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1、计算机网络技术第三章本讲稿第一页，共三十六页无论在无论在OSIOSI参考模型还是在参考模型还是在TCP/IPTCP/IP模型中网络层是最核心的一层模型中网络层是最核心的一层,网网络层的主要功能是路由与寻址络层的主要功能是路由与寻址,本章将重点介绍路由与寻址的根本依据本章将重点介绍路由与寻址的根本依据-IPIP地址地址,另外再介绍另外再介绍TCP/IPTCP/IP中的部分应用协议比如中的部分应用协议比如IPIP协议、协议、ARPARP协议、协议、RARPRARP协议协议及及ICMPICMP协议。协议。3.1 IP3.1 IP地址及地址及TCP/IPTCP/IP协议简述协议简述返回本讲稿第二页，共
2、三十六页在互联网中使用在互联网中使用TCP/IPTCP/IP协议的每台设备，他们都有一个物理地址就是协议的每台设备，他们都有一个物理地址就是MACMAC地地址，这个地址是固化在网卡中并且是全球唯一的，可以用来区分每一个址，这个地址是固化在网卡中并且是全球唯一的，可以用来区分每一个设备，但同时也有一个或者是多个逻辑地址，就是设备，但同时也有一个或者是多个逻辑地址，就是IPIP地址，这个地址是地址，这个地址是可以修改变动的，并且这个地址却不一定是全球唯一的，但是他在当今可以修改变动的，并且这个地址却不一定是全球唯一的，但是他在当今互联网的通信中占了举足轻重地位，为什么呢？互联网的通信中占了举足轻重
3、地位，为什么呢？如果在同一个局域网中，如果有数据发送时，可以直接查找对方的如果在同一个局域网中，如果有数据发送时，可以直接查找对方的MACMAC地址，地址，并使用并使用MACMAC地址进行数据传送，但是如果不在同一个局域中要想在全球的地址进行数据传送，但是如果不在同一个局域中要想在全球的互联网当中，使用互联网当中，使用MACMAC地址找出你要传送的目的主机，这将非常困难，地址找出你要传送的目的主机，这将非常困难，3.2 IP3.2 IP地址概述地址概述下一页返回本讲稿第三页，共三十六页即使能够找到也将会花费大量的时间与带宽，所以这时就要使用到即使能够找到也将会花费大量的时间与带宽，所以这时就要
4、使用到IPIP地址，地址，IPIP地址的特点是具有层次结构，利用他的层次结构的特点，实现在特地址的特点是具有层次结构，利用他的层次结构的特点，实现在特定的范围内寻找特定目的主机，比如只查找中国特定的省份的特定市，甚至是定的范围内寻找特定目的主机，比如只查找中国特定的省份的特定市，甚至是特定市特定单位的主机地址，这样就大大提高了寻址效率。特定市特定单位的主机地址，这样就大大提高了寻址效率。3.2 IP3.2 IP地址概述地址概述返回上一页本讲稿第四页，共三十六页3.3 IP3.3 IP地址的结构及表示方法地址的结构及表示方法IPIP地址目前使用的俩个版本，一个是地址目前使用的俩个版本，一个是Ip
5、v4Ipv4，另一个是，另一个是Ipv6Ipv6，我们先，我们先来了解来了解Ipv4Ipv4。Ipv4Ipv4地址是由地址是由3232位二进制数组成，每个位二进制数组成，每个IPIP地址又分为两部分，地址又分为两部分，分别是网络号（有称网络分别是网络号（有称网络IDID）与主机号（有称主机）与主机号（有称主机IDID），如下图所），如下图所示：示：共共3232位二进制位二进制网络号（有称网络网络号（有称网络IDID，也有称网络地址），用来区分，也有称网络地址），用来区分TCP/IPTCP/IP网网络中的特定网络，络中的特定网络，下一页返回网网络络号号主机号主机号本讲稿第五页，共三十六页在这个网
6、络中所有的主机拥有相同的网络号在这个网络中所有的主机拥有相同的网络号主机号（有称主机主机号（有称主机IDID，也有称主机地址），用来区分特定网络中特定的，也有称主机地址），用来区分特定网络中特定的主机，在同一个网络中所有的主机号必须唯一。主机，在同一个网络中所有的主机号必须唯一。下面我们来看一下下面我们来看一下IPIP地址的表示方法地址的表示方法在计算机内所有的信息都是采用二进制数表示，在计算机内所有的信息都是采用二进制数表示，IPIP地址也不例外。地址也不例外。IPIP地址的地址的3232位二进制数难以记忆，所以人们通常把他分成四段，每段位二进制数难以记忆，所以人们通常把他分成四段，每段8
7、8个二进制，个二进制，并把他们用十进制表示，这样记起来就容易的多了如一个并把他们用十进制表示，这样记起来就容易的多了如一个IPIP地址：地址：例如二进制例如二进制IPIP地址：地址：10101100.00010000.00010010.0001001010101100.00010000.00010010.00010010十进制表示为：十进制表示为：172.16.18.18172.16.18.183.3 IP3.3 IP地址的结构及表示方法地址的结构及表示方法返回上一页本讲稿第六页，共三十六页IPIP地址采用地址采用3232个二进制表示，为了更好的管理和使用个二进制表示，为了更好的管理和使用IP
8、IP地址资源，地址资源，InterNICInterNIC将将IPIP地址资源划分为地址资源划分为5 5类，分别为类，分别为A A类、类、B B类、类、C C类、类、D D类和类和E E类，每一类，每一类地址定义了网络数量，也就是定义了网络号占用的位数，和主机号占用的位类地址定义了网络数量，也就是定义了网络号占用的位数，和主机号占用的位数，从而也确定了每人网络中能容纳的主机数量，下面我们详细了解各类地址。数，从而也确定了每人网络中能容纳的主机数量，下面我们详细了解各类地址。A A类：类：A A类类IPIP地址的最高位为地址的最高位为“0”0”，接下来的，接下来的7 7位表示网络号，其余的位表示网
9、络号，其余的2424位作为位作为主机号，所以主机号，所以A A类的网络地址范围为类的网络地址范围为00000001-01111110,00000001-01111110,用十进制表示就是用十进制表示就是1-1-126-126之间（之间（0 0和和127127留作别用以面再讲），这样算来留作别用以面再讲），这样算来A A类共有类共有126126个网络，个网络，3.4 IP3.4 IP地址的分类地址的分类下一页返回本讲稿第七页，共三十六页每个网络会有每个网络会有1616，777777，214214，如此多的主机数量，显然只有分配给特，如此多的主机数量，显然只有分配给特大型机构啦。大型机构啦。B B
10、类类B B类类IPIP地址的前两位值为地址的前两位值为“10”10”，接下来的，接下来的1414位表示网络号，其余的位表示网络号，其余的1616位作为主机号，用十进制表示就是位作为主机号，用十进制表示就是128-191128-191之间，这样算来之间，这样算来B B类共有类共有1616，384384个网络，每个网络会有个网络，每个网络会有6565，534534台主机。台主机。C C类类C C类类IPIP地址的前三位设为地址的前三位设为“110”110”，接下来的，接下来的2121位表示网络号，其余的位表示网络号，其余的8 8位位作为主机号，用十进制表示就是作为主机号，用十进制表示就是192-2
11、23192-223之间，这样算来之间，这样算来C C类共有类共有2 2，097097，152152个网络，每个网络会有个网络，每个网络会有254254台主机。台主机。3.4 IP3.4 IP地址的分类地址的分类下一页返回上一页本讲稿第八页，共三十六页D D类类D D类类IPIP地址的前四位设为地址的前四位设为“1110”1110”，凡以此数开头的地址就被视为，凡以此数开头的地址就被视为D D类类地址，这类地址只用来进行组播。利用组播地址可以把数据把发送到特定的多地址，这类地址只用来进行组播。利用组播地址可以把数据把发送到特定的多个主机。当然发送组播需要特殊的中由配置，在默认情况下，它不会转发。
12、个主机。当然发送组播需要特殊的中由配置，在默认情况下，它不会转发。E E类类E E类类IPIP地址的前四位设为地址的前四位设为“1111”1111”，也就是在，也就是在240-254240-254之间，凡以此类之间，凡以此类数开头的地址就被视为数开头的地址就被视为E E类地址。类地址。E E类地址不是用来分配用户使用，只是用类地址不是用来分配用户使用，只是用来进行实验和科学研究。来进行实验和科学研究。3.4 IP3.4 IP地址的分类地址的分类下一页返回上一页本讲稿第九页，共三十六页下图下图列出了所有列出了所有Ipv4Ipv4地址范围和格式，在本书我们重点关注地址范围和格式，在本书我们重点关注
13、A A类类B B类和类和C C类地类地址址3.4 IP3.4 IP地址的分类地址的分类返回上一页本讲稿第十页，共三十六页在互联风中出于特殊的需要，也就产生了一些特殊的地址，比如网络地址，广在互联风中出于特殊的需要，也就产生了一些特殊的地址，比如网络地址，广播地址，回环测试地址等，下面分别来看一下。播地址，回环测试地址等，下面分别来看一下。网络地址网络地址在国际互联网中会常常使用网络地址，在国际互联网中会常常使用网络地址，IPIP地址方案规划中规定，一个地址方案规划中规定，一个IPIP地址中所有的主机号为零，那么这个地址就称为本网络中的网络地址。比如地址中所有的主机号为零，那么这个地址就称为本网
14、络中的网络地址。比如IPIP地址地址为：为：1101108 88 88 8那么他的网络地址是那么他的网络地址是1101100 00 00 03.5 3.5 特殊的特殊的IPIP地址地址下一页返回本讲稿第十一页，共三十六页另外还有一种特殊的网络地址，就是所有二进制位都为另外还有一种特殊的网络地址，就是所有二进制位都为0 0，这样的地址，这样的地址他也是网络地址，他所代表的是全网，在路由器中代表默认路由，以后我们再讲。他也是网络地址，他所代表的是全网，在路由器中代表默认路由，以后我们再讲。广播地址广播地址所谓的广播就是向有效的范围内的所有用户发送信息的地址，我们可所谓的广播就是向有效的范围内的所有
15、用户发送信息的地址，我们可以把他认定为最大的组播范围。它主要就是为了使一定范围内的设备都能收以把他认定为最大的组播范围。它主要就是为了使一定范围内的设备都能收到一个相同的广播，因而就必需采用一个特别的到一个相同的广播，因而就必需采用一个特别的IPIP地址，这个地址被定义地址，这个地址被定义为广播地址，通常是把主机号为为广播地址，通常是把主机号为1 1的地址叫做广播地址。的地址叫做广播地址。3.5 3.5 特殊的特殊的IPIP地址地址下一页返回上一页本讲稿第十二页，共三十六页比如比如IPIP地址是：地址是：1101108 88 88 8那么他的广播地址就是那么他的广播地址就是1101102552
16、55255255255255回环测试地址回环测试地址细心的读者刚才一定注意到，在我们所看到的细心的读者刚才一定注意到，在我们所看到的IPIP地址分类中少了地址分类中少了127127开的地开的地址，这类地址就是为了回环测试使用的地址，比如：址，这类地址就是为了回环测试使用的地址，比如：127.0.0.1127.0.0.1这样的地址发送出去的数据不会上交换机，更不会上互联网，只会这样的地址发送出去的数据不会上交换机，更不会上互联网，只会在本机内部传送，在本机内部传送，3.5 3.5 特殊的特殊的IPIP地址地址下一页返回上一页本讲稿第十三页，共三十六页适合网络编程开发人员使用，当然用来测试网络程序
17、也十分方便。适合网络编程开发人员使用，当然用来测试网络程序也十分方便。3.5 3.5 特殊的特殊的IPIP地址地址返回上一页本讲稿第十四页，共三十六页现在人们使用的互联网现在人们使用的互联网IPV4IPV4技术，核心技术属于美国。它的最大问题技术，核心技术属于美国。它的最大问题是是IPIP地址资源非常有限，从理论上来计算，地址资源非常有限，从理论上来计算，IPV4IPV4技术可使用的技术可使用的IPIP地址有地址有4343亿个，其中北美占有亿个，其中北美占有3/43/4，约，约3030亿个，而人口最多的亚洲只有不到亿个，而人口最多的亚洲只有不到4 4亿个，亿个，我们中国只有我们中国只有3 3千
18、多万个，和美国麻省理工学院的数量相当，再加上当今互联网主机千多万个，和美国麻省理工学院的数量相当，再加上当今互联网主机数量以级数式的增长，给数量以级数式的增长，给IPIP地址的资源更是带来极大的挑战，经有关部门统计，地址的资源更是带来极大的挑战，经有关部门统计，目前目前Ipv4Ipv4所能使用的地址，到所能使用的地址，到20152015年将会全部消耗用光，那没有地址的电脑将上年将会全部消耗用光，那没有地址的电脑将上不了互联网，另外由于不了互联网，另外由于Ipv4Ipv4本身的设计缺陷像安全等问题，为了解决这样那本身的设计缺陷像安全等问题，为了解决这样那样的问题人们想出了各种办法，比如使用代理或
19、者是样的问题人们想出了各种办法，比如使用代理或者是NATNAT，但这都不能根本上，但这都不能根本上解决问题，最终发布了解决问题，最终发布了IPv6IPv6标准，标准，3.6 Ipv63.6 Ipv6地址概述地址概述下一页返回本讲稿第十五页，共三十六页这一协议的地址长度将从这一协议的地址长度将从IPv4IPv4的的3232位扩展到位扩展到128128位，总容量达到位，总容量达到2 2的的128128次次方个终端，足让地球上每个人拥有方个终端，足让地球上每个人拥有16001600万个地址，巨大的网络地址空间将从根万个地址，巨大的网络地址空间将从根本上解决网络地址枯竭的问题，当然版本的升级并非仅仅是
20、地址位数的升级，本上解决网络地址枯竭的问题，当然版本的升级并非仅仅是地址位数的升级，还包括新的特牲有，与还包括新的特牲有，与IPV4IPV4相比，相比，IPV6IPV6具有以下几个优势：具有以下几个优势：一，一，IPv6IPv6具有丰富的地址资源空间。具有丰富的地址资源空间。IPv4IPv4中规定中规定IPIP地址长度为地址长度为3232，即，即有有232-1232-1个地址；而个地址；而IPv6IPv6中中IPIP地址的长度为地址的长度为128128，即有，即有2128-12128-1个地址，让每一个个地址，让每一个家电都拥有一个家电都拥有一个IPIP地址，这让全球数字化家庭的方案实施变成了
21、可能。地址，这让全球数字化家庭的方案实施变成了可能。3.6 Ipv63.6 Ipv6地址概述地址概述下一页返回上一页本讲稿第十六页，共三十六页二，二，IPv6IPv6使用更小的路由表。使用更小的路由表。IPv6IPv6的地址分配一开始就遵循聚类的原则，的地址分配一开始就遵循聚类的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录表示一片子网，大大减小了路由器中路这使得路由器能在路由表中用一条记录表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度，提高了效率。由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度，提高了效率。三，三，IPv6IPv6增加了增强的组播支持以及对流的支持，这使得网络
22、上的多媒体应用增加了增强的组播支持以及对流的支持，这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量控制提供了良好的网络平台。有了长足发展的机会，为服务质量控制提供了良好的网络平台。四，四，IPv6IPv6全新的地址配置方式。为了简化主机地址配置，全新的地址配置方式。为了简化主机地址配置，Ipv6Ipv6除了支持手除了支持手工地址配置和有状态自动地址配置（利用专用的地址分配服务动态分配地址工地址配置和有状态自动地址配置（利用专用的地址分配服务动态分配地址如如DHCPDHCP）外，还支持一种无状态地址配置技术。）外，还支持一种无状态地址配置技术。3.6 Ipv63.6 Ipv6地址概述地址概
23、述下一页返回上一页本讲稿第十七页，共三十六页在无状态地址配置中，网络上的主机能自动给自己配置在无状态地址配置中，网络上的主机能自动给自己配置Ipv6Ipv6地址。在同一链路地址。在同一链路上，所有的主机不用人工干预就可以通信。上，所有的主机不用人工干预就可以通信。五，五，IPv6IPv6具有更高的安全性。在使用具有更高的安全性。在使用IPv6IPv6网络中用户可以对网络层的数据进网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对行加密并对IPIP报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。报文进行校验，极大的增强了网络的安全性。3.6 Ipv63.6 Ipv6地址概述地址概述返回上一页本讲稿第十八页，共三十
24、六页为什么还要对网络进行子网划分呢？这是因为在当今巨大的互联网中为什么还要对网络进行子网划分呢？这是因为在当今巨大的互联网中出于网络安全、地址充分使用等原因需要对原来的出于网络安全、地址充分使用等原因需要对原来的IPIP地址按照一定的规则地址按照一定的规则进行划分，这就是子网划分技术。进行划分，这就是子网划分技术。在原有的在原有的IPIP地址模式中，只用网络号就可以区分一个单独的物理网络，在使用地址模式中，只用网络号就可以区分一个单独的物理网络，在使用了子网划分技术后，网络号就变成了由主原来的网络号再上子网络号，这样才是一了子网划分技术后，网络号就变成了由主原来的网络号再上子网络号，这样才是一
25、个真正的网络号，很明显使用了这样的技术后原来的网络数量会增加，但是主机数个真正的网络号，很明显使用了这样的技术后原来的网络数量会增加，但是主机数量减少了，正好可以在一定程度上避免量减少了，正好可以在一定程度上避免IPIP地址的浪费，另外也可以减少广播风地址的浪费，另外也可以减少广播风暴并增强网络的安全性，便于网络的管理。暴并增强网络的安全性，便于网络的管理。3.7 3.7 子网的划分子网的划分下一页返回本讲稿第十九页，共三十六页在我们使用了子网划分持术后，我们应该从哪里开始借用主机号呢？在我们使用了子网划分持术后，我们应该从哪里开始借用主机号呢？借多少才合适呢，为了解决这些问题，在借多少才合适
26、呢，为了解决这些问题，在TCP/IPTCP/IP中采用了子网掩码的方法。中采用了子网掩码的方法。先来了解子网掩码先来了解子网掩码子网掩码的格式与子网掩码的格式与IPIP地址一样，也是由地址一样，也是由3232位的二进制数组成，不同位的二进制数组成，不同的是他是连续的的是他是连续的“1”1”和连续的和连续的“0”0”组成，人们为了使用方便也把他用点分组成，人们为了使用方便也把他用点分十进制的方式表示。在十进制的方式表示。在A A、B B、C C三类三类IPIP地址中他们都有自己默认的子网掩码。地址中他们都有自己默认的子网掩码。A A类子网掩码类子网掩码11111111.00000000.0000
27、0000.0000000011111111.00000000.00000000.000000003.7 3.7 子网的划分子网的划分下一页返回上一页本讲稿第二十页，共三十六页B B类子网掩码类子网掩码11111111.11111111.00000000.0000000011111111.11111111.00000000.00000000C C类子网掩码类子网掩码11111111.11111111.11111111.000011111111.11111111.11111111.0000子网掩码的规则定义如下：子网掩码的规则定义如下：对应对应IPIP地址网络号部份所有位都为地址网络号部份所有位都
28、为“1”1”，并且所有的，并且所有的“1”1”必需连续，必需连续，中间不得出现中间不得出现“0”0”。对应对应IPIP地址主机号部份所有位都为地址主机号部份所有位都为“0”0”，同样所有的，同样所有的“0”0”必需连续，中必需连续，中间也不得出现间也不得出现“1”1”，当然，当然“0”0”后也不能有后也不能有“1”1”。3.7 3.7 子网的划分子网的划分下一页返回上一页本讲稿第二十一页，共三十六页在人们的习惯上采用两种方法来表示子网掩码。在人们的习惯上采用两种方法来表示子网掩码。一种就是点分十进制：一种就是点分十进制：255.0.0.0255.0.0.0另外一种就是利用子网掩码中另外一种就是
29、利用子网掩码中“1”1”的个数来表示，由于在进行网络号和的个数来表示，由于在进行网络号和主机号划分时，网络号总是从高位字节以连续方式选取的，所以可以用一种主机号划分时，网络号总是从高位字节以连续方式选取的，所以可以用一种简便的方法表示子网掩码，就是用子网掩码中的简便的方法表示子网掩码，就是用子网掩码中的“/”/”加加“1”1”的个数来表示。的个数来表示。在在IPIP地址与子网掩码进行比对的时候，其实是进行布尔代数的地址与子网掩码进行比对的时候，其实是进行布尔代数的“与与”运算，在进行运算，在进行“与与”运算中，只有在相运算中，只有在相“与与”的两位都为的两位都为“真真”是结果才为是结果才为“真
30、真”，否则结果为，否则结果为“假假”。3.7 3.7 子网的划分子网的划分下一页返回上一页本讲稿第二十二页，共三十六页这个运算应用以这个运算应用以IPIP地址和子网掩码相对应的位，如果相地址和子网掩码相对应的位，如果相“与与”的两位都是的两位都是“1”1”时结果才是时结果才是“1”1”，否则就为，否则就为“0”0”，布尔运算规则，布尔运算规则如图如图。3.7 3.7 子网的划分子网的划分返回上一页本讲稿第二十三页，共三十六页为了便于管理和安全的需要，通常人们总是会用到子网，所以子网的为了便于管理和安全的需要，通常人们总是会用到子网，所以子网的规划和规划和IPIP地址分配在网络规划中占据重要的位
31、置，特别是校园网和企业网地址分配在网络规划中占据重要的位置，特别是校园网和企业网中的应用就更加突出。在进行子网的规划中要注意两个条件是：中的应用就更加突出。在进行子网的规划中要注意两个条件是：1.1.能够产生足够的子网号；能够产生足够的子网号；2.2.在产生的子网中要能容纳足够的主机；在产生的子网中要能容纳足够的主机；下面我们以一个实例来说明：下面我们以一个实例来说明：某公司申请了一个某公司申请了一个C C类地址类地址198.170.200.0198.170.200.0，公司有生产部门和市场销售，公司有生产部门和市场销售部门需要划分为单独的网络，即需要划分部门需要划分为单独的网络，即需要划分2
32、 2个子网，每个子网至少支持个子网，每个子网至少支持4040台主机，台主机，对于这样的一个网络，对于这样的一个网络，3.8 3.8 子网规划与划分实例子网规划与划分实例下一页返回本讲稿第二十四页，共三十六页我们怎么划分子网呢？我们怎么划分子网呢？首先，要对提供的这个首先，要对提供的这个C C类网络的最后一个字节用二进制表示，最后的这八类网络的最后一个字节用二进制表示，最后的这八位，按要求要划分位，按要求要划分2 2个子网。所以，只需要前二位就可以满足条件，个子网。所以，只需要前二位就可以满足条件，2 22 2-2=2-2=2个子网，剩下的六位表示主机数，个子网，剩下的六位表示主机数，2 26
33、6-2=62-2=62台主机。也就是说，通过这种划分，台主机。也就是说，通过这种划分，可以对这个可以对这个C C类网络按要求再分为类网络按要求再分为2 2个子网，每个子网中最多有个子网，每个子网中最多有6262台主机，完全台主机，完全满足题目要求。满足题目要求。根据前面介绍的子网掩码（网络地址根据前面介绍的子网掩码（网络地址+子网地址都是全子网地址都是全1 1，主机号为全，主机号为全0 0）的表示方式可以得到子网掩码是）的表示方式可以得到子网掩码是255.255.255.192255.255.255.192。对于划分好的这二个子网，具体一个网络号是对于划分好的这二个子网，具体一个网络号是198
34、.170.200.64198.170.200.64还有一个网络号是还有一个网络号是172.168.200.128172.168.200.1283.8 3.8 子网规划与划分实例子网规划与划分实例返回上一页本讲稿第二十五页，共三十六页3.9.1 IP3.9.1 IP协议协议IPIP协议又称网际协议（协议又称网际协议（Internet protocolInternet protocol）是一个网络层可路由协议，它包）是一个网络层可路由协议，它包含寻址信息和控制信息含寻址信息和控制信息 ，可使数据包在网络中路由。，可使数据包在网络中路由。IP IP 协议是协议是 TCP/IP TCP/IP 协议族中
35、协议族中的主要网络层协议，与的主要网络层协议，与 TCP TCP 协议结合组成整个互联网协议的核心协议，所有协议结合组成整个互联网协议的核心协议，所有的的TCP|UDPTCP|UDP、ICMPICMP等数据包都要最终封装在等数据包都要最终封装在IPIP报文中传输。报文中传输。IP IP 协议应用于局域协议应用于局域网和广域网通信。网和广域网通信。IP IP 协议有两个基本任务：提供无连接的和最有效的数据包传送；提供数据包协议有两个基本任务：提供无连接的和最有效的数据包传送；提供数据包的分片与重组用来支持不同最大传输单元大小的数据连接。对于互联网络中的分片与重组用来支持不同最大传输单元大小的数据
36、连接。对于互联网络中 IP IP 数数据报的路由选择处理，有一套完善的据报的路由选择处理，有一套完善的 IP IP 寻址方式。寻址方式。3.9 3.9 网络层协议网络层协议下一页返回本讲稿第二十六页，共三十六页每一个每一个 IP IP 地址都有其特定的组成但同时遵循基本格式。地址都有其特定的组成但同时遵循基本格式。IP IP 地址可以进行地址可以进行细分并可用于建立子网地址。细分并可用于建立子网地址。TCP/IP TCP/IP 网络中的每台计算机都被分配了一个唯一的网络中的每台计算机都被分配了一个唯一的 32 32 位逻辑地址，这个地址分为两个主要部分：网络号和主机号。网络号用以确认网位逻辑地
37、址，这个地址分为两个主要部分：网络号和主机号。网络号用以确认网络，如果该网络是因特网的一部分，其网络号必须由络，如果该网络是因特网的一部分，其网络号必须由 InterNIC InterNIC 统一分配。一个统一分配。一个网络服务器供应商（网络服务器供应商（ISPISP）可以从）可以从 InterNIC InterNIC 那里获得一块网络地址，按那里获得一块网络地址，按照需要自己分配地址空间。主机号确认网络中的主机，它由本地网络管理员照需要自己分配地址空间。主机号确认网络中的主机，它由本地网络管理员分配。分配。当你发送或接受数据时（例如，一封电子信函或网页），消息分成若干个当你发送或接受数据时（
38、例如，一封电子信函或网页），消息分成若干个块，也就是我们所说的块，也就是我们所说的“包包”。3.9 3.9 网络层协议网络层协议下一页返回上一页本讲稿第二十七页，共三十六页每个包既包含发送者的网络地址又包含接受者的地址。由于消息被划每个包既包含发送者的网络地址又包含接受者的地址。由于消息被划分为大量的包，若需要，每个包都可以通过不同的网络路径发送出去。包到分为大量的包，若需要，每个包都可以通过不同的网络路径发送出去。包到达时的顺序不一定和发送顺序相同，达时的顺序不一定和发送顺序相同，IP IP 协议只用于发送包，而协议只用于发送包，而 TCP TCP 协议协议负责将其按正确顺序排列。负责将其按
39、正确顺序排列。3.9.2 ARP3.9.2 ARP协议协议ARPARP协议又称地址解析协议协议又称地址解析协议(Address Resolution Protocol)(Address Resolution Protocol)，在整个，在整个互联网中，互联网中，IPIP地址屏蔽了各个物理网络地址的差异，通过数据地址屏蔽了各个物理网络地址的差异，通过数据“包包”中中的的IPIP地址，找到对方主机，实现全球互联网的所有主机通信，但是数据到了局域网地址，找到对方主机，实现全球互联网的所有主机通信，但是数据到了局域网中，网络中实际传输的是中，网络中实际传输的是“帧帧”，帧里面是有目标主机的，帧里面是有
40、目标主机的MACMAC地址，也就是硬件地地址，也就是硬件地址。址。3.9 3.9 网络层协议网络层协议下一页返回上一页本讲稿第二十八页，共三十六页在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目在以太网中，一个主机要和另一个主机进行直接通信，必须要知道目标主机的标主机的MACMAC地址，从地址，从IPIP地址变成地址变成MACMAC地址这个工作就是通过地址这个工作就是通过ARPARP协议进行的。协议进行的。ARPARP协议的工作原理协议的工作原理在每台安装有在每台安装有TCP/IPTCP/IP协议的电脑里都有一个协议的电脑里都有一个ARPARP缓存表，表里的缓存表，表里的IPIP地
41、地址与址与MACMAC地址是一一对应的，地址是一一对应的，如图如图所示：所示：现在我们举一个例子，比如有主机现在我们举一个例子，比如有主机A A（192.168.0.8192.168.0.8）向主机）向主机B B（192.168.0.1192.168.0.1）发送数据为，当发送数据时，主机）发送数据为，当发送数据时，主机A A会在自己的会在自己的ARPARP缓存表缓存表中寻找是否有目标中寻找是否有目标IPIP地址。如果找到了，也就知道了目标地址。如果找到了，也就知道了目标MACMAC地址，直接地址，直接把目标把目标MACMAC地址写入帧里面发送就可以了；地址写入帧里面发送就可以了；3.9 3.
42、9 网络层协议网络层协议下一页返回上一页本讲稿第二十九页，共三十六页如果在如果在ARPARP缓存表中没有找到相对应的缓存表中没有找到相对应的IPIP地址，主机地址，主机A A就会在网络上发送就会在网络上发送一个广播，向同一网段内的所有主机发出这样的询问：一个广播，向同一网段内的所有主机发出这样的询问：“192.168.0.1192.168.0.1的的MACMAC地址是什么？地址是什么？”网络上其他主机并不响应网络上其他主机并不响应ARPARP询问，只有主机询问，只有主机B B接收到这个接收到这个帧时，才向主机帧时，才向主机A A做出这样的回应：做出这样的回应：“192.168.0.1192.1
43、68.0.1的的MACMAC地址是地址是00-aa-00-62-00-aa-00-62-c6-09”c6-09”。这样，主机。这样，主机A A就知道了主机就知道了主机B B的的MACMAC地址，它就可以向主机地址，它就可以向主机B B发送信息了。发送信息了。同时它还更新了自己的同时它还更新了自己的ARPARP缓存表，下次再向主机缓存表，下次再向主机B B发送信息时，直接从发送信息时，直接从ARPARP缓存缓存表里查找就可以了。表里查找就可以了。ARPARP缓存表采用了生存周期机制，在一定的时间内缓存表采用了生存周期机制，在一定的时间内如果表中的某一组没有使用，就会被删除，这样可以大大减少如果表
44、中的某一组没有使用，就会被删除，这样可以大大减少ARPARP缓存表缓存表的长度，加快查询速度。的长度，加快查询速度。3.9 3.9 网络层协议网络层协议下一页返回上一页本讲稿第三十页，共三十六页常用常用ARPARP命令如下：命令如下：-a-a 显示当前显示当前 ARP ARP 表项。如果指定了网卡地址，则只显示指定计算机的表项。如果指定了网卡地址，则只显示指定计算机的 IP IP 地地址和网卡地址。址和网卡地址。-s-s添加相应的添加相应的ARPARP表项，这种由人为指定添加的表项，这种由人为指定添加的ARPARP表项，称静态表项，称静态ARPARP表，除表，除此外产生的称为动态此外产生的称为
45、动态ARPARP表项表项-d-d删除指定的删除指定的ARPARP表项表项3.9 3.9 网络层协议网络层协议下一页返回上一页本讲稿第三十一页，共三十六页3.9.3 RARP3.9.3 RARP协议协议RARPRARP协议（协议（Reverse Address Resolution ProtocolReverse Address Resolution Protocol）逆地址解析协议，）逆地址解析协议，从名字可以知道他的主要作用是把原有的硬件地址解析为从名字可以知道他的主要作用是把原有的硬件地址解析为IPIP地址，当然也是应用到地址，当然也是应用到局域中。什么情况下会用到这种协议呢？局域中。什么
46、情况下会用到这种协议呢？有种电脑叫做无盘工作站，他自己没有硬盘，其它什么都有，当然也就操作系有种电脑叫做无盘工作站，他自己没有硬盘，其它什么都有，当然也就操作系统更没有统更没有IPIP地址，在他起动时只有硬件地址，电脑想要工作是要操作系统的，所以地址，在他起动时只有硬件地址，电脑想要工作是要操作系统的，所以他利用他利用RARPRARP协议向服务器申请一个协议向服务器申请一个IPIP地址，这个过程也就是地址，这个过程也就是RARPRARP的解析过的解析过程。无盘工作站是典型的程。无盘工作站是典型的RARPRARP应用，应用，3.9 3.9 网络层协议网络层协议下一页返回上一页本讲稿第三十二页，共
47、三十六页在一个在一个G G的硬盘要千块的年代他的应用更是让人兴奋不已，大大的节约了实际的硬盘要千块的年代他的应用更是让人兴奋不已，大大的节约了实际硬件成本，今天依然广泛使用在金融和证券机构，以保持数据的安全与可靠。硬件成本，今天依然广泛使用在金融和证券机构，以保持数据的安全与可靠。3.9.4 ICMP3.9.4 ICMP协议协议ICMPICMP协议（协议（Internet Control Message ProtocolInternet Control Message Protocol）InternetInternet控制消息协控制消息协议的缩写。它是议的缩写。它是TCP/IPTCP/IP协议
48、族的一个子协议，用于在协议族的一个子协议，用于在IPIP主机、路由器之间传递主机、路由器之间传递控制消息，包括差错信息及其它需要注意的信息，用来调试、。控制消息是指控制消息，包括差错信息及其它需要注意的信息，用来调试、。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。3.9 3.9 网络层协议网络层协议返回上一页本讲稿第三十三页，共三十六页返回类别类别地址范地址范围围主机数量主机数量适用网适用网络规络规模模A112616777214大型网大型网络络B12819165534中型网中型网络络C192223254小型网小型网络络本讲稿第三十四页，共三十六页返回运算运算结结果果1AND111AND000AND100AND00本讲稿第三十五页，共三十六页返回本讲稿第三十六页，共三十六页