ch03IP业务承载网02

第三章IP业务承载网络参考教材第三、四章2019/10/20通信网基础2提纲网际互连协议IP编址IP数据报的格式IP分组的转发IP路由协议多协议标签交换IP网络组网和规划2019/10/20通信网基础3IP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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2019/10/20通信网基础4IPv4地址结构Internet网络Internet的概念层次网络主机主机主机主机子网主机网络子网网络号主机号IP地址的概念结构2019/10/20通信网基础51.传统的分类地址IP地址长度为32bit，包括网络号（网络前缀）和主机号不同的地址类型定义了地址中网络号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号和主机号组播（Multicast）地址101保留使用101111D类E类主机号网络前缀241680主机号网络前缀10主机号网络前缀10115233101234567C类B类A类2019/10/20通信网基础6IP地址表示法IP地址的表示法：“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，IP地址0xC0020304可表示为192.2.3.4。每个地址类的点分十进制范围A1.XXX.XXX.XXX~126.xxx.xxx.xxxB128.1.xxx.xxx~191.254.xxx.xxxC192.0.1.xxx~223.255.254.xxx2019/10/20通信网基础72、子网划分分类地址（classfuladdess）的缺陷：地址分配不够灵活，地址空间消耗速度快，……子网划分技术：将较大的分类地址空间划分成多个小的子网。划分子网的方法是将IP地址的主机号部分分成两部分，高比特位部分用来标识子网，剩余部分仍然作为主机号。借用的主机比特数据不同，得到的子网的大小也不同。2019/10/20通信网基础8带子网标识的IP地址结构2019/10/20通信网基础9子网掩码为了区分一个IP地址的网络部分（网络＋子网）和主机部分，采用了子网掩码的技术。子网掩码是一个32位的二进制数，它指定了子网标识和主机号的分界点，即对应IP地址网络号和子网标识的位全部置1，主机号部分全部置0。将一个IP地址与它的掩码相“与”，得出的结果即为该IP地址所在的网段。子网划分时，子网掩码的位数可以根据需要确定。2019/10/20通信网基础10子网掩码1451300255255002552552550IPAddressDefaultSubnetMask8-bitSubnetMaskNetworkHostNetworkHostNetworkSubnetHost2019/10/20通信网基础11二进制表示147.12.17.110010011000011000001000100000001B类码正常掩码255.255.0.011111111111111110000000000000000得出网段147.12.0.010010011000011000000000000000000借4bit主机位作为网络号掩码11111111111111111111000000000000子网号为147.12.16.010010011000011000001000000000000由IP地址和子网掩码计算子网地址2019/10/20通信网基础12案例1Othersubnets20subnets5hostspersubnetClassCaddress:201.222.5.0201.222.5.16201.222.5.32201.222.5.482019/10/20通信网基础13如果把8个bit中的5个bit作为掩码，最多可以容纳32个子网符合要求。而剩下的3个bit用作主机号，可以容纳6个主机（主机号全0代表本网段，全1代表本网广播地址）。子网掩码是255.255.255.248子网号都是8的倍数，如201.222.5.8,201.222.5.16,201.222.5.24,……,210.222.5.248。子网201.222.5.16的主机地址范围：201.222.5.16（子网号）,201.222.5.17，201.222.5.18，201.222.5.19，201.222.5.20，201.222.5.21，201.222.5.22，201.222.5.23.(子网广播)。2019/10/20通信网基础14子网划分的步骤①确定需要多少个子网。②确定需要多少个主机号来标识每个子网上的每台主机。③综合考虑子网数和子网中的主机数后，确定子网掩码。④确定标识每个子网的网络号。⑤确定每个子网上可以使用的主机号范围。2019/10/20通信网基础153、无分类编址CIDR虽然划分子网方法是对IP地址结构有价值的扩充，但是它还要受到一个基本的限制：整个网络只能有一个子网掩码。因此，当用户选择了一个子网掩码(也就意味着每个子网内的主机数确定了)之后，就不能支持不同尺寸的子网了。在现实世界中，对子网的要求是不一样的，希望一个组织或网络把其分成相同大小的子部分很不现实。因此，使用固定长度的子网掩码会导致子网内IP主机地址的浪费。2019/10/20通信网基础16考虑一个具有C类地址的组织，它需要划分5个子网，每个子网连接的主机数分别为：60、60、60、30、30。如果选择2bit的子网掩码，则可划分4个子网，62个地址/子网。（不行）如果选择3bit的子网掩码，则可划分8个子网，30个地址/子网。（不行）怎么办？？？案例22019/10/20通信网基础171987年，RFC1009就指明了在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用可变长子网掩码VLSM(VariableLengthSubnetMask)可进一步提高IP地址资源的利用率。利用VLSM，可把一个地址空间划分为若干大小不同的子网。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。可变长子网掩码2019/10/20通信网基础18案例2解决办法255.255.255.192255.255.255.224R62主机62主机62主机30主机30主机2019/10/20通信网基础19CIDR在VLSM的基础上又进一步研究出无分类编址方法，它的正式名字是无分类域间路由选择CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。CIDR将VLSM概念扩展到了Internet的路由系统上。它允许对地址空间进行递归分配，有Internet注册分配给高一级的ISP，再由该ISP将某个子网分配给一个中等规模的ISP，依次类推，最后将一个更小的子网分配给公司的私有网络。公司可以使用VLSM将ISP分配给他们的地址空间分为更小的一些子网。可见：VLSM和CIDR从概念上讲是相同的，差别仅仅在于规模。2019/10/20通信网基础20CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。CIDR最主要的特点2019/10/20通信网基础21无分类的两级编址的记法是：IP地址={网络前缀,主机号}CIDR还使用“斜线记法”(slashnotation)，它又称为CIDR记法，即在IP地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的比特数。CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成“CIDR地址块”。无分类的两级编址2019/10/20通信网基础22CIDR地址块128.14.32.0/20表示的地址块共有212个地址（因为斜线后面的20是网络前缀的比特数，所以主机号的比特数是12）。这个地址块的起始地址是128.14.32.0。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20地址块”。128.14.32.0/20地址块的最小地址：128.14.32.0128.14.32.0/20地址块的最大地址：128.14.32.255全0和全1的主机号地址一般不使用。2019/10/20通信网基础234、私有地址三个网络地址范围保留为内部网络（私有网）使用，它们是：10.0.0.0-10.255.255.255172.16.0.0-172.31.255.255192.168.0.0-192.168.255.255不能用这些地址访问Internet。使用这些地址范围的公司或者使用代理服务器或网络地址转译器(networkaddresstranslator,NAT)作为Intranet与Internet的中介。2019/10/20通信网基础24提纲网际互连协议IP编址IP数据报的格式IP分组的转发IP路由协议多协议标签交换IP网络组网和规划2019/10/20通信网基础25IP协议：无连接的分组转发IP负责源到宿的主机间的数据报传递IP层采用无连接的、尽力而为的机制，不能保证传输的正确性：不作验证、确认，也不保证分组传输的顺序2019/10/20通信网基础26IPv4分组IP头——网络层（IP协议）的协议控制单元传输头——传输层（TCP/UDP）的协议控制单元净荷——承载应用层的数据，可变长度DataLink帧头传输层头UDP/TCPIP头应用数据版本号头长度服务类型分组总长度标识标志分段偏移生存时间协议分组头校验和源地址目的地址选项最大64KBytes2019/10/20通信网基础27IP分组的结构IP分组的构成：分组头+数据版本V头长HL标识符Identification总长度TLEN服务类型TOS分片偏移量Offset标志Flag生存时间TTL协议Protocol分组头校验和Checksum源IP地址Source目的IP地址DestinationIP选项Option填充Pad数据：048161924312019/10/20通信网基础28IPv4分组头版本号（Version）：IPv4和IPv6，目前的版本为4分组头的长度（HL）和分组总长度（TotalLength）HL(4byte)：给出以32bit长为单位的IP分组头的长度典型的IP分组头（不含选项）长度为20字节，HL=5TTL(16bit)：以字节为单位的IP分组的总长度总长度=IP分组头长度+数据区长度TTL可表示的最大长度（即IP分组的最大长度）为65535字节2019/10/20通信网基础29IPv4分组头协议类型（PROTOCOL）8位整数，指出数据区中承载的数据所采用的高层协议协议类型的编码是预定义的：TCP=6UDP=17ICMP=1OSPF=892019/10/20通信网基础30IPv4分组头服务类型（TOS–TypeOfService）优先权DTR未用01234567用户希望的传输类型：D：低时延T：高吞吐率R：高可靠性C:低代价分组的优先权（Precedence)：体现本分组的重要程度（0~7）0：一般优先权7：网络控制优先权版本4中未使用C2019/10/20通信网基础31IPv4分组头生存时间（TTL–TimeToLive，1byte）用来防止IP分组在网络中出现无限循环分组产生时TTL被设置一个初值；每经过一个路由器其值都将减少；当TTL=0时，该分组将被丢弃。TTL指定的不是一个精确的时间（以hop为单位）分组头的校验和（2byte）用