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第四章 IP 协议与网络互联

第四章 IP 协议与网络互联. 本章内容. IP 互联网的工作原理 IP 协议和 IP 地址 子网和子网划分（重点理解） IP 数据报 ARP 协议、 RARP 协议和 DHCP 协议 ICMP 协议 路由原理及路由协议. 4.1.IP 互联网. 网络要求互联. 网络发展初期. 网络要求互联. 4.2.IP 互联网和 IP 协议. 4.2. 要求理解 IP 协议的特征 IP 互联网的工作机理. IP （ Internet Protocol ）互联网是当前最通用的互联网络，它是使用 IP 协议构建的

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第四章 IP 协议与网络互联

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Presentation Transcript

  1. 第四章 IP协议与网络互联

  2. 本章内容 • IP互联网的工作原理 • IP协议和IP地址 • 子网和子网划分（重点理解） • IP数据报 • ARP 协议、RARP协议和DHCP协议 • ICMP协议 • 路由原理及路由协议

  3. 4.1.IP互联网 网络要求互联 网络发展初期

  4. 网络要求互联

  5. 4.2.IP互联网和IP协议 • 4.2. 要求理解 • IP协议的特征 • IP互联网的工作机理

  6. IP（Internet Protocol）互联网是当前最通用的互联网络，它是使用IP协议构建的 • IP定义了统一的地址表示法——IP地址和统一的数据表示法——I P数据报，使得各种物理网络以及各种帧格式的差异性对高层协议不复存在。

  7. 4.2.1.IP协议的特征 • IP协议是无连接的

  8. IP协议的数据报传送服务是不可靠的 • 不能保证IP数据报能成功地到达目的地 。 • 省略了复杂的可靠性传输机制，所以IP协议能尽量高效率地进行传送，减轻了网关的负担，提高了网关的吞吐率。 • 有可靠性方面的要求，必须使用上层的协议（如TCP）或自己编写软件去完成。

  9. 4.2.2.IP互联网的工作机理

  10. 主机A的应用层将该数据经传输层送到IP层 • 主机A的IP层将该数据封装成IP数据包，进行路由选择，最终决定将他投递到路由器X；

  11. 应用层产生的原始数据包 IP数据包

  12. 主机A把IP数据交给以太网控制程序，以太网控制程序负责将数据报封装成以太网祯，传递到路由器X；主机A把IP数据交给以太网控制程序，以太网控制程序负责将数据报封装成以太网祯，传递到路由器X； • 路由器X的以太网控制程序接受到主机A发送的祯，将该信息送到IP层处理；

  13. IP数据包 以太网祯

  14. 路由器X的IP层对该IP数据包进行拆封和处理，经过路由选择得知该数据包必须穿越广域网才能到达目的地；路由器X的IP层对该IP数据包进行拆封和处理，经过路由选择得知该数据包必须穿越广域网才能到达目的地； • 路由器X对数据包再次封装为广域网桢，并送到广域网控制程序；

  15. 广域网控制程序负责将广域网桢从路由器X传递到路由器Y广域网控制程序负责将广域网桢从路由器X传递到路由器Y

  16. 4.2.3.互联层协议

  17. IP协议 • 地址转换协议（ARP， Address Resolution • Protocol）。ARP协议把 IP地址解析成 MAC地址。 • 反向地址转换协议（RARP， Reverse Address Resolution Protocol）。RARP用于从物理地址到IP地址的转换。

  18. Internet控制报文协议（ICMP， Internet Control Message Protcol）。ICMP协议的作用是主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。

  19. 4.3.IP地址 • 理解 • IP地址的结构和各部分含义

  20. IP地址的作用 • 每一种网络中，网络节点的地址标识法是不一样的。 以太网的物理地址采用48bit表示，而电话网则采用14位十进制表示 • 为此，在互联网中，需要一个通用的地址格式。

  21. 4.3.2.IP地址的组成 • 互联网的多层结构决定了IP地址的多层结构

  22. IP协议规定： • IP地址的长度为32bit（4个字节）。可以采用点分十进制表示。每个字节表示为从0～255的十进制数，字节之间用点号分隔。 • 例如，IP地址“10100110 01101111 00000100 01100100” 用点分十进制表示法就是“166.111.4.100” 。

  23. 每个IP地址都由两部分组成： 网络号（NetID）和主机号(HostID)

  24. IP协议规定了IP地址分为A-E五类

  25. A类：最高位“0”后7位做网络号，24位做主机号 A类：最高位“0”后7位做网络号，24位做主机号 B类：最高位“10”后14位做网络号，16位做主机号 C类：最高位“110”后21位做网络号，8位做主机号 D类：组播地址 E类：保留，为扩展用

  26. 4.3.3几个特殊的IP地址 • 网络地址TCP/IP协议规定，各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。如202.93.120.0 • 广播地址 TCP/IP规定，主机号全为"1"的网络地址用于广播之用，叫做广播地址。所谓广播，指同时向同一子网所有主机发送报文。

  27. 回送地址A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopback address）。无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。含网络号127的分组不能出现在任何网络上。

  28. 保留IP地址 TCP/IP协议规定了三类局域网保留IP地址，这三个地址段分别是: 10.x.x.x、172.16. x.x、192.168. x.x（X在0～255之间，注意实际用时网络号部分不能为全0或全1）。这些IP地址可以在一个局域网内部使用，但直接以这样的内网地址连接到Internet是不行的。 　　为此，当内部的机器与外部的机器连接时，需要先通过有合法外网地址的主机把内网IP地址转换为合法的外网IP地址，这就是网络地址转换（Network Address Translation），简称NAT。

  29. 比如，连接外网的电脑或设备，通过固定或动态获取得到了一个合法的IP地址，如219.254.38.180，它还需要有一个网络内部的地址比如192.168.0.1，用来充当其他电脑的网关。如果局域网内部的一台电脑IP地址是192.168.0.2：4000（4000是它的端口号），想访问Internet上某个主机，比如，连接外网的电脑或设备，通过固定或动态获取得到了一个合法的IP地址，如219.254.38.180，它还需要有一个网络内部的地址比如192.168.0.1，用来充当其他电脑的网关。如果局域网内部的一台电脑IP地址是192.168.0.2：4000（4000是它的端口号），想访问Internet上某个主机，

  30. 192.168.0.2：4000的请求先传到主机192.168.0.1上，主机把这个IP地址转换为219.254.38.180：9000。然后以端口号为9000的这个IP地址向Internet上的那个主机发出请求，回答的数据流则传回给主机219.254.38.180：9000，主机接收到数据后，会查找与9000这个端口号相关联的内部IP地址，当它发现是192.168.0.2：4000后，就把数据传给192.168.0.2：4000，这样，IP地址的转换就完成了。 192.168.0.2：4000的请求先传到主机192.168.0.1上，主机把这个IP地址转换为219.254.38.180：9000。然后以端口号为9000的这个IP地址向Internet上的那个主机发出请求，回答的数据流则传回给主机219.254.38.180：9000，主机接收到数据后，会查找与9000这个端口号相关联的内部IP地址，当它发现是192.168.0.2：4000后，就把数据传给192.168.0.2：4000，这样，IP地址的转换就完成了。

  31. 4.4.子网和子网掩码 • 理解 • 子网的表示方法 • 子网掩码的意义

  32. 4.4.子网和子网掩码 4.4.1.子网编址方法 • 在局域网中，有时为了管理的需要，将一个标准的IP网络划分多个小的IP子网。如可将一个A类网络分成256个B类大小的子网（subnet）。

  33. 例如一个B类网络，可以把主机地址中前8位用来表示子网地址，后8位留作主机地址 这样就允许有254个子网，每个子网可以有254台主机。

  34. 每一个子网都有自己的网络地址和广播地址。子网的网络地址和广播地址的规则与前面讲到的网络地址和广播地址类似。用主机号全“0”表示子网的网络地址；用主机号全“1”表示子网的广播地址。子网的内的有限广播只会被同一子网内的机器收到，不会传到其他子网。每一个子网都有自己的网络地址和广播地址。子网的网络地址和广播地址的规则与前面讲到的网络地址和广播地址类似。用主机号全“0”表示子网的网络地址；用主机号全“1”表示子网的广播地址。子网的内的有限广播只会被同一子网内的机器收到，不会传到其他子网。 • 子网之间不能直接通信，要通过网关和路由器来转发。

  35. 4.4.2.子网表示法 在划分了子网后，因为借用了一部分主机号作为子网编号，所以已经不能根据IP地址的类型来判断网络号的长度了。 为了解决这个问题，IP协议使用了子网掩码。

  36. 子网掩码（mask）是一个32bit的数，与IP地址等长，一般由连续的”1”和连续的“0”组成。 • IP规定，用IP地址和子网掩码一起表示一个节点的地址。子网掩码中“1”对应的部分表示网络号，“0”对应的部分表示主机号。

  37. 对于标准的A、B、C三类网络来说，它们都有自己默认的子网掩码

  38. 例：11111111 11111111 11100000 00000000 =255. 255. 224. 0

  39. 4.4.3.子网规划 为了合理划分和管理子网，必须进行子网规划。规划子网要完成两个任务： 第一，确定子网掩码 第二，确定子网编号。

  40. 一、确定子网掩码 • 实际上就是要确定子网号和主机号部分的长度 产生足够的子网 足够的主机数量 n • 子网数=2 -2（n表示用于子网编号的长度，全“0”和 全“1”不能用于子网编号） m • 最大主机容量=2 -2（m表示主机编号长度）

  41. 例：在一个B类网络128.16.0.0中，划分四个 子网，四个子网的主机数分别是60，33，180，300。 经过分析，应该借用的子网编号长度n>=3；用 m 于主机编号的长度m必须满足 2 >=300，所以 m>=9。由于标准B类网络的主机号部分为16位长，所以够用。 取n=3

  42. 二、确定子网编号 可以从“001”、“010”、“011”、“100”、“101”、“110”六个数字中任取3个数字作为3个子网的编号。

  43. 第一个子网的网络地址等于128.16.32.0，网络地址等于128.16.63.255；第一个子网的网络地址等于128.16.32.0，网络地址等于128.16.63.255； • 第二个子网的网络地址等于128.16.64.0，网络地址等于128.16.95.255； • 第一个子网的网络地址等于128.16.96.0，网络地址等于128.16.127.255

  44. 4.5.IP数据报 • IP的主要功能是在互联网上将数据以IP数据报的形式从一台主机传到另一台主机，中间可能要穿越若干个物理网络。在不同的网络之间，通过路由器来传递数据报。

  45. 4.5.1.数据报格式 IP数据报是Internet的基本传送单元 包括数据报报头和数据区两部分

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