【正文】 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4110 0 目的網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 下一跳 接口 0 接口 1 R2 H1 子網(wǎng) 1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器） R1 1 R2 子網(wǎng) 2：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 H2 0 1 H3 子網(wǎng) 3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 【 例 44】 已知互聯(lián)網(wǎng)和路由器 R1 中的路由表。 使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4109 課件制作人：謝希仁 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) 若網(wǎng)絡(luò) N 與此路由器直接相連 ， 則把數(shù)據(jù)報(bào) 直接交付 目的主機(jī) D；否則是 間接 交付 ， 執(zhí)行 (3)。 ? 這種轉(zhuǎn)發(fā)方式在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有很少的對(duì)外連接時(shí)是很有用 的。 ? 可以想像，若按目的主機(jī)號(hào)來(lái)制作路由表，則所得出的路由表就會(huì)過(guò)于龐大。 這里不采用 CRC 檢驗(yàn)碼而采用簡(jiǎn)單的計(jì)算方法。 MF ? 0 表示最后一個(gè)分片。 1998 年這個(gè)字段改名為區(qū)分服務(wù)。 ? 路由器在和相鄰路由器交換路由信息時(shí)，必須把自己所在網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的子網(wǎng)掩碼告訴相鄰路由器。 ? 主機(jī)號(hào)全為” 1”的 IP地址稱為廣播地址，即因特網(wǎng)上的某主機(jī)可以使用廣播地址向因特網(wǎng)上的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有主機(jī)發(fā)送報(bào)文。 路由器的每一個(gè)接口都有一個(gè) 不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的 IP 地址。 (4) 所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào) 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 。 分兩個(gè)等級(jí)的好處是： ? 第一 ， IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào) ， 而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位自行分配 。 ? 如果主機(jī)（即端系統(tǒng)）中的進(jìn)程之間的通信需要是可靠的，那么就由網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)中的運(yùn)輸層負(fù)責(zé)（包括差錯(cuò)處理、流量控制等）。 ? 請(qǐng)注意，電路交換的電話通信是先建立了一條 真正的連接 。 ? 如果再使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無(wú)差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)。 ? 網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。 IP 地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī) （ 或路由器 ） 分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的 32 位的標(biāo)識(shí)符 。 這 種 主 機(jī) 稱 為 多 歸 屬 主 機(jī)(multihomed host)。 圖中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)就是 IP 地址中的 id 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛433 互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址 B . R1 . R3 R2 . LAN3 N3 N2 . . . N1 LAN2 LAN1 互聯(lián)網(wǎng) 路由器總是具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的 IP 地址。現(xiàn)在常不指明 IP 地址。主機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中往往不知道本網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，這時(shí)候若想向本網(wǎng)廣播，只能采用有限廣播技術(shù)，即使用有限廣播地址。 ? 在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長(zhǎng)度是可變的。 區(qū) 分 服 務(wù) 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛492 首 部 0 4 8 16 19 24 31 版 本 標(biāo)志 生 存 時(shí) 間 協(xié) 議 標(biāo) 識(shí) 區(qū) 分 服 務(wù) 總 長(zhǎng) 度 片 偏 移 填 充 首 部 檢 驗(yàn) 和 源 地 址 目 的 地 址 可 選 字 段 （長(zhǎng) 度 可 變） 位 首部長(zhǎng)度 數(shù) 據(jù) 部 分 固 定 部 分 可變 部分 標(biāo)志 (flag) 占 3 位，目前只有前兩位有意義。 片偏移以 8 個(gè)字節(jié)為偏移單位。 ? 實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用 。 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4103 特定主機(jī)路由 ? 這種路由是為特定的目的主機(jī)指明一個(gè)路由。 ? 當(dāng)路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào) ， 不是將下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 數(shù)據(jù)報(bào) ， 而是送交下層的網(wǎng)絡(luò)接口軟件 。 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4108 ? 在不劃分子網(wǎng)的兩級(jí) IP 地址下，從 IP 地址得出網(wǎng)絡(luò)地址是個(gè)很簡(jiǎn)單的事。 (4) 對(duì)路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“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)。 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4111 主機(jī) H1 要發(fā)送分組給 H2 0 目的網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 下一跳 接口 0 接口 1 R2 R1 的路由表（未給出默認(rèn)路由器） H1 子網(wǎng) 1： 網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 R1 1 R2 子網(wǎng) 2：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 H2 0 1 H3 子網(wǎng) 3：網(wǎng)絡(luò)地址 子網(wǎng)掩碼 要發(fā)送。 否則就是間接交付，執(zhí)行 (3)。 (5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由 ， 則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則 ， 執(zhí)行 (6)。 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4105 N1 R1 因特網(wǎng) 目的網(wǎng)絡(luò) 下一跳 N1 直接 N2 R2 默認(rèn) R1 路由表 N2 R2 只要目的網(wǎng)絡(luò)不是 N1 和 N2， 就一律選擇 默認(rèn)路由 ， 把數(shù)據(jù)報(bào)先間接交付路由器 R1， 讓 R1 再轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)路由器 。 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4101 網(wǎng) 1 網(wǎng) 4 網(wǎng) 3 網(wǎng) 2 目的主機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò) 下一跳地址 直接交付，接口 1 直接交付，接口 0 路由器 R2 的路由表 鏈路 4 鏈路 3 鏈路 2 鏈路 1 R2 R3 R1 0 1 R2 R3 R1 在路由表中，對(duì)每一條路由，最主要的是 （目的網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳地址） 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛4102 查找路由表 根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址就能確定下一跳路由器，這樣做的結(jié)果是： ? IP 數(shù)據(jù)報(bào)最終一定可以找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（可能要通過(guò)多次的間接交付）。 ? 增加首部的可變部分是為了增加 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的功能 ， 但這同時(shí)也使得 IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部長(zhǎng)度成為可變的 。 只有當(dāng) DF ? 0 時(shí)才允許分片。 總長(zhǎng)度必須不超過(guò)最大傳送單元 MTU。 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛471 ARP Operation System A System B Request Request I?m looking for the physical address of a node whose IP address is: Reply I am the node you are looking for and my physical address is: 00055D061418 ? System A has a packet that should be delivered to system B with IP address ? A uses the services of ARP by asking the ARP protocol to send a broadcast ARP request packet to ask for the physical address of a system whose IP address is ? This packet is received by every system on the physical work, but only B will answer it ? B sends an ARP reply packet that includes its physical address to A ARP request is broadcast ARP reply is unicast 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛472 Steps Involved in ARP Operation ARP process 1. The sender knows the IP address of the target 2. IP asks ARP to create a request ARP message. The target physical address field is filled with 0s 3. The message is passed to the data link layer where it is encapsulated in a frame. Source address: the physical address of the sender, destination address: the physical broadcast address 4. Every host or router receives the frame. The target machine recognizes the IP address and drop the packet 5. The target machine replies with an ARP message contains its physical address. The message is unicast 6. The sender receives the reply message. It now knows the physical address of the target machine 7. The IP datagram, which carries data for the target machine, is now encapsulated in a frame and is unicast to the destination 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛473 ARP Packet Hardware Type Protocol Type Hardware length Protocol length Operation Request1, Reply2 Sender hardware address Sender protocol address Target hardware address Target protocol address 00 01 08 00 06 04 00 02 00 05 5D 06 14 18 CA 73 0C 22 00 90 27 A7 98 41 CA 73 0C 3E 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛474 ARP Request Packet 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛475 ARP Reply Packet 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛476 Four Cases Using ARP: 1 Sender Case1: A host has a packet to send to another host on the same work Receiver Target IP address: Destination address in the IP datagram Host Host LAN 2022/3/13 第四章 網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)工程系 董剛477 Four Cases Using ARP: 2 Sender Case2: A host wants to send a packet to another host on another work Receiver Target IP address: IP add