《(中职）计算机网络技术（第3版）项目3掌握TCPIP参考模型电子课件（）.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(中职）计算机网络技术（第3版）项目3掌握TCPIP参考模型电子课件（）.pptx（59页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、(中职）计算机网络技术（第3版）项目3掌握TCPIP参考模型电子课件（工信版）计算机网络技术【知识目标】理解TCP/IP参考模型中各层的功能掌握TCP/IP参考模型各协议的功能掌握IP编址技术【能力目标】能利用TCP/IP参考模型分析网络中数据传输原理能利用TCP/IP参考模型排查网络中的故障能利用IP编址技术解决网络IP规划问题项目项目3掌握掌握TCPIP参考模型参考模型任务1 TCP/IP参考模型各层的功能任务2 TCP/IP协议簇任务3 IP编址技术任务4 子网技术任务5 IPv6技术任务6 常用的网络操作命令项目项目3掌握掌握TCPIP参考模型参考模型任务1 TCP/IP参考模型各层的
2、功能【任务引入】随着Internet的快速发展和广泛应用，TCP/IP协议在各类网络和计算机应用系统中都得到了应用，包括UNIX、Linux、Novell NetWare、Microsoft Windows NT/2000/2003系列的各种计算机网络操作系统。人们非常熟悉的Windows系列操作系统（例如Windows XP）过去默认安装的网络协议一般都是Microsoft公司自己的NetBEUI，而现在已经断然改为TCP/IP。虽然TCP/IP不是ISO标准，但是TCP/IP已成为事实上的国际标准和工业标准，并形成了TCP/IP参考模型。不过，ISO/OSI模型的制定也参考了TCP/IP协
3、议簇及其分层体系结构的思想。而TCP/IP在不断发展的过程中也吸收了OSI标准中的概念及特征。任务1 TCP/IP参考模型各层的功能【任务分析】TCP/IP在OSI模型之前就开发了，因此TCP/IP协议簇的层次无法准确地和OSI模型对应用起来。TCP/IP是一个四层的体系结构，它包括网络接口层、网际层、传输层和应用层。但从实质上讲，TCP/IP只有三层，即网际层、传输层和应用层，因为最下面的网络接口层并没有什么具体内容。因此在学习计算机网络原理时往往采取折衷的方法，也就是综合OSI和TCP/IP的优点，采用一种五层协议的体系结构：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。如图3-1所示，给出
4、的是TCP/IP四层体系的参考模型与OSI参考模型层次结构的对照关系。图3-1 OSI参考模型与TCP/IP参考模型的各层次对照1.网络接口层 网络接口层，也被称为网络访问层，包括了能使用TCP/IP与物理网络进行通信的协议，它对应OSI的物理层和数据链路层。TCP/IP标准并没有定义具体的网络接口协议。该层的主要功能包括：参考模型的最低层，负责通过网络发送和接收IP数据报。允许主机连入网络时使用多种现成的与流行的协议，如局域网的Ethernet、令牌网、分组交换网的X.25、帧中继、ATM协议等。当一种物理网被用作传送IP数据包的通道时，就可以认为是这一层的内容。充分体现出TCP/IP协议的
5、兼容性与适应性，它也为TCP/IP的成功奠定了基础。任务1 TCP/IP参考模型各层的功能2网际层 网际层是在Internet标准中正式定义的第一层。IP协议是这一层最核心的协议。该层的主要功能包括：相当OSI参考模型网络层无连接网络服务。处理互连的路由选择、流量控制与网络拥塞问题。IP协议是无连接的、提供“尽力而为”服务的网络层协议。3传输层 TCP/IP协议中的传输层对应OSI模型中的传输层。该层的主要功能包括：在互连网中源主机与目的主机的对等实体间建立用于会话的端到端连接。传输控制协议TCP是一种可靠的面向连接协议。用户数据报协议UDP是一种不可靠的无连接协议。4应用层 TCP/IP协议
6、中的应用层对应用OSI模型中的会话层、表示层和应用层。应用层的主要功能是通过基于特定协议的应用软件为用户提供各项针对性的服务。如文件传输协议、超文本传输协议、简单邮件传输协议等，所有的应用软件通过该层利用网络。【知识链接】OSI参考模型与TCP/IP协议作为两个为了完成相同任务的协议体系结构，因此二者有比较紧密的关系，下面我们从以下几个方面逐一比较它们之间的联系与区别。1分层结构 OSI参考模型与TCP/IP协议都采用了分层结构，都是基于独立的协议栈的概念。OSI参考模型有7层，而TCP/IP协议只有4层，即TCP/IP协议没有了表示层和会话层，并且把数据链路层和物理层合并为网络接口层。不过，
7、二者的分层之间有一定的对应关系，如图3.13示。2标准的特色 OSI参考模型的标准最早是由ISO和CCITT（ITU的前身）制定的，有浓厚的通信背景，因此也打上了深厚的通信系统的特色，比如对服务质量（QoS）、差错率的保证，只考虑了面向连接的服务。并且是先定义一套功能完整的构架，再根据该构架来发展相应的协议与系统。TCP/IP协议产生于对Internet网络的研究与实践中，是应实际需求而产生的，再由IAB、IETF等组织标准化，而并不是之前定义一个严谨的框架。而且TCP/IP最早是在UNIX系统中实现的，考虑了计算机网络的特点，比较适合计算机实现和使用。3连接服务 OSI的网络层基本与TCP/
8、IP的网际层对应，二者的功能基本相似，但是寻址方式有较大的区别。OSI的地址空间为不固定的可变长，由选定的地址命名方式决定，最长可达160byte，可以容纳非常大的网络，因而具有较大的成长空间。根据OSI的规定，网络上每个系统至多可以有256个通信地址。TCP/IP网络的地址空间为固定的4byte（在目前常用的IPV4中是这样，在IPV6中将扩展到16byte）。网络上的每一个系统至少有一个唯一的地址与之对应。4传输服务 OSI与TCP/IP的传输层都对不同的业务采取不同的传输策略。OSI定义了五个不同层次的服务：TP0，TP1，TP2，TP3，TP4。TCP/IP定义了TCP和UDP两种协议
9、，分别具有面向连接和面向无连接的性质。其中TCP与OSI中的TP4，UDP与OSI中的TP0在构架和功能上大体相同，只是内部细节有一些差异。5应用范围 OSI由于体系比较复杂，而且设计先于实现，有许多设计过于理想，不太方便计算机软件实现，因而完全实现OSI参考模型的系统并不多，应用的范围有限。而TCP/IP协议最早在计算机系统中实现，在UNIX、Windows平台中都有稳定的实现，并且提供了简单方便的编程接口（API），可以在其上开发出丰富的应用程序，因此得到了广泛的应用。与OSI/RM相比，TCP/IP从更适用的角度出发，形成了具有高效率的4层协议，IP协议可以用于广域网或局域网技术，以及高
10、速网和低速网、无线网和有线网、光纤网等几乎所有类型的计算机通信技术，而TCP处理没有处理的通信问题，向应用程序提供可靠的通信连接，能够自动适应网络的各种变化，因而使得TCP/IP在应用中取得了巨大成功，而OSI/RM作为一种参考模型则由于过于复杂和缺乏商业推广，没有得到真正的应用。TCP/IP协议已成为目前网际互联事实上的国际标准和工业标准。6OSI参考模型与TCP/IP协议的发展趋势 从以上的比较可以看出，OSI参考模型和TCP/IP协议大致相似，也各具特色。虽然TCP/IP在目前的应用中占了统治地位，在下一代网络（NGN）中也有强大的发展潜力，甚至有人提出了“Everything is I
11、P”的预言。但是OSI作为一个完整、严谨的体系结构，也有它的生存空间，它的设计思想在许多系统中得以借鉴，同时随着它的逐步改进，必将得到更广泛的应用。TCP/IP目前面临的主要问题有地址空间问题、QoS问题、安全问题等。地址问题有望随着IPV6的引入而得到解决，QoS、安全保证也正在研究，并取得了不少的成果。因此，TCP/IP在一段时期内还将保持它强大的生命力。OSI的缺点在于太理想化，不易适应变化与实现。因此，它在这些方面做出适当的调整，也将会迎来自己的发展机会【知识链接】【知识链接】OSI参考模型与TCP/IP协议作为两个为了完成相同任务的协议体系结构，因此二者有比较紧密的关系，下面我们从以
12、下几个方面逐一比较它们之间的联系与区别。1分层结构2标准的特色3连接服务4传输服务5应用范围6OSI参考模型与TCP/IP协议的发展趋势任务1 TCP/IP参考模型各层的功能任务2 TCP/IP协议簇【任务引入】TCP/IP四层体系的参考模型中，实际上只有3个层次包含了实际的协议。TCP/IP参考模型中各层的协议如图所示。【任务分析】1网络层的协议（1）IP 网际协议IP(Internet Protocol)的任务是对数据包进行相应的寻址和路由，并从一个网络转发到另一个网络。主机上的IP层基于数据链路层的服务向传输层提供服务。IP从源运输实体取得数据，通过它的数据链路层服务传给目的主机的IP层
13、。若目的主机直接连接在本网中，IP可直接通过网络将数据包传给目的主机；若目的主机在远地网络，IP通过本地IP网关所在的路由器传送数据包，而路由器依次通过下一网络将数据包传到目的主机或下一网关。IP协议的另一项工作是要分割和重编在传输层被分割的数据包。由于数据包要从一个网络到另一个网络，当两个网络所支持传输的数据包的大小不相同时，IP协议就要在发送端将数据包分割，然后在分割的每一段前再加入控制信息进行传输。当接收端接收到数据包后，IP协议将所有的片段重新组合形成原始的数据。IP是一个无连接的协议。无连接是指主机之间不建立用于可靠通信的端到端的连接，源主机只是简单地将IP数据包发送出去，而数据包可
14、能会丢失、重复、延迟时间大或者IP包的次序会混乱。因此，要实现数据包的可靠传输，就必须依靠高层的协议或应用程序，如传输层的TCP。IP提供一种全网统一的地址，并在统一管理下进行地址分配，通过这种逻辑地址实现网际层地寻址，从而避免了网络接口层不同链路节点物理地址的差异。在IP层的分组叫做数据报或数据包。图3-3给出了IP数据报的格式。数据报是可变长度分组，它由两部分组成：首部和数据。首部的前一部分是固定长度，共20字节，所有IP数据报必须有的。后面的一些可选字段，其长度是可变的。IP报文结构为：IP协议头+载荷，对IP协议头部的分析是分析IP报文的主要内容之，下面是首部各字段的意义。任务3 IP
15、编址技术【任务引入】在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址。就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输数据时出现混乱。【任务分析】Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。在Internet网络中，网络地址唯一地标识一台计算机，这个地址就叫做IP（Internet Protocol的简写）地址。1物理地址与逻辑地址2IP地址的划分 IP协议主要是解决地址的问题。IP协议要寻找的“地址”是32位长，32比特的IP地址被划分为地址类别、网络号和
16、主机号，如图3-5所示。IP地址各部分比特的位数一旦确定，就等于确定了整个互联网中所能包含的网络数量以及各个网络所能容纳的主机数量。版本:占4bit，指IP协议的版本。目前广泛使用的版本号为Ipv4。首度长度:占4bit，以4字节为单位，取值为范围是515，所以首部长度范围是2060字节。服务类型TOS:占8bit，用来获得更好的服务。当网络流量较大时，路由器会根据服务类型TOS内不同字段的值，决定哪些数据报该先发送，哪些后发送。图3-3 IP数据报的格式总长度:占16bit，单位是字节，因此数据包的最大长度为65535节。虽然用尽可能长的数据报会使传输效率提高，但由于以太网的普遍应用，实际上
17、是用的数据报长度很少超过1500字节的。当数据报长度超过网络所允许的最大长度时，就必须将过长的数据报进行分片。数据报首部中和总长度字段是指分片后的首部长度与数据长度的总和。标识：占16bit，用于数据报的分片与重组。它一个计数器，当IP协议发送数据报时，他就将这个计数器的当前值复制到标识字段中。如果数据报要进行分片，则将这个值复制到每一个分片后的数据报片中。这些数据报片到了接收端，就按照标识字段的值使这些分片后的数据报片重组成为原来的数据报。标志（flag）:占3位。表示数据报的分片信息。目前只用低位的两个比特。最低位MF（More Fragment）:MF=1即表示后面还有分片的数据报。MF
18、=0表示这已经是若干数据报片中的最后一个。中间位DF（Dont Fragment）：DF=1表示不能分片。DF=0表示允许分片。片偏移：占有13位，以8个字节为偏移单位。分片后的分组在原分组中的相对位置。生存时间（TTL）：指数据报在网中的寿命，单位是秒。协议：占8bit，协议字段指此数据报携带的数据是使用何种协议，即位于IP层之上的协议是什么。当目的主机收到IP数据报，就根据协议字段的值将此IP数据报的数据部分交给其相应的上层协议处理。例如此字值的1，代表ICMP；6代表TCP；17代表UDP；89代表OSPF。首部校验和：占16位，IP首部校验和只检验IP数据报的首部，不包括数据部分。当然
19、源地址和目的地址部分肯定各占4个字节。(2)ICMP 网际控制报文协议（Internetwork Control Message Protocol）为IP提供差错报告。由于IP不保证服务的可靠性，在主机资源不足的情况下，它可能丢弃某些数据包，同时IP也不检查数据链路层遗失或丢弃的报文，为此设计者在IP层中加入了一类特殊用途的报文机制，即ICMP。向发送IP数据包的主机汇报错误就是ICMP的责任。例如，如果某台设备不能将一个IP数据包转发到另一个网络，它就向发送数据包的源主机发送一个消息，并通过ICMP解释这个错误。ICMP能够报告的一些普通错误类型有：目标无法到达、阻塞、回波请求和回波应答等。
20、ICMP是IP正式协议的一部分，其数据报是通过IP送出，如图3-4所示。图3-4 ICMP报文的封装（3）IGMP因特网组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）是在多播环境下使用的协议，它用来帮助多播路由器识别加入到一个多播组的成员主机。和ICMP相似，IGMP使用IP数据报传递其报文，即IGMP报文加上IP首部构成IP数据报，但它也IP提供服务。因此，IGMP不是一个单独的协议，而是属于整个网际协议IP的一个组成部分。(4)ARP和RARP地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)是指在TCP/IP网络环境下
21、，每个主机分配的IP地址只是一种逻辑地址，这样在传送时必须转换成物理地址，ARP协议就是完成这一功能的。反向地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)是指物理地址转换成逻辑地址。若站点初始化之后只有自己的物理网络地址而没有IP地址，这时它可以通过RARP协议发出广播请求，征寻自己的IP地址，而RARP服务器则回答这个问题，使无IP地址的站点通过RARP协议取得自己的IP地址。这个地址在下一次系统重新开始以前有效。RARP协议广泛用于获取无盘工作站的IP地址。2传输层协议(1)TCP 传输控制协议TCP(Transmission Control
22、 Protocol)向高层提供了面向连接的可靠报文段的传输服务。TCP 也是在IP 层之上，TCP报文段包括首部和数据字段两部分，封装在IP数据报中传输。IP 层向传输层提供了不可靠的数据报服务，可靠性的问题由 TCP 层自己完善地得以解决。TCP协议将源主机应用层的数据分成多个分段，然后将每个分段传送到网际层，网际层将数据封装为IP数据包，并发送到目的主机。目的主机的网际层将IP数据包中的分段传送给传输层，再由传输层对这些分段进行重组，还原成原始数据，传送给应用层。TCP协议还要完成流量控制和差错检验的任务，以保证可靠的数据传输。（2）UDP 用户数据报协议UDP(User Datagram
23、 Protocol)是一种无连接的传输服务，所以UDP协议非常简单，只是在IP数据报的基础上增加了端口的功能，以便在数据传输时识别端点。UDP协议在通信的过程中无连接、无确认，没有提供检测手段。UDP的真正意义在于高效率，UDP数据传输因为不需繁琐的连接、确认过程，所以可以得到非常高的传输效率。在高质量的物理网络（如局域网）条件下，在信息量较小、交互传输的应用中UDP是一种相当不错的传输协议。在 TCP/IP 协议中，如 TFTP、DNS等许多应用服务都使用UDP协议。UDP用户数据报文包括首部和数据字段两部分，封装在IP数据报中传输。3.3.应用层协议应用层协议在TCP/IP参考模型中，应用
24、层包括了所有的高层协议，而且总是不断有新的协议加入，应用层的协议主要有以下几种。（1）文件传输协议（FTP）：可以在本地和远程系统之间通过互联网进行远程文件传输，不但可以传输文本文件，还可以传输二进制文件。（2）超文本传输协议（HTTP）：用于Internet中客户机与WWW服务器之间的数据传输。（3）域名服务（DNS）：用于实现主机名与IP地址之间的映射。（4）远程登录协议（Telnet）：本地主机作为仿真终端，登录到远程主机上运行应用程序。（5）简单邮件传输协议（SMTP）：实现主机之间电子邮件的传送。（6）简单网络管理协议（SNMP）：实现网络的管理。（7）网络文件系统（NFS）：实现主
25、机之间的文件系统的共享。与OSI模型的应用层相同，TCP/IP模型中的应用为网络用户或应用程序提供完成特定网络服务功能所需的各种应用协议。【任务引入】在Internet上连接的所有计算机，从大型机到微型计算机都是以独立的身份出现，我们称它为主机。为了实现各主机间的通信，每台主机都必须有一个唯一的网络地址。就好像每一个住宅都有唯一的门牌一样，才不至于在传输数据时出现混乱。【任务分析】Internet的网络地址是指连入Internet网络的计算机的地址编号。在Internet网络中，网络地址唯一地标识一台计算机，这个地址就叫做IP（Internet Protocol的简写）地址。1物理地址与逻辑地
26、址在计算机寻址中经常会遇到“名字”、“地址”和“路由”这三个术语，它们之间是有较大区别的。名字是要找的，就像人名一样；而地址是用来指出这个名字在什么地方，就像人的住址一样；路由是解决如何到达目的地址的问题，就像已经知道了某个人住在什么地方，现在要考虑走什么路线、采用什么交通工具到达目的地方最为简便。不同的网络所采用的地址编址方法和内容均不相同。互联网通过路由器把各个通信子网互连。通信子网又称为物理网络，在物理网络内的节点都存在一个物理地址，这是各节点的惟一标识。在互联网中，不同物理地址连成虚拟网后必须有一个统一的地址，以便互联网上的主机（host）在整个网络上有一个惟一的节点标识，这就是IP地
27、址（即逻辑地址）。IP地址对各个物理网络地址的统一是通过上层软件进行的，这种软件没有改变任何物理地址，而是屏蔽了它们，建立了一种 IP 地址与它们之间的映射关系。这样，在互连网络层使用 IP 地址，到了底层，通过映射得到物理地址。IP地址作为互联网的逻辑地址也是层次型的。2IP地址的划分IP协议主要是解决地址的问题。IP协议要寻找的“地址”是32位长，32比特的IP地址被划分为地址类别、网络号和主机号，如图3-5所示。IP地址各部分比特的位数一旦确定，就等于确定了整个互联网中所能包含的网络数量以及各个网络所能容纳的主机数量。图3-5 IP地址的结构图3-6 点分十进制的IP表示方法 IP地址的
28、类别就是将IP地址划分为若干个固定类，每一类别地址都有两个固定长度的字段组成，分别为网络号和主机号。网络号用来标识主机或路由器所连接到的网络，主机号用来标识该主机或路由器。每一个IP数据报都包含源IP地址和目的IP地址，用来标识源和目的网络以及主机。每一个网络都有唯一的网络地址，所有连接到这个网络中的主机，都有相同的网络位和唯一的主机位。IP地址可分为A类、B类、C类、D类和E类。5类地址格式图3-7 IP地址分类(2)B类IP地址 B类IP地址用前面16位来标识网络号，其中最前面两位规定为“10”，16位标识主机号，也就是说B类地址的第一段“10000000至10111111”，转换成十进制
29、后即为128191之间，第一段和第二段合在一起表示网络地址，它的地址范围为128.0.0.0191.255.255.255。B类地址为214（16384）个，每个B类网络最多可以连接216（实际有效的主机数为是216-2=65534）台计算机。由于主机号全0和全1世界有特殊作用，一台主机能使用的B类地址的有效范围是128.0.0.1191.255.255.254，如图3-9所示。B类IP地址通常为中等规模的网络提供。图3-9 B类地址范围C类地址的范围（4）D类IP地址 D类IP地址用于多播组，一个多播组可能包括1台或更多主机，或根本没有。D类地址的最高位为1110，第一段取值为“111000
30、00至11101111”，转换成十进制即为224239，地址范围为224.0.0.0239.255.255.255。在多播操作中没有网络或主机位，数据包将传送到网络中选定的主机子集中，只有注册了多播地址的主机才能接收到数据包。Microsoft支持D类地址，用于应用程序将多播数据发送到网络间的主机上，包括WINS和Microsoft NetShow。（5）E类IP地址E类IP地址通常是不用的实验性地址，保留作为以后使用。E类地址第一字节的前4位为“1111”。3几种特殊的IP地址（1）广播地址 如果主机地址为全1，代表广播地址，广播地址是针对标识网络上所有主机的地址。如 136.147.255
31、.255 就是一个B 类网广播地址。（2）有限广播地址 有时需要在本网内广播，但又不知道本网的网络号，于是TCP/IP规定，32比特全为“1”的IP地址用于本网广播。因此，该地址称为“有限广播地址”，即255.255.255.255。（3）回送地址 A类IP地址中网络号127是个回送地址，所谓回送的含义是任何分组都不发向网络，而是又回到了应用程序中。这个地址主要用于对所安装的TCP/IP 软件是否配置合理的测试，最常用的是127.0.0.1。（4）0地址 TCP/IP规定，主机号全为“0”时，表示“本地网络”。例如，“10.0.0.0”表示“10”这个A类网络，“192.168.1.0”表示“
32、192.168.1”这个C类网络。有了这些特殊地址后，不同类网络能表示的网络数和主机数就要有些出入了，比如A类网的网络数实际上不是128，而是126个，各类网内主机数也应减去2。4 4专用专用IPIP地址地址 互联网上的IP地址统一由一个叫“IANA”(Internet Assigned Numbers Authority，互联网网络号分配机构)的组织来管理。IANA在IP地址中保留了三个地址字段，他们只在某机构的内部有效，不会被路由器转发到公网中。这些IP地址存在的意义是：假定在一个机构内部的计算机通信也是采用TCP/IP协议，那么原则上讲，对于这些仅在机构内部使用的计算机就可以由本机进行自
33、行分配其IP地址。就是说，让这些计算机使用仅在本机构有效地IP地址，而不需要向因特网管理机构申请全球唯一的IP地址，这样做既可以避免与合法的Internet地址造成冲突，又可以节省宝贵的全球IP地址资源。我们将这样的IP地址称为专用地址（Private Addres）。这些地址只能用作本地址而不能用作全部地址。在因特网中的所有路由器对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。这些专用地址是：A类：10.0.0.010.255.255.255 B类：172.16.0.0172.31.255.255 C类：192.168.0.0192.168.255.2555.5.地址解析地址解析 互联网是由许多
34、物理网络和一些如路由器和网关的连网设备所组成。从源主机发出的分组在到达目的主机之前，可能经过许多不同的物理网络。在网络级上，主机和路由器用它们的逻辑地址来标志。在物理级上，主机和路由器用它们的物理地址来标志。物理地址是本地地址，如以太网和令牌环中的48位MAC地址，它被写入装在主机或路由器的网络接口卡。报文发送到主机或路由器需要两级地址：逻辑地址和物理地址。ARP可将逻辑地址映射为物理地址；RARP将物理地址映射为逻辑地址。在任何时候，当主机或路由器有数据报要发送给另一个主机或路由器时，它必须有接收端的逻辑地址。但是IP数据报必须封装成帧才能通过物理网络。这就表示，发送端必须有接收端的物理地址
35、。因此需要从逻辑地址到物理地址的映射。此时它发送ARP查询报文，这个报文包括发送端的物理地址和IP地址，以及接收端的IP地址。因为发送端不知道接收端的物理地址，查询就在网络上广播。ARP的工作过程如下，发送端知道的地址。IP请求ARP产生ARP请求报文，填入发送端的物理地址、发送端的IP地址以及目标IP地址等。这个报文发送给数据链路层，在这一层它被封成帧，使用发送端的物理地址作为源地址，而将物理广播地址作为目的地址。每一个主机或路由器都收到这个帧。因为这个帧使用了广播目的地址，所有的站都把这个报文送交给ARP。除了目标机器外，所有的机器都丢弃这个报文。目标机器识别这个IP地址。目标机器用ARP
36、回答报文进行应答，这个报文包含它的物理地址。这时报文使用单播应答。注：单播是指一个源地址发送一个目的地址。发送端收到这个回答报文。它现在知道了目标机器的物理地址。携带发给目标机器的IP数据报封装成帧，用单播发送给目的站。图3-11 ARP的工作过程任务4 子网技术【任务引入】出于对管理和安全方面的考虑，许多单位把一网络划分为多个物理网络，并使用路由设备将它们连接起来。将一个网络划分成更小的一系列物理网络，这些物理网络统称为子网【任务分析】1划分子网的目的（1）充分利用地址如果我们将一个网络划分成若干个子网，就可以使IP地址应用更加有效。例如，对一个B类网络“163.246.0.0”，可以有65
37、534个主机，这么多的主机在单一的网络下是不能工作的。因些，为了能更有效的使用地址空间，有必要把可用地址分配给更多较小的网络。（2）更安全的管理网络 将原有的同处于同一个网段上主机分成不同的网段或子网，同时也将原来的一个广播域划分成了若干个较小的广播域，减少了网络广播风暴所造成的网络拥塞。由于网络中只有在同一个子网内的主机才能进行直接能通信，不同的子网可分配给不同的部门，部门之间增加了网络的安全性。2划分子网的方法任务4 子网技术在图中，网络172.16.0.0被分成了三个子网，分别是：172.16.1.0，172.16.2.0，172.16.3.0。一个B类地址172.16.0.0在划分子网
38、后，网络号的位数增加了。由原来的16位变成了24位。我们增加了网络位称之为子网号。如图3-13所示，子网号是网络号的一个延伸，网络管理者可以根据自已的需要决定子网号的位数。划分子网的方法是从网络的主机号借用若干个比特作为子网号，而主机号也就相应减少了若干个比特。于是，一个IP数据包的路由分为了三步走：主类网络号、子网号和主机号。值的注意的是，路由器的每个端口要连接不同的网段上，即属于不同的主网络或子网络。并且划分一个子网，付出的代价就是丢失了2个地址。在为子网中的主机地址同样不能是全0或全1。3子网掩码 子网掩码与IP地址一样，子网掩码也是一个32位的二进制数，可以用8位位组的方法来表示。给出
39、子网掩码时，当某位对应网络号或子网号时，使该位为1；某位对应主机号时，使该位为0。标准的A类、B类和C类地址都有一个默认的子网掩码。任务4 子网技术4子网掩码的标注（1）无子网的标注法 对无子网的IP地址，可写成主机号为0的掩码。（2）有子网的标注法 有子网时，IP地址与子网掩码一定要配对出现。两个IP地址如果属于同一网络区间，这两个地址间的信息交换就不通过路由器。任务4 子网技术5子网络划分的规则 在RFC文档中，RFC950规定了子网划分的规范，其中对网络地址中的子网号作了如下的规定：由于网络号全为“0”代表的是本网络，所以网络地址中的子网号也不能全为“0”，子网号全为“0”时，表示本子网
40、网络。由于网络号全为“1”表示的是广播地址，所以网络地址中的子网号也不能全为“1”，全为“1”的地址用于向子网广播。虽然Internet的RFC950文档禁止使用子网网络号全为0（全0子网）和子网网络号全为1子网网络，但在实际实情况中，很多供应商的产品都支持全0和全1子网。在现代网络技术中，可变长子网划分和CIDR，他们都支持全0和全1子网。6可变长子网的掩码 前面定义子网掩码时，将整个网络中的子网掩码都假设为同一个掩码。也就是说，无论各个子网中容纳了多少台主机，只要这个网络被划分了子网，这些子网都将使用相同的子网掩码。然而在许多的情况下，网络中不同的子网连接的主机数可能有很大的差别。这就需要
41、在一个主网络中定义多个子网掩码。任务4 子网技术7 7子网划分实例子网划分实例划分子网时计算掩码是关键。(1)利用子网数来计算问题提出：某公司拥有一个C类IP地址192.168.10.0，公司总共有五个部门，请问如何划分子网，且每个部门最多少台主机？解决方法：在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。将子网数目转化为二进制来表示。取得该二进制的位数，为 N。取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的的前N位置 1 即得出该IP地址划分子网的子网掩码。具体步骤：5=101 该二进制为3位数，N=3 将C类地址的子网掩码255.255.255.0的主机地址前3
42、位置 1，得到 192.168.10.0/27=255.255.255.11100000=255.255.255.224，即为划分成 5个子网的C类IP地址 192.168.10.0的子网掩码。C类IP地址实际从第四字节的主机地址借了3位，即子网数为23=8，第四字节的主机地址部分变成了5位，主机IP地址数为25-2=30个。任务4 子网技术所有子网的有效IP地址如下:192.168.10.000 00000 192.168.10.00011111192.168.10.1 192.168.10.30192.168.10.001 00000 192.168.10.00111111192.168.
43、10.33 192.168.10.62192.168.10.010 00000 192.168.10.01011111192.168.10.65 192.168.10.94192.168.10.011 00000 192.168.10.01111111192.168.10.97 192.168.10.126192.168.10.100 00000 192.168.10.10011111192.168.10.129192.168.10.158192.168.10.101 00000 192.168.10.10111111192.168.10.161192.168.10.190192.168.10
44、.110 00000 192.168.10.11011111192.168.10.193192.168.10.222192.168.10.111 00000 192.168.10.11111111192.168.10.225192.168.10.254（2）利用主机数来计算 问题提出：欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台。解决方法：将主机数目转化为二进制来表示。如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数为 N，这里肯定 N8，这就是说主机地址将占据不止8位。将该类IP地址的前(32-N)位全部置1，即为子网掩码值
45、。具体步骤：（1）700=10 10111100（2）该二进制为十位数，N=10（3）子网掩码168.195.0.0/(32-10)=168.195.0.0/22=255.255.11111100.00000000=255.255.252.0。这就是欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。B类IP地址实际从第三字节的主机地址借了6位，即子网数为26=64；第三字节的主机地址部分变成了2位，再加第四字节的8位，主机IP地址数为210-2=1022个。（3）注意事项 使用某类IP地址划分更多子网时，在每个子网上的可用主机地址数目会比原先减少。在计算子网掩码时，我们要
46、注意IP地址中的保留地址，即0地址和广播地址，它们是指网络中主机地址全为0或1时的IP地址，它们代表着本网络地址和广播地址，一般是不能被计算在内的。现代网络技术中，可变长子网划分支持全0和全1子网。8 8超网和无类域间路由超网和无类域间路由 无类域间路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）在RFC 1517RFC 1520中都有描述。提出CIDR的初衷是为了解决IP地址空间即将耗尽（特别是B类地址）的问题。CIDR并不使用传统的有类网络地址的概念，即不再区分A、B、C类网络地址。在分配IP地址段时也不再按照有类网络地址的类别进行分配，而是将IP网络地址空间
47、看成是一个整体，并划分成连续的地址块。然后，采用分块的方法进行分配。在CIDR技术中，常使用子网掩码中表示网络号二进制位的长度来区分一个网络地址块的大小，称为CIDR前缀。如IP地址210.31.233.1，子网掩码255.255.255.0可表示成210.31.233.1/24；IP地址166.133.67.98，子网掩码255.255.0.0可表示成166.133.67.98/16；IP地址192.168.0.1，子网掩码255.255.255.240可表示成192.168.0.1/28等。CIDR可以用来做IP地址汇总（或称超网，Super netting）。在未作地址汇总之前，路由器需
48、要对外声明所有的内部网络IP地址空间段。这将导致Internet核心路由器中的路由条目非常庞大（接近10万条）。采用CIDR地址汇总后，可以将连续的地址空间块总结成一条路由条目。路由器不再需要对外声明内部网络的所有IP地址空间段。这样，就大大减小了路由表中路由条目的数量。例如，某公司申请到了1个网络地址块（共8个C类网络地址）：210.31.224.0/24-210.31.231.0/24，为了对这8个C类网络地址块进行汇总，采用了新的子网掩码255.255.248.0，CIDR前缀为/21。如图3-20所示。可以看出，CIDR实际上是借用部分网络号充当主机号的方法。在图3-32中，因为8个C
49、类地址网络号的前21位完全相同，变化的只是最后3位网络号。因此，可以将网络号的后3位看成是主机号，选择新的子网掩码为255.255.248.0(1111,1000)，将这8个C类网络地址汇总成为210.31.224.0/21。利用CIDR实现地址汇总有两个基本条件：待汇总地址的网络号拥有相同的高位。如图3-32中8个待汇总的网络地址的第3个位域的前5位完全相等，均为11100。待汇总的网络地址数目必须是2n，如2个、4个、8个、16个等等。否则，可能会导致路由黑洞（汇总后的网络可能包含实际中并不存在的子网）。CIDR的应用任务4 子网技术任务5 IPv6技术【任务引入】IP协议是因特网的核心协
50、议。现在使用的IP（IPv4）是在20世纪70年末期设计的，无论从计算机本身发展还是从因特网规模和网络传输速率来看，现在IPv4已很不适用了。要解决IP地址耗尽的问题，虽然各方面都在研究一些补救的方法，如用地址翻译(NAT)来缓解IP地址的紧张，用无类域间路由选择来改善路由性能等，但这些方法只能给IPv4带来暂时的改善，并不能解决长远的地址匮乏问题。【任务分析】为了解决现行因特网出现的问题，IETF于1992年开始开发IPv6协议，1995年12月在RFC1883中公布了建议标准（proposal standard），1996年7月和1997年11月先后发布了版本2和2.1的草案标准（draf