式发送到

13、网络上；将网络上接收的数据报提交给求的格式发送到网络上；将网络上接收的数据报提交给IPIP，由，由IPIP进行分析和路由处理。对各种具体物理网络协进行分析和路由处理。对各种具体物理网络协议来说，议来说，IPIP数据报只不过是用户数据而已。数据报只不过是用户数据而已。2. IP的两个基本功能的两个基本功能 IPIP的两个基本功能是寻址和分片。的两个基本功能是寻址和分片。IPIP可以根据数可以根据数据报首部中包括的目的地址将数据报传送到目的据报首部中包括的目的地址将数据报传送到目的地址，在此过程中地址，在此过程中IPIP负责选择传送的道路，这种负责选择传送的道路，这种选择道路称为路由功能。如果有些

14、网络内只能传选择道路称为路由功能。如果有些网络内只能传送小数据报，送小数据报，IPIP可以将数据报重新组装并在报首可以将数据报重新组装并在报首部字段内注明。部字段内注明。IPIP模块中包括这些基本功能，这模块中包括这些基本功能，这些模块存在于网络中的每台主机和网关上，而且些模块存在于网络中的每台主机和网关上，而且这些模块（特别在网关上）有路由选择和其它服这些模块（特别在网关上）有路由选择和其它服务功能。对务功能。对IPIP来说，数据报之间没有什么联系。来说，数据报之间没有什么联系。图图 5.2 传输路径图传输路径图 （1）寻址IPIP主要处理地址的问题。主要处理地址的问题。IPIP模块将模块将

15、IPIP地址和本地网络地地址和本地网络地址加以映射，把名字和地址进行映射的工作由上层协议址加以映射，把名字和地址进行映射的工作由上层协议完成。完成。IPIP支持广域网和本地网接口技术，使用网络设备支持广域网和本地网接口技术，使用网络设备接口规范接口规范NDISNDIS向网络接口层提交帧。向网络接口层提交帧。在将网络地址和本地网络地址进行映射时，必须考虑在在将网络地址和本地网络地址进行映射时，必须考虑在网络主机地址和网络网络主机地址和网络/ /主机接口之间的映射。即有些主机主机接口之间的映射。即有些主机可能使用几个不同的可能使用几个不同的IPIP地址（可以把本地网络地址理解地址（可以把本地网络地

16、址理解为为MACMAC地址），例如某一台主机有几个处理端口，而每个地址），例如某一台主机有几个处理端口，而每个端口都有几个逻辑的端口都有几个逻辑的IPIP地址的情况，允许几个地址的情况，允许几个IPIP地址对地址对应一个接口。同时还应该考虑到一台主机有多个处理接应一个接口。同时还应该考虑到一台主机有多个处理接口，对于从不同路径收到的信息应该看作来自同一个口，对于从不同路径收到的信息应该看作来自同一个IPIP地址。地址。（2）分片和重组网络的最大传输单元网络的最大传输单元 MTUMTU（Maximum Transfer UnitMaximum Transfer Unit）是）是由物理网络硬件决定

17、的，它规定了在网络中传输的物理由物理网络硬件决定的，它规定了在网络中传输的物理帧的最大长度。任何时候帧的最大长度。任何时候IPIP层接收到一份要发送的层接收到一份要发送的IPIP数数据报时，它要判断向本地哪个接口发送数据（路由选据报时，它要判断向本地哪个接口发送数据（路由选择），并查询该接口获得其择），并查询该接口获得其MTUMTU。IPIP把把MTUMTU与数据报长度与数据报长度进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始进行比较，如果需要则进行分片。分片可以发生在原始发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。发送端主机上，也可以发生在中间路由器上。与由硬件决定的与由硬件决定的 MTUMT

18、U不同，不同，IPIP数据报大小是由软件所决数据报大小是由软件所决定的，在一定范围内可以任意选择。这样，可以通过选定的，在一定范围内可以任意选择。这样，可以通过选择适当的择适当的IPIP数据报大小来适应互联网中不同的数据报大小来适应互联网中不同的 MTUMTU。然而，假如以最大然而，假如以最大 MTUMTU作为数据报大小的上限，作为数据报大小的上限，则在则在 MTUMTU较小的网络上不能实现数据封装；假如较小的网络上不能实现数据封装；假如以最小以最小MTUMTU作为数据报的上限，则在作为数据报的上限，则在 MTUMTU较大的较大的网络上必然造成硬件能力的浪费。因此，网络上必然造成硬件能力的浪费

19、。因此，IPIP协议协议在确定数据报大小时，简单地以在确定数据报大小时，简单地以“方便方便”为原则。为原则。也就是说，在不超过版本本身规定的数据报大小也就是说，在不超过版本本身规定的数据报大小的前提下，的前提下，IPIP协议选择当前最合适的数据报大小协议选择当前最合适的数据报大小（所谓（所谓“合适合适”指在信源机所在物理网络上能进指在信源机所在物理网络上能进行最大限度封装）。同时，行最大限度封装）。同时，IPIP协议提供分片机制，协议提供分片机制，在在 MTUMTU较小的网络上，将数据报分成若干较小的较小的网络上，将数据报分成若干较小的部分进行传输。这种较小的部分叫作片。部分进行传输。这种较小

20、的部分叫作片。图图 5.3 数据报的分片情况数据报的分片情况 当当IPIP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的具有自己的IPIP首部，并在选择路由时与其他分组首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有可能会失序，但是在可能会失序，但是在IPIP首部中有足够的信息让接首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。收端能正确组装这些数据报片。MTUMTU大小的选择可以根据网络通信线路的质量来大小的选择可以根据网络通信线路的质量来考虑。如果通信线路的质量好，则可以选择考虑。如

21、果通信线路的质量好，则可以选择 MTUMTU较大一些，以提高网络效率。如果通信线路质量较大一些，以提高网络效率。如果通信线路质量较差，经常出现丢包或数据错误的情况，则较差，经常出现丢包或数据错误的情况，则 MTUMTU要小一些，一旦在需要数据重传时，重传的数据要小一些，一旦在需要数据重传时，重传的数据量会小一些，减轻了网络的负担。量会小一些，减轻了网络的负担。5.1.3 IP地址的规划地址的规划 如果只是设计企业或行业内部网，可采用保留如果只是设计企业或行业内部网，可采用保留IPIP地址。地址。如果要与其它网络互联，应该与其它网络的管理机构做如果要与其它网络互联，应该与其它网络的管理机构做好好

22、IPIP地址规划的协调工作。如果所设计的网络要连接地址规划的协调工作。如果所设计的网络要连接InternetInternet，则应向，则应向Internet Internet 服务提供商服务提供商ISPISP（Internet Internet Service ProviderService Provider）申请）申请IPIP地址。地址。在在IPIP地址规划工作中，一个网络实际上可能会有多个物地址规划工作中，一个网络实际上可能会有多个物理网段，把这些网段称之为子网。每个子网使用不同的理网段，把这些网段称之为子网。每个子网使用不同的网络号或子网号。划分网络的原因可能是：联网技术的网络号或子网号

23、。划分网络的原因可能是：联网技术的电气（物理层）限制、为了将网络功能逻辑地分成多个电气（物理层）限制、为了将网络功能逻辑地分成多个工作组、减少网络段负载或是需要用高速线路连接远程工作组、减少网络段负载或是需要用高速线路连接远程位置。所谓位置。所谓“划分子网划分子网”就是将大型的、实际的网络分就是将大型的、实际的网络分成较小的逻辑网络的过程。成较小的逻辑网络的过程。1. 确定网络中的物理段数量即子网数确定网络中的物理段数量即子网数 （1）以太网无论是采用同轴电缆还是采用双绞线，凡是通过集线器无论是采用同轴电缆还是采用双绞线，凡是通过集线器HUBHUB或以太网或以太网交换机相连接，能直接相互通信的

24、网上设备视为处在同一网络中。交换机相连接，能直接相互通信的网上设备视为处在同一网络中。（2）点对点网络点对点网络最常见的是点对点网络最常见的是DDNDDN网络或拨号网络，其上多运行网络或拨号网络，其上多运行SLIPSLIP、PPPPPP协议，这时候连线两端的两台机器构成一个独立的网络。图协议，这时候连线两端的两台机器构成一个独立的网络。图 5.45.4中中有三台机器，其中一台机器的两个串行口与另外一台机器相连，采有三台机器，其中一台机器的两个串行口与另外一台机器相连，采用用SLIPSLIP协议，这三台机器构成两个网络。协议，这三台机器构成两个网络。（3）X.25网络/帧中继网络虽然虽然X.25

25、/FRX.25/FR用户端设备（用户端设备（DTEDTE）都是接入电信系）都是接入电信系统的分组交换机，可以将其视为处在同一个网络统的分组交换机，可以将其视为处在同一个网络上（当然也可看成不同网络，视用户自己的需求上（当然也可看成不同网络，视用户自己的需求而定），因为不需要而定），因为不需要IPIP寻径，只需通过物理地址寻径，只需通过物理地址即可连接。即可连接。（4）互联网络的规划则该互联网络共有则该互联网络共有4 4个网络。然后就可根据网络个网络。然后就可根据网络号为设备分配号为设备分配IPIP地址。假设使用地址。假设使用A A类地址，则：类地址，则：5.1.4 子网和子网掩码子网和子网掩码

26、 上一节对互联网络上一节对互联网络IPIP地址的规划的讨论，主要是因为使用高速线路地址的规划的讨论，主要是因为使用高速线路连接远程位置或受到网络的电气（物理层）限制而划分网络的过程。连接远程位置或受到网络的电气（物理层）限制而划分网络的过程。在局域网中，有时为了将网络功能逻辑地分成多个工作组或为了减在局域网中，有时为了将网络功能逻辑地分成多个工作组或为了减少网络段的负载，常常也将大型的、实际的网络分成较小的逻辑网少网络段的负载，常常也将大型的、实际的网络分成较小的逻辑网络。网段划分的结果是使整个网络变成由一些小型子网块组成的网络。网段划分的结果是使整个网络变成由一些小型子网块组成的网络，从而易

27、于管理。这些较小的子网之间的通信通过网关和路由器络，从而易于管理。这些较小的子网之间的通信通过网关和路由器进行。如图进行。如图5.65.6所示。所示。IPIP地址的网络部分由地址的网络部分由IPIP地址类的网络位和子网信地址类的网络位和子网信息位组成。从表示主机的地址位中借用若干位表息位组成。从表示主机的地址位中借用若干位表示子网。例如要将一个示子网。例如要将一个 B B 类网络分成类网络分成 64 64 个单个单独的子网，需要借用主机地址的独的子网，需要借用主机地址的6 6位表示子网。位表示子网。B B类网络表示网络部分的位数是类网络表示网络部分的位数是 1616，再加上子网，再加上子网部分

28、的部分的 6 6 位，表示网络的共有位，表示网络的共有 22 22 位。这种划位。这种划分的初步结果是有分的初步结果是有 64-2=6264-2=62个网络，每个网络个网络，每个网络 1024-2=10221024-2=1022个节点。个节点。1. Internet地址解释TCP/IPTCP/IP上的每台主机都需要一个子网掩码。它是一个上的每台主机都需要一个子网掩码。它是一个4 4字节的地址，字节的地址，用来封装或用来封装或“屏蔽屏蔽”IPIP地址的一部分，以区分网络号和主机号。地址的一部分，以区分网络号和主机号。设置子网掩码实际上就是确定网络地址在何处结束以及主机地址在设置子网掩码实际上就是

29、确定网络地址在何处结束以及主机地址在何处开始。子网掩码是由全为何处开始。子网掩码是由全为“1 1”的网络部分和全为零的主机部信的网络部分和全为零的主机部信息组成。将息组成。将IPIP地址中的每一位与子网掩码中相应的位按逻辑地址中的每一位与子网掩码中相应的位按逻辑“与与”作比较，如果发现源作比较，如果发现源IPIP地址和目的地址和目的IPIP地址相地址相“与与”的结果相同，的结果相同，IPIP协议就知道数据报属于本地网上的某台主机；否则数据报将被送到协议就知道数据报属于本地网上的某台主机；否则数据报将被送到路由器上。路由器上。默认的子网掩码值用于一个还没有划分子网的网络。在它的默认的子网掩码值用

30、于一个还没有划分子网的网络。在它的4 4个字节个字节里，所有对应网络号的位都被置为里，所有对应网络号的位都被置为1 1，于是每个八位体的十进制值都，于是每个八位体的十进制值都是是255255；所有对就主机号的位都置为；所有对就主机号的位都置为0 0。例如：。例如：C C类网地址类网地址192.168.0.1192.168.0.1和相应的默认掩码是和相应的默认掩码是255.255.255.0255.255.255.0。当网络还没有划。当网络还没有划分为子网时，可以使用默认的子网掩码；当网络被划分为若干个子分为子网时，可以使用默认的子网掩码；当网络被划分为若干个子网时，就要使用自定义的子网掩码。网

31、时，就要使用自定义的子网掩码。2. 定义子网掩码确定了子网的划分方法后，就可按如下步骤定义确定了子网的划分方法后，就可按如下步骤定义子网掩码：子网掩码：（1 1）确定子网的数量及每子网的主机数，并将）确定子网的数量及每子网的主机数，并将子网的数量转换成二进制数。子网的数量转换成二进制数。（2 2）计算物理网段数（子网数）的二进制位数。）计算物理网段数（子网数）的二进制位数。（3 3）以高位顺序（从左到右）将这个反码转换）以高位顺序（从左到右）将这个反码转换成相应的十进制值。成相应的十进制值。3. 确定子网号子网号与子网掩码的位数相同。子网号与子网掩码的位数相同。（1 1）列出子网号按高到低的顺

32、序使用的位数。）列出子网号按高到低的顺序使用的位数。（2 2）将最低的一位）将最低的一位1 1转换成十进制，用这个值来定义子转换成十进制，用这个值来定义子网的增量。网的增量。（3 3）用这个增量迭加从）用这个增量迭加从0 0开始的子网号，直到下一个值开始的子网号，直到下一个值为为256256。4. 确定子网中的主机号范围从上面的例子看出，一旦定义了子网号，就已经确定了从上面的例子看出，一旦定义了子网号，就已经确定了每个子网的主机号范围。在做每次增量后得出的值表明每个子网的主机号范围。在做每次增量后得出的值表明了子网中主机号范围的起始值。了子网中主机号范围的起始值。5. 子网示例子网示例 一个一

33、个 C C 类网类网192.168.1.0由下列信息组成：由下列信息组成：NNNNNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHHNNNNNNNN.NNNNNNNN.NNNNNNNN.HHHHHHHH其中：其中：N = N = 网络，网络，H = H = 主机。每一位置表示主机。每一位置表示 32 32 位地址空间中的一位地址空间中的一位。如果将这个位。如果将这个 C C 类网取出类网取出m m位给子网，可形成位给子网，可形成2 2m m-2-2个子网。因此，个子网。因此，当当m=2m=2时可形成时可形成2 2个子网。掩码如下：个子网。掩码如下：11111111.11111111

34、.11111111.1100000011111111.11111111.11111111.11000000如果用十进制数和点符号表示（即如果用十进制数和点符号表示（即点分四组（点分四组（dotted quaddotted quad）这个）这个地址，则子网掩码是地址，则子网掩码是 255.255.255.192255.255.255.192。该掩码用于这个特定网络。该掩码用于这个特定网络中所有子网上的节点之间的通信。中所有子网上的节点之间的通信。相反，如果从相反，如果从 IP IP 地址的主机部分取出三位，则其网络掩码如下：地址的主机部分取出三位，则其网络掩码如下：11111111.111111

35、11.11111111.1110000011111111.11111111.11111111.11100000该子网掩码是该子网掩码是 255.255.255.224255.255.255.224。可以使用的子网络有。可以使用的子网络有6 6个个（192.168.1.0和和192.168.1.224与原来的网络或子网掩码相同，与原来的网络或子网掩码相同，不能使用）。每一个网络可有不能使用）。每一个网络可有3030个节点。（本应该是个节点。（本应该是 32 32 个，但由个，但由于全为于全为 1 1 和全为和全为 0 0 是不合法的主机地址，所以不能使用）。是不合法的主机地址，所以不能使用）。表

36、表 5.3子网示例的可用地址子网示例的可用地址5.1.5 可变长子网掩码可变长子网掩码 上面的子网划分有一个缺点：子网掩码一经选定，网络上面的子网划分有一个缺点：子网掩码一经选定，网络地址的数目被限制在一个固定的范围内。如果一个组织地址的数目被限制在一个固定的范围内。如果一个组织有几个相对大的子网，而又有一些相对较小的子网，每有几个相对大的子网，而又有一些相对较小的子网，每个子网大概只有几台计算机。如果将一个个子网大概只有几台计算机。如果将一个C C类地址分成类地址分成6 6个子网（每个子网可以包含个子网（每个子网可以包含3030台计算机）。大的子网基台计算机）。大的子网基本上完全利用了本上完

37、全利用了IPIP地址范围，但是小的子网却造成了许地址范围，但是小的子网却造成了许多多IPIP地址的浪费。地址的浪费。为了避免为了避免IPIP浪费，出现了允许应用不同大小的子网掩码浪费，出现了允许应用不同大小的子网掩码来对来对IPIP地址空间进行子网划分的解决方案。这种新的方地址空间进行子网划分的解决方案。这种新的方案就叫作可变长子网掩码案就叫作可变长子网掩码VLSMVLSM（Variable Length Variable Length Subnet MaskingSubnet Masking）。）。VLSMVLSM用一个十分直观的方法来表示，那就是在用一个十分直观的方法来表示，那就是在IPI

38、P地址后地址后面加上面加上“/ /网络号及子网络号编址位数网络号及子网络号编址位数”来表示。例如：来表示。例如：193.168.125.0/27193.168.125.0/27，就表示前，就表示前2727位表示网络号。位表示网络号。5.1.6 下一代的下一代的IP 由由 IPv4 IPv4 到到IPv6IPv6的改变主要集中在以下几个方面：的改变主要集中在以下几个方面：（1）地址容量的扩展IPv6IPv6把把 IP IP 地址的大小从地址的大小从3232位增至位增至128128位，可以支持更多的地址层次，位，可以支持更多的地址层次，更大数量的节点，地址自动配置更简单。更大数量的节点，地址自动配

39、置更简单。（2）首部格式的简化 一些一些 IPv4 IPv4 首部字段被删除或者成为可选字段，减少了一般情况下首部字段被删除或者成为可选字段，减少了一般情况下数据报的处理开销以及数据报的处理开销以及IPv6IPv6首部占用的带宽。首部占用的带宽。 （3）支持扩展和选项的改进IP IP 首部选项编码方式的修改导致更加高效的传输，在选项长度方面首部选项编码方式的修改导致更加高效的传输，在选项长度方面更少的限制，以及将来引入新的选项时更强的适应性。更少的限制，以及将来引入新的选项时更强的适应性。 （4）数据流标签的能力加入一个新的能力，使得那些发送者要求特殊处理的属于特别的传加入一个新的能力，使得那

40、些发送者要求特殊处理的属于特别的传输输“流流”的数据报可贴上的数据报可贴上“标签标签”，如非默认质量服务或，如非默认质量服务或 “ “实时实时”服务。服务。 （5）认证和保密的能力 在在IPv6IPv6中说明了为支持认证、数据完整性以及数据保密（可选）的中说明了为支持认证、数据完整性以及数据保密（可选）的扩展。扩展。2. IPv4向向IPv6的过渡的过渡尽管尽管IPv6IPv6比比IPv4IPv4具有明显的先进性，在短时间内要将具有明显的先进性，在短时间内要将InternetInternet和各个企业网络中的所有系统全部从和各个企业网络中的所有系统全部从IPv4IPv4升级升级到到IPv6IP

41、v6是不可能的。为此，做为是不可能的。为此，做为IPv6IPv6研究工作的一个部研究工作的一个部分，分，IETFIETF制定了推动制定了推动IPv4IPv4向向IPv6IPv6过渡的方案，其中包括过渡的方案，其中包括三个机制：兼容三个机制：兼容IPv4IPv4的的IPv6IPv6地址、双地址、双IPIP协议栈和基于协议栈和基于IPv4IPv4通道的通道的IPv6IPv6。（1)1)兼容兼容IPv4IPv4的的IPv6IPv6地址是一种特殊的地址是一种特殊的IPv6IPv6单点广单点广播地址，一个播地址，一个 IPv6IPv6节点与一个节点与一个IPv4IPv4节点可以使用这种地节点可以使用这种

42、地址在址在IPv4IPv4网络中通信。这种地址是由网络中通信。这种地址是由9696个个0 0位加上位加上3232位位IPv4IPv4地址组成的，例如，假设某节点的地址组成的，例如，假设某节点的IPv4IPv4地址是地址是192.56.1.1192.56.1.1，那么兼容，那么兼容IPv4IPv4的的IPv6IPv6地址就是：地址就是： 0 0： 0 0：0 0：0 0：0 0：0 0：C038C038：101101。（2)2)双双IPIP协议栈是在一个系统（如一个主机或一个路由协议栈是在一个系统（如一个主机或一个路由器）中同时使用器）中同时使用IPv4IPv4和和IPv6IPv6两个协议栈。这

43、类系统既拥两个协议栈。这类系统既拥有有IPv4IPv4地址，也拥有地址，也拥有IPv6IPv6地址，因而可以收发地址，因而可以收发IPv4IPv4和和IPv6IPv6两种两种IPIP数据报。也就是用两套，需要使用数据报。也就是用两套，需要使用IPv4IPv4的时的时候就使用候就使用IPv4IPv4，需要使用，需要使用IPv6IPv6的时候就使用的时候就使用IPv6IPv6。（3) 3) 基于基于IPv4IPv4通道的通道的IPv6IPv6是一种更为复杂的技术，是一种更为复杂的技术，它是将整个它是将整个IPv6IPv6数据报封装在数据报封装在IPv4IPv4数据报中，由此实现数据报中，由此实现在

44、当前的在当前的IPv4IPv4网络（如网络（如InternetInternet）中）中IPv6IPv6节点与节点与IPv4IPv4节节点之间的点之间的IPIP通信。基于通信。基于IPv4IPv4通道的通道的IPv6IPv6实现过程分为三实现过程分为三个步骤：封装、解封和通道管理。封装，是指由通道起个步骤：封装、解封和通道管理。封装，是指由通道起始点创建一个始点创建一个IPv4IPv4首部，将首部，将IPv6IPv6数据报装入一个新的数据报装入一个新的IPv4IPv4数据报中。解封，是指由通道终节点移去数据报中。解封，是指由通道终节点移去IPv4IPv4首部，首部，还原原始的还原原始的IPv6I

45、Pv6数据报。通道管理，是指由通道起始点数据报。通道管理，是指由通道起始点维护通道的配置信息。维护通道的配置信息。当进行通信的两个主机都有兼容当进行通信的两个主机都有兼容IPv4IPv4的的IPv6IPv6地址地址时，数据发送方主机将建立一个主机对主机通道。时，数据发送方主机将建立一个主机对主机通道。通道起始点（数据发送方主机）确定数据接收方通道起始点（数据发送方主机）确定数据接收方主机就是通道终节点，并自动从其兼容主机就是通道终节点，并自动从其兼容I Pv4I Pv4的的IPv6IPv6地址中抽取后地址中抽取后3232个地址位以确定通道终节点个地址位以确定通道终节点的的IPv4IPv4地址，

46、这种类型的通道被称为自动通道地址，这种类型的通道被称为自动通道（automated tunnelingautomated tunneling）。）。双双IPIP协议栈和基于协议栈和基于IPv4IPv4的的IPv6IPv6网络使网络使IPv4IPv4网网络能够以可控的速度向络能够以可控的速度向IPv6IPv6迁移。在开始向迁移。在开始向IPv6IPv6过渡之前，首先必须设置一个同时支持过渡之前，首先必须设置一个同时支持IPv4IPv4和和IPv6IPv6的新的的新的DNSDNS服务器。服务器。5.2 地址解析与动态主机配置地址解析与动态主机配置 IPIP地址将网络地址隐藏起来，使地址将网络地址隐

47、藏起来，使IPIP表现出统一的表现出统一的地址格式。但在实际进行通讯时，地址格式。但在实际进行通讯时，IPIP地址是不能地址是不能被物理层所识别的，物理网络所使用的依然是物被物理层所识别的，物理网络所使用的依然是物理地址。因此必须对地址进行转换或映射。地址理地址。因此必须对地址进行转换或映射。地址之间的映射叫地址解析（之间的映射叫地址解析（resolutionresolution）。地址解）。地址解析包括从析包括从IPIP地址到物理地址的映射和从物理地址地址到物理地址的映射和从物理地址到到IPIP地址的映射。地址的映射。5.2.1 物理地址解析物理地址解析 数据链路如以太网或令牌环网都有自己的

48、寻址机数据链路如以太网或令牌环网都有自己的寻址机制（常常为制（常常为48bit48bit地址），这是使用数据链路的地址），这是使用数据链路的任何网络层都必须遵从的。要在网络上通信，主任何网络层都必须遵从的。要在网络上通信，主机就必须知道对方主机的硬件地址。所谓地址解机就必须知道对方主机的硬件地址。所谓地址解析就是将析就是将32bit32bit的的IPIP地址映射为数据链路层使用地址映射为数据链路层使用的硬件地址的机制和过程。地址解析协议的硬件地址的机制和过程。地址解析协议ARPARP（Address Resolution ProtocolAddress Resolution Protocol）

49、把）把IPIP地址解地址解析成析成MACMAC地址（例如地址（例如48bit48bit的以太网地址）。的以太网地址）。1. 解释本地解释本地IP地址地址 在在图在在图 5.75.7中的网络上，中的网络上，A A（信源机）要与（信源机）要与B B（信宿机）进行通信，（信宿机）进行通信，但不知道但不知道B B的物理地址。的物理地址。A A主机利用主机利用ARPARP协议，将本地网络中的协议，将本地网络中的B B主机主机的的IPIP地址解析为硬件地址。步骤如下：地址解析为硬件地址。步骤如下：（1 1）A A主机初始化主机初始化ARPARP请求。当确定是本地请求。当确定是本地IPIP地址时，源主机在地

50、址时，源主机在ARPARP缓存中查找目标主机的硬件地址。缓存中查找目标主机的硬件地址。（2 2）若主机）若主机A A的的ARPARP缓存内无此信息，则主机缓存内无此信息，则主机A A会发送一个请求会发送一个请求ARPARP的的广播包，此包内包含着其欲通信的主机的广播包，此包内包含着其欲通信的主机的IPIP地址，也就是主机地址，也就是主机B B的的IPIP地址。地址。（3 3）本地网上的每个主机都收到广播并寻找相符的）本地网上的每个主机都收到广播并寻找相符的IPIP地址。地址。（4 4）当主机）当主机B B收到此广播包后，会将自己的硬件地址利用响应收到此广播包后，会将自己的硬件地址利用响应ARP