5-网络层(3)

• 为了能发生路由聚合，必须通过分配地址使它们具有拓 扑的意义。
– 172.16.156.0/23, 172.16.146.0/23, 172.16.144.0/23, 172.16.158.0/23, 172.16.148.0/23可以聚合成172.16.144.0/20 – 而172.16.111.0/24, 172.16.135.0/24, 172.16.242.0/24, 172.16.177.0/24, 172.16.109.0/24则不行。
• 超网的子网掩码：
– 长度小于被聚合的 C 类网络的子网掩码的长度；也就是说， 超网的子网掩码小于 24 位。
21
超网的例子
192.18.0.0/24 192.18.1.0/24 192.18.0.0/20 : 192.18.15.0/24
通告 192.18.0.0/20 路由 器
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地址按地理区域（zone）分配
• C部门：500台机器
– 1000 1100.0001 1001.0000 0100.0000 0000 – 140.25.4.0/23 子网号140.25.4.0~140.24.5.255 – 1111 1111.1111 1111.1111 1110.0000 0000: 255.255.254.0 子网掩码
17
无类别域间路由CIDR （Classless Inter-Domain Routing）
• 产生原因：
– B类地址将在1994年耗尽 – 主干网上路由表中的项目数急剧增长 – 地址空间将耗尽
• 1993年形成CIDR的RFC：RFC1517~1520 • 特点：
– 消灭传统分类地址及子网划分的概念。使用“网络前 缀”的概念，使得IP地址从3级又回到2级，仍使用“/” 表示法。 – 将网络前缀相同的连续IP地址组成“CIDR地址块”，路 由的聚合。
– A类地址，网络前缀为8位，也记为：具体IP地址/8 – B类地址，网络前缀为16位，也记为：具体IP地址/16 – C类地址，网络前缀为24位，也记为：具体IP地址/24
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各类型IP地址的范围
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各类型IP地址中的网络和主机数 目 • A类地址 及IP地址范围
– 网络数：27-2=126， （全0和全1保留） – 每个网络中的主机数：224-2=16 777 214（全0和全1保留） – IP地址范围：1.xxx.xxx.xxx~126.xxx.xxx.xxx
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子网划分的例子
• X公司有B类地址140.25.0.0/16。A部门有250台机器。B部门250台机 器，C部门500台机器，D部门2台机器。 • A部门：250台机器
– 1000 1100.0001 1001.0000 0001.0000 0000 – 140.25.1.0/24 子网号140.25.1.0~140.24.1.255 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000: 255.255.255.0 子网掩码
Des = 192.0.0.2
B
192.0.0.2
X
以太网的数据链路帧格式 数据链路层
– ARP/RARP – BOOTP – DHCP – NAT – ICMP
3
IP地址的引入
• 实现网际互连必须使用统一的地址形式
– 没有可以直接使用的物理地址系统 – 也不可能对现有链路技术的物理地址进行修改 – 必须在更高的层次上（网络层）来实现地址统一
• IP 地址的引入
– 在 TCP/IP 体系结构中，实现不同网络的网际互连是通过 IP 协议完成的 – 为解决互联网络（Internet）中的寻址问题，IP 协议定义 了在全网唯一的通用 32 位地址格式 —— IP 地址
8
有类别的IP 地址编址方式
• IP 地址长度为 32bit，采用 “点分十进制表示法”， 采用 4 个小数点分开的十进制整数，每个整数对应 于地址中的一个字节。如， 192.2.3.4 。 • 为了给不同规模的网络提供必要的灵活性，IP地址空 间划分为3个主要的类型—有类别的编址方式。
• 不同的地址类型定义了网络前缀和主机号所占的位 数，利用地址类型，可快速区分出地址中的网络前 缀和主机号。
• 对应于网络号的比特为 1，对应于主机号的 Bit 为 0 ,如:任意 B 类网络 189.23.0.0 ,其掩码为:可表示为 255.255.0.0 • 在网络地址后给出子网掩码中 1 的位数，如网络 189.23.0.0 表 示为:189.2缀 （ IP 地址 & 子网掩码） • 在无类型的地址中获取网络前缀
14
•
子网（Subnet）划分 子网划分技术：
将较大的分类地址（A/B 类）空间划分成多个小的子网。
• 地址掩码在子网划分中的作用
– 与传统分类地址一致，子网划分地址中的主机部分与网络 部分（网络+子网）的边界由子网掩码来定义。 – 子网划分时，子网掩码的位数可以根据需要确定 – 利用可变长子网掩码（VLSM），可把一个地址空间划分为若 干大小不同的子网。 – VLSM 的采用能够更有效地管理地址空间：在地址分配时， 可实现地址空间容量与子网中主机的数量达到最佳的匹配。 – VLSM可以允许地址的递归划分，并将其重新组合并聚合起 来，减少路由信息。
• B部门：250台机器
– 1000 1100.0001 1001.0000 0010.0000 0000 – 140.25.2.0/24 子网号140.25.2.0~140.24.2.255 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000: 255.255.255.0 子网掩码
• IP 地址的分配是在网络信息中心（NIC）的统一的管 理下进行 • IP 地址在网络层上屏蔽了异种网络之间物理地址等 特性的差异，利于网间通信的实现
4
IP 地址的特点
• 标识网络对象的一种标识符 • 具有唯一性 • 反映网络对象的位置信息
• 但实际中许多网络的地址系统并不包含位 置信息，例如：以太网 • 无位置信息的地址系统简单，但能力有限
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部署的必要条件
• 路由协议必须在每个路由上携带扩展网络前缀信息。 • 目前携带扩展网络前缀的路由协议：OSPF、RIPv2、IS-IS， 不满足的协议： RIPv1 • 所有路由器必须实现一致的基于“最长匹配”的转发算 法。
– IP包的目的地址为：10.1.2.5， 路由表中有3个网络前缀：10.1.2.0/24,10.1.0.0/16,10.0.0.0/8 将选择10.1.2.0/24，因为与目的IP匹配的位数最多。
• 194.0.0.0 -- 195.255.255.255 欧洲
• 198.0.0.0 -- 199.255.255.255 北美
• 200.0.0.0 -- 201.255.255.255 中美、 南美 • 202.0.0.0 -- 203.255.255.255 亚太地 区
23
• 地址解析的含义
7
IP 地址是选路的依据
• 选路 – 根据目的地址，寻找一条能将分组从源主机转发到目的主 机的通路的过程 。 • 选路根据 IP 地址进行 • 选路使用的数据结构是路由表（转发信息库 - FIB） – IP 协议每发送（转发）一个分组，都要利用路由表来选路。 • 路由表的概念结构
目的网络 N1 目的网络 N2 目的网络 N3 去 N1 的路径(next-hop) 去 N2 的路径(next-hop) : 去 N3 的路径(next-hop) :
高级计算机网络
北京邮电大学 授课教师: 孙斌 sunbin@
1
第五讲 网络层
• 网络层介绍
– 功能、模型与服务 – 路由选择算法 – 拥塞控制和流量控制
• 具体网络层介绍 – IP – ATM
2
TCP/IP 地址系统
• 了解IP地址的格式 • 掌握子网划分 • 掌握IP控制协议
地址解析
•实现 IP 地址与网络物理地址的映射
• 实现地址解析的意义（为什么需要进行地址翻译？）
– Internet 是由多个网络互连构成的“虚拟”网络，采用统一 的 IP 地址进行结点间（网络间）的相互通信 – IP 地址统一了网际通信的地址形式（IP 层以上的软件都使 用 IP 地址），隐藏了原有的物理网络地址 – 但在网络内部，IP 层通信的实现依赖于底层的物理网络技 术，底层必然还要使用物理地址 – 为了保证通信的一致性，必须要建立各结点 IP 地址与网络 物理地址之间的映射，称为地址解析（resolution）。
• D部门：2台机器
– 1000 1100.0001 1001.0000 1100.0000 0000 – 140.25.6.0/30 子网号140.25.6.0~140.24.6.3 – 1111 1111.1111 1111.1111 1111.1111 1100: 255.255.255.252 子网掩码
5
Internet 网络的树状结构
核心系统
核心网关
G G
自治系统
部分AS间交换路由信 息（信任关系）
G G G
自治系统
非核心网关
G
局域网
局域网
局域网
局域网
6
IP 地址的结构
Internet 网络
网络号 主机号
网络
网络 子网 主机 主机
子网 主机 主机 主机
IP 地址的概念结构
Internet的概念层次
11
特殊地址
00000000000000000000000000000000 000…000 主机 本机 本网中的主机 局域网中的广播 对一个远程网 络的广播 网络号
11111111111111111111111111111111 网络 网络 1111…1111