【正文】 第三章第三章 IP業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)參考教材第三、四章參考教材第三、四章2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 2提綱n 網(wǎng) 際 互 連協(xié)議n IP編 址n IP數(shù)據(jù) 報(bào) 的格式n IP分 組 的 轉(zhuǎn)發(fā)n IP路由 協(xié)議n 多 協(xié)議標(biāo)簽 交 換n IP網(wǎng) 絡(luò)組 網(wǎng)和 規(guī) 劃2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 3IP 地址的引入n 實(shí)現(xiàn) 網(wǎng) 際 互 連 必 須 使用 統(tǒng) 一的地址形式n 沒(méi)有可以直接使用的物理地址系 統(tǒng)n 也不可能 對(duì)現(xiàn) 有 鏈 路技 術(shù) 的物理地址 進(jìn) 行修改n 必 須 在更高的 層 次上（網(wǎng) 絡(luò)層 ）來(lái) 實(shí)現(xiàn) 地址 統(tǒng) 一n IP 地址的引入n 在 TCP/IP 體系 結(jié) 構(gòu)中， 實(shí)現(xiàn) 不同網(wǎng) 絡(luò) 的網(wǎng) 際 互 連 是通 過(guò) IP 協(xié)議 完成的n 為 解決互 聯(lián) 網(wǎng) 絡(luò) （ Inter）中的 尋 址 問(wèn)題 ， IP 協(xié)議 定 義了在全網(wǎng)唯一的通用 32 位地址格式 —— IP 地址n IP 地址在網(wǎng) 絡(luò)層 上屏蔽了異種網(wǎng) 絡(luò) 之 間 物理地址等特性的差異，利于網(wǎng) 間 通信的 實(shí)現(xiàn)2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 4IPv4地址結(jié)構(gòu)Inter網(wǎng)絡(luò)Inter的概念層次網(wǎng)絡(luò)主機(jī)主機(jī) 主機(jī)主機(jī)子網(wǎng)主機(jī)網(wǎng)絡(luò) 子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)號(hào) 主機(jī)號(hào)IP 地址的概念結(jié)構(gòu)2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 5n IP 地址 長(zhǎng) 度 為 32bit，包括網(wǎng) 絡(luò) 號(hào)（網(wǎng) 絡(luò) 前 綴 ）和主機(jī)號(hào)n 不同的地址 類 型定 義 了地址中網(wǎng) 絡(luò) 號(hào)和主機(jī)號(hào)所占的位數(shù)n 利用地址 類 型，可快速區(qū)分出地址中的網(wǎng) 絡(luò) 號(hào)和主機(jī)號(hào)組播（ Multicast）地址1 01保留使用1 01111D類E類主機(jī)號(hào)網(wǎng)絡(luò)前綴241680主機(jī)號(hào)網(wǎng)絡(luò)前綴10主機(jī)號(hào)網(wǎng)絡(luò)前綴1 0115 23 310 1 2 3 4 5 6 7C類B類A類2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 6IP 地址表示法n IP 地址的表示法： “點(diǎn)分十 進(jìn) 制表示法 ”n采用 4 個(gè)小數(shù)點(diǎn)分開(kāi)的十 進(jìn) 制整數(shù)，每個(gè)整數(shù) 對(duì)應(yīng) 于地址中的一個(gè)字 節(jié) 。如， IP 地址 0xC0020304 可表示 為 。n 每個(gè)地址 類 的點(diǎn)分十 進(jìn) 制范 圍 A ~ B ~ C ~ 2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 7子網(wǎng)劃分n 分 類 地址 （ classful addess） 的缺陷：地址分配不 夠 靈活，地址空 間 消耗速度快， ……n 子網(wǎng)劃分技 術(shù) ：n 將 較 大的分 類 地址空 間 劃分成多個(gè)小的子網(wǎng)。n 劃分子網(wǎng)的方法是將 IP地址的主機(jī)號(hào)部分分成兩部分，高比特位部分用來(lái) 標(biāo)識(shí) 子網(wǎng)，剩余部分仍然作為 主機(jī)號(hào)。借用的主機(jī)比特?cái)?shù)據(jù)不同，得到的子網(wǎng)的大小也不同。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 8n 帶 子網(wǎng) 標(biāo)識(shí) 的 IP地址 結(jié) 構(gòu) 2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 9子網(wǎng)掩碼n 為 了區(qū)分一個(gè) IP地址的網(wǎng) 絡(luò) 部分（網(wǎng) 絡(luò) ＋子網(wǎng)）和主機(jī)部分，采用了子網(wǎng)掩 碼 的技 術(shù) 。n 子網(wǎng)掩 碼 是一個(gè) 32位的二 進(jìn) 制數(shù)，它指定了子網(wǎng) 標(biāo)識(shí) 和主機(jī)號(hào)的分界點(diǎn)，即 對(duì)應(yīng) IP地址網(wǎng)絡(luò) 號(hào)和子網(wǎng) 標(biāo)識(shí) 的位全部置 1，主機(jī)號(hào)部分全部置 0。將一個(gè) IP地址與它的掩 碼 相 “與 ”，得出的 結(jié) 果即 為該 IP地址所在的網(wǎng)段。n 子網(wǎng)劃分 時(shí) ，子網(wǎng)掩 碼 的位數(shù)可以根據(jù)需要確定。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 10子網(wǎng)掩碼145 13 0 0255 255 0 0255 255 255 0IPAddressDefaultSubMask8bitSubMaskNetwork HostNetwork HostNetwork Sub Host2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 11二 進(jìn) 制表示 10010011 00001100 00010001 00000001B類碼 正常掩 碼 11111111 11111111 00000000 00000000得出網(wǎng)段 10010011 00001100 00000000 00000000借 4bit主機(jī)位作 為 網(wǎng) 絡(luò) 號(hào)掩碼11111111 11111111 11110000 00000000子網(wǎng)號(hào) 為 10010011 00001100 00010000 00000000由 IP地址和子網(wǎng)掩碼計(jì)算子網(wǎng)地址2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 12案例 1Other subs20 subs5 hosts per subClass C address: 2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 13n 如果把 8個(gè) bit中的 5個(gè) bit作 為 掩 碼 ，最多可以容 納 32個(gè)子網(wǎng)符合要求。而剩下的 3個(gè) bit用作主機(jī)號(hào)，可以容 納 6個(gè)主機(jī)（主機(jī)號(hào)全 0代表本網(wǎng)段，全 1代表本網(wǎng)廣播地址）。n 子網(wǎng)掩 碼 是 n 子網(wǎng)號(hào)都是 8的倍數(shù)，如 , , , …… ,。n 子網(wǎng) 范 圍 ： （子網(wǎng)號(hào)） , ， ， ， ， ， .(子網(wǎng)廣播 )。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 14子網(wǎng)劃分的步驟n ① 確定需要多少個(gè)子網(wǎng)。n ② 確定需要多少個(gè)主機(jī)號(hào)來(lái) 標(biāo)識(shí) 每個(gè)子網(wǎng)上的每臺(tái)主機(jī)。n ③ 綜 合考 慮 子網(wǎng)數(shù)和子網(wǎng)中的主機(jī)數(shù)后，確定子網(wǎng)掩 碼 。n ④ 確定 標(biāo)識(shí) 每個(gè)子網(wǎng)的網(wǎng) 絡(luò) 號(hào)。n ⑤ 確定每個(gè)子網(wǎng)上可以使用的主機(jī)號(hào)范 圍 。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 15無(wú)分類編址 CIDRn 雖 然劃分子網(wǎng)方法是 對(duì) IP地址 結(jié) 構(gòu)有價(jià) 值 的擴(kuò) 充，但是它 還 要受到一個(gè)基本的限制：整個(gè)網(wǎng) 絡(luò) 只能有一個(gè)子網(wǎng)掩 碼 。因此，當(dāng)用 戶選擇 了一個(gè)子網(wǎng)掩 碼 (也就意味著每個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的主機(jī)數(shù)確定了 )之后，就不能支持不同尺寸的子網(wǎng)了。n 在 現(xiàn)實(shí) 世界中， 對(duì) 子網(wǎng)的要求是不一 樣 的，希望一個(gè) 組織 或網(wǎng) 絡(luò) 把其分成相同大小的子部分很不 現(xiàn)實(shí) 。因此，使用固定 長(zhǎng) 度的子網(wǎng)掩碼 會(huì) 導(dǎo) 致子網(wǎng)內(nèi) IP主機(jī)地址的浪 費(fèi) 。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 16n 考 慮 一個(gè)具有 C類 地址的 組織 ，它需要?jiǎng)澐?5個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng) 連 接的主機(jī)數(shù)分 別為 ： 60、60、 60、 30。n 如果 選擇 2bit的子網(wǎng)掩 碼 ， 則 可劃分 4個(gè)子網(wǎng)， 62個(gè)地址 /子網(wǎng)。（不行）n 如果 選擇 3bit的子網(wǎng)掩 碼 ， 則 可劃分 8個(gè)子網(wǎng)， 30個(gè)地址 /子網(wǎng)。（不行）n 怎么 辦 ？？？案例 22023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 17n 1987 年， RFC 1009 就指明了在一個(gè)劃分子網(wǎng)的網(wǎng) 絡(luò) 中可同 時(shí) 使用幾個(gè)不同的子網(wǎng)掩 碼 。使用 可 變長(zhǎng) 子網(wǎng)掩 碼 VLSM (Variable Length Sub Mask)可 進(jìn) 一步提高 IP 地址 資 源的利用率。n 利用 VLSM， 可把一個(gè)地址空 間 劃分 為 若干大小不同的子網(wǎng)。在地址分配 時(shí) ，可 實(shí)現(xiàn) 地址空 間容量與子網(wǎng)中主機(jī)的數(shù)量達(dá)到最佳的匹配。可變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 18案例 2解決辦法62主機(jī)62主機(jī)62主機(jī)30主機(jī)30主機(jī)2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 19CIDRn 在 VLSM 的基 礎(chǔ) 上又 進(jìn) 一步研究出無(wú)分 類編 址方法，它的正式名字是 無(wú)分 類 域 間 路由 選擇 CIDR (Classless InterDomain Routing)。 n CIDR將 VLSM概念 擴(kuò) 展到了 Inter的路由系 統(tǒng) 上。n 它允 許對(duì) 地址空 間進(jìn) 行 遞歸 分配，有 Inter注冊(cè)分配 給 高一 級(jí) 的 ISP，再由 該 ISP將某個(gè)子網(wǎng)分配 給 一個(gè)中等 規(guī) 模的ISP，依次 類 推，最后將一個(gè)更小的子網(wǎng)分配 給 公司的私有網(wǎng)絡(luò) 。n 公司可以使用 VLSM將 ISP分配 給 他 們 的地址空 間 分 為 更小的一些子網(wǎng)?？?見(jiàn) ： VLSM和 CIDR從概念上 講 是相同的，差 別僅僅 在于 規(guī) 模。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 20n CIDR消除了 傳統(tǒng) 的 A類 、 B類 、 C類 地址以及劃分子網(wǎng)的概念n CIDR使用各種 長(zhǎng) 度的 “網(wǎng) 絡(luò) 前 綴 ”(workprefix)來(lái)代替分 類 地址中的網(wǎng) 絡(luò) 號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。 n IP 地址從三 級(jí)編 址（使用子網(wǎng)掩 碼 ）又回到了兩級(jí)編 址。 CIDR 最主要的特點(diǎn) 2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 21n 無(wú)分 類 的兩 級(jí)編 址的 記 法是： IP地址 = {網(wǎng) 絡(luò) 前 綴 , 主機(jī)號(hào) }n 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(gè)斜 線 “/”，然后寫(xiě)上網(wǎng) 絡(luò) 前綴 所占的比特?cái)?shù)。n 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 ”。 無(wú)分類 的兩級(jí)編址 2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 22CIDR 地址塊 n （因 為 斜 線 后面的 20 是網(wǎng) 絡(luò) 前 綴 的比特?cái)?shù) ，所以主機(jī)號(hào)的比特?cái)?shù)是 12）。n 這 個(gè)地址 塊 的起始地址是 。n 在不需要指出地址 塊 的起始地址 時(shí) ，也可將 這樣 的地址 塊簡(jiǎn) 稱 為 “/20 地址 塊 ”。n ： n ： n 全 0 和全 1 的主機(jī)號(hào)地址一般不使用。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 23私有地址n 三個(gè)網(wǎng) 絡(luò) 地址范 圍 保留 為 內(nèi)部網(wǎng) 絡(luò) （私有網(wǎng)）使用，它 們 是：n 1 0 . 0 . 0 . 0 1 0 . 2 5 5 . 2 5 5 . 2 5 5n 1 7 2 . 1 6 . 0 . 0 1 7 2 . 3 1 . 2 5 5 . 2 5 5n 1 9 2 . 1 6 8 . 0 . 0 1 9 2 . 1 6 8 . 2 5 5 . 2 5 5n 不能用 這 些地址 訪問(wèn) Inter 。n 使用 這 些地址范 圍 的公司或者使用代理服 務(wù) 器或網(wǎng) 絡(luò) 地址 轉(zhuǎn)譯 器 (work address translator, NAT )作 為 Intra與 Inter的中介。2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 24提綱n 網(wǎng) 際 互 連協(xié)議n IP編 址n IP數(shù)據(jù) 報(bào) 的格式n IP分 組 的 轉(zhuǎn)發(fā)n IP路由 協(xié)議n 多 協(xié)議標(biāo)簽 交 換n IP網(wǎng) 絡(luò)組 網(wǎng)和 規(guī) 劃2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 25IP 協(xié)議：無(wú)連接的分組轉(zhuǎn)發(fā)n IP負(fù)責(zé) 源到宿的主機(jī) 間 的數(shù)據(jù) 報(bào)傳遞n IP 層 采用無(wú) 連 接的、盡力而 為 的機(jī)制，不能保 證傳輸 的正確性：不作 驗(yàn)證 、確 認(rèn) ，也不保 證 分 組傳輸 的 順 序2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 26IPv4 分組n IP 頭 —— 網(wǎng) 絡(luò)層 （ IP 協(xié)議 ）的 協(xié)議 控制 單 元n 傳輸頭 —— 傳輸層 （ TCP/UDP）的 協(xié)議 控制 單 元n 凈 荷 —— 承 載應(yīng) 用 層 的數(shù)據(jù)，可 變長(zhǎng) 度Data Link幀頭 傳輸層頭 UDP/TCPIP 頭 應(yīng)用數(shù)據(jù)版本號(hào)頭長(zhǎng)度服務(wù)類型分組總長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)標(biāo)志分段偏移生存時(shí)間協(xié)議分組頭校驗(yàn)和 源地址目的地址 選項(xiàng)最大 64K Bytes2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 27IP 分組的結(jié)構(gòu)n IP 分 組 的構(gòu)成：分 組頭 + 數(shù)據(jù)版本 V 頭長(zhǎng) HL標(biāo)識(shí)符 Identification 總長(zhǎng)度 TLEN服務(wù)類型 TOS分片偏移量 Offset標(biāo)志 Flag生存時(shí)間 TTL 協(xié)議 Protocol 分組頭校驗(yàn)和 Checksum源 IP 地址 Source 目的 IP 地址 DestinationIP 選項(xiàng) Option 填充 Pad數(shù)據(jù)：0 4 8 16 19 24 312023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 28IPv4 分組頭n 版本號(hào) （ Version） ： IPv4 和 IPv6，目前的版本 為 4n 分 組頭 的 長(zhǎng) 度 （ HL） 和分 組總長(zhǎng) 度 （ Total Length）n HL(4byte)： 給 出以 32bit 長(zhǎng)為單 位的 IP 分 組頭 的 長(zhǎng) 度n 典型的 IP 分 組頭 （不含 選項(xiàng) ） 長(zhǎng) 度 為 20 字 節(jié) ， HL = 5n TTL(16bit)： 以字 節(jié)為單 位的 IP 分 組 的 總長(zhǎng) 度n 總長(zhǎng) 度 = IP 分 組頭長(zhǎng) 度 + 數(shù)據(jù)區(qū) 長(zhǎng) 度n TTL 可表示的最大 長(zhǎng) 度（即 IP 分 組 的最大 長(zhǎng) 度） 為 65535 字 節(jié)2023/2/17 通信網(wǎng)基礎(chǔ) 29IPv4 分組頭n 協(xié)議類 型 （ PROTOCOL）n 8 位整數(shù)，指出數(shù)據(jù)區(qū)中承 載 的數(shù)據(jù)所采用的高 層協(xié)議n 協(xié)議類 型的 編碼