第四章网络层.ppt

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1、第四章第四章 网络层网络层OUTLINE4.1 数据交换4.2 网际协议IP4.3 路由选择协议4.4 VPN和NAT4.1 数据交换p电路交换电路交换p报文和分组交换报文和分组交换p存储转发（存储转发（store-and-forward exchanging）p报文（报文（message exchanging）p报文分组交换报文分组交换（packet exchanging）p虚电路交换虚电路交换 线路交换方式n线路交换是面向连接的服务；线路交换是面向连接的服务；n两台计算机通过通信子网进行数据交换之两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的前，首先要在通信子网中

2、建立一个实际的物理线路连接；物理线路连接；n线路交换在数据传输过程中要经过建立连线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段；接、数据传输与释放连接的三个阶段；n线路交换方式的优点是：通信实时性强，线路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信；适用于交互式会话类通信；n线路交换方式的缺点是：对突发性通信不线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低，系统不具有存储数据适应，系统效率低，系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量。的能力，不能平滑交通量。线路交换过程示意图电路交换举例nA 和 B 通话经过四个交换机n通话在 A 到 B 的连接上进行(交

3、换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换举例nC 和 D 通话只经过一个本地交换机n通话在 C 到 D 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA电路交换特点n计算机数据具有突发性。n这导致通信线路的利用率很低。n质量好报文与分组交换报文与分组交换采用存储转发方法采用存储转发方法存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别：n发发送送的的数数据据与与目目的的地地址址、源源地地址址、控控制制信信息息按按照照一一定定格格式式组组成成一一个个数数据据单单元元（报报文文或或报报文文分分组组）进入通信子网；进入通信子网

4、；n通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。发功能。存储转发方式的优点n由由于于通通信信子子网网中中的的通通信信控控制制处处理理机机可可以以存存储储分分组组，多个分组可以共享通信信道，线路利用率高；多个分组可以共享通信信道，线路利用率高；n通通信信子子网网中中通通信信控控制制处处理理机机具具有有路路选选功功能能，可可以以动动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；n可以平滑通信量，提高系统效率；可以平滑通信量，提高系统效率；

5、n分分组组在在通通过过通通信信子子网网中中的的每每个个通通信信控控制制处处理理机机时时，均均要要进进行行差差错错检检查查与与纠纠错错处处理理，因因此此可可以以减减少少传传输输错误，提高系统可靠性；错误，提高系统可靠性；n通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。报文与报文分组n数据通过通信子网传输时可以有报文数据通过通信子网传输时可以有报文（message）与报文分组（与报文分组（packet）两种方式；两种方式；n报文传输：不管发送数据的长度是多少，都报文传输

6、：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；把它当作一个逻辑单元发送；n报文分组传输：限制一次传输数据的最大长报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。送结点就将它分成多个报文分组发送。报文和报文分组结构报文和报文分组结构 n由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；重发花费的时间较少；n限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；的存储空间

7、利用率与传输效率；n公用数据网采用的是分组交换技术。公用数据网采用的是分组交换技术。分组交换分组交换 n在分组交换中，分组传送之间不需要预先在在分组交换中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立源主机与目的主机之间建立“线路连接线路连接”；n源主机所发送的每一个分组都可以独立地选源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；择一条传输路径；n每个分组在通信子网中可能是通过不同的传每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。输路径到达目的主机。报文分组方式的工作原理示意图报文分组方式的工作原理示意图 报文分组交换的主要特点 n在发送端，先把较长的报文划分成较短的、

8、固定长度的数据段。1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文添加首部构成分组n每一个数据段前面添加上首部构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3请注意：现在左边是“前面”分组交换的传输单元n分组交换网以“分组”作为数据传输单元。n依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性n每一个分组的首部都含有地址等控制信息。n分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。n用这样的存储转发方式，最后分组

9、就能到达最终目的地。收到分组后剥去首部n接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据最后还原成原来的报文n最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。n这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。报文1101000110101010110101011100010011010010分组交换工作方式的特点分组交换工作方式的特点n同同一一报报文文的的不不同同分分组组可可以以由由不不同同的的传传输输路路径径通通过过通通信信子子网；网；n同同一一报报文文的的不不同同分分组组到到达达目目的的结结点点时时可可能能

10、出出现现乱乱序序、重重复与丢失现象；复与丢失现象；n每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；n数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。适用于长报文、会话式通信。虚电路方式虚电路方式 n虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，处分发挥两种方法的优点，以达到最佳合起来，处分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果的数据交换效果;n数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之数据报方式在分组发送之前，发送方

11、与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路的虚电路;n虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。电路释放阶段。n虚虚电路方式电路方式 原理示意图原理示意图虚电路的特点虚电路的特点n在在每每次次分分组组发发送送之之前前，必必须须在在发发送送方方与与接接收收方方之之间间建建立立一一条条逻逻辑辑连连接接。这这是是因因为为

12、不不需需要要真真正正去去建建立立一一条条物物理理链链路路，连连接接发发送送方方与与接接收收方方的的物物理理链链路已经存在；路已经存在；n一一次次通通信信的的所所有有分分组组都都通通过过这这条条虚虚电电路路顺顺序序传传送送，因因此此报报文文分分组组不不必必带带目目的的地地址址、源源地地址址等等辅辅助助信信息息。分分组组到到达达目目的的结结点点时时不不会会出出现现丢丢失失、重重复复与与乱序的现象；乱序的现象；n分分组组通通过过虚虚电电路路上上的的每每个个结结点点时时，结结点点只只需需要要做做差错检测，而不需要做路径选择；差错检测，而不需要做路径选择；n通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚通信

13、子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。电路连接。虚电路方式与线路交换方式的虚电路方式与线路交换方式的不同之处不同之处n虚电路是在传输分组时建立起的逻辑连接，称为虚电路是在传输分组时建立起的逻辑连接，称为“虚电路虚电路”是因为这种电路不是专用的。每个结点到其它结点间可是因为这种电路不是专用的。每个结点到其它结点间可能有无数条虚电路存在；能有无数条虚电路存在；n一个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路；一个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路；n每条虚电路支持特定的两个结点之间的数据传输。每条虚电路支持特定的两个结点之间的数据传输。由于虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点，由于

14、虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点，因此在计算机网络中得到了广泛的应用。因此在计算机网络中得到了广泛的应用。虚电路服务与数据报服务的对比对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量

15、控制可以由网络负责，也可以由用户主机负责由用户主机负责4.2 网际协议IP n网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。与 IP 协议配套使用的还有四个协议：n地址解析协议 ARP (Address Resolution Protocol)n逆地址解析协议 RARP (Reverse Address Resolution Protocol)n网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)n网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)网际层的 IP 协议及配套协议各种应用

16、层协议 网络接口层(HTTP,FTP,SMTP 等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层（网际层）IGMPn互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：n不同的寻址方案n不同的最大分组长度n不同的网络接入机制n不同的超时控制n不同的差错恢复方法n不同的状态报告方法n不同的路由选择技术n不同的用户接入控制n不同的服务（面向连接服务和无连接服务）n不同的管理与控制方式 虚拟互连网络 n中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。n物理层中继系统：转发器(repeater)。n数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。n网络层中继系

17、统：路由器(router)。n网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。n网络层以上的中继系统：网关(gateway)。网络互相连接起来要使用一些中间设备 n当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。n网关由于比较复杂，目前使用得较少。n互联网都是指用路由器进行互连的网络。n由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关。网络互连使用路由器 互连网络与虚拟互连网络 网络网络网络网络网络(a)互连网络(b)虚拟互连网络路由器 虚拟互连网络（互联网）虚拟互连网络的意义 n所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络

18、，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。n使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。n使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。5432154321主机H1 主机 H2 R1 R4 R5 R2 R3 R1 R2 R3H1 R5 H2 R4间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付32 21 132 21 132 21 132 21 132 21 1分组在互联网中的传送 从网络层看 IP 数据报的传送

19、n如果我们只从网络层考虑问题，那么 IP 数据报就可以想象是在网络层中传送。网络层网络层网络层网络层网络层网络层网络层IP 数据报H1R1R2R3R4R5H2IP 数据报的格式 n一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。n首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。n在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报

20、首部发送在前可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分可变部分区 分 服 务发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度

21、片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本占 4 位，指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4(即 IPv4)区 分 服 务1.IP 数据报首部的固定部分中的各字段 首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。区

22、分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分区分服务占 8 位，用来获得更好的服务在旧标准中叫做服务类型，1998 年这个字段改名为区分服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占

23、16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification)占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字

24、 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(flag)占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(12 位)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以

25、 8 个字节为偏移单位。区 分 服 务偏移=0/8=0偏移=0/8=0偏移=1400/8=175偏移=2800/8=350140028003799279913993799需分片的数据报数据报片 1首部数据部分共 3800 字节首部 1首部 2首部 3字节 0数据报片 2数据报片 314002800字节 0【例4-1】IP 数据报分片首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分生存时间(8 位)记为 TTL(Time To Live)数据

26、报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分协议(8 位)字段指出此数据报携带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程区 分 服 务运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地

27、 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部检验和(16 位)字段只检验数据报的首部不检验数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节区 分 服 务2.IP 数据报首部的可变部分 nIP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。n选项字段的长度可

28、变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。n增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。n实际上这些选项很少被使用。IP 层转发分组的流程 n有四个 A 类网络通过三个路由器连接在一起。每一个网络上都可能有成千上万个主机。n可以想像，若按目的主机号来制作路由表，则所得出的路由表就会过于庞大。n但若按主机所在的网络地址来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就只包含 4 个项目。这样就可使路由表大大简化。网 110.0.0.0 网 440.0.0.0 网 330.0.0.0 网 22

29、0.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，对每一条路由，最主要的是（目的网络地址，下一跳地址）查找路由表根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是：n IP 数据报最终一定

30、可以找到目的主机所在目的网络上的路由器（可能要通过多次的间接交付）。n 只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机进行直接交付。特定主机路由 n这种路由是为特定的目的主机指明一个路由。n采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。n202.38.64.0 0.0.0.0 R1 默认路由(default route)n路由器还可采用默认路由以减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间。n这种转发方式在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的。n默认路由在主机发送 IP 数据报时往往更能显示出它的好处。n如果一个主机连接在一个

31、小网络上，而这个网络只用一个路由器和因特网连接，那么在这种情况下使用默认路由是非常合适的。n0.0.0.0 0.0.0.0 R1N1R1因特网目的网络 下一跳 N1 直接 N2 R2 默认 R1路由表N2R2只要目的网络不是 N1 和 N2，就一律选择默认路由，把数据报先间接交付路由器 R1，让 R1 再转发给下一个路由器。必须强调指出 nIP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址”。n当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 数据报，而是送交下层的网络接口软件。n网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址，

32、并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。分组转发算法(1)从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D,得出目的网络地址为 N。(2)若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。(3)若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。(4)若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5)若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6)报告转发分组出错

33、。N1R1因特网N2R2128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.

34、2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12【例4-4】已知互联网和路由器 R1 中的路由表。主机 H1 向 H2 发送分组。试讨论 R1 收到 H1 向 H2 发送的分组后查找路由表的过程。主机 H1 要发送分组给 H2 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.3

35、0.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138请注意：H1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知道 H2 的 IP 地址是128.30.33.138因此 H1 首先检查主机 128.30.33.138 是否连接在

36、本网络上如果是，则直接交付；否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128

37、.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12主机 H1 首先将本子网的子网掩码 255.255.255.128与分组的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“与”(AND 操作)255.255.255.128 AND 128.30.33.138 的计算255 就是二进制的全 1，因此 255 AND xyz=xyz，这里只需计算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128255.255.255.128128.30.33.

38、138128.30.33.128逐比特 AND 操作 H1 的网络地址因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1然后逐项查找路由表128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.2

39、55.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33

40、.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138=128.30.33.128不匹配!（因为128.30.33.128 与路由表中的 128.30.33.0 不一致）R1 收到的分组

41、的目的 IP 地址：128.30.33.138不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 128.30.33.10目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表（未给出默认路由器）128.30.33.13H1子网1：网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128128.30.33.130R11R2子网2：网络地址 128.30.33.

42、128 子网掩码 255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128 AND 128.30.33.138=128.30.33.128匹配!这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络R1 收到的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138一致!n一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。

43、n路由聚合也称为构成超网(supernetting)。nCIDR 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码）。n对于/20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。路由聚合(route aggregation)构成超网 n前缀长度不超过 23 位的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。n这些 C 类地址合起来就构成了超网。nCIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。n网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。CIDR 地址块划分举例 因特网206.0.68.0/22206

44、.0.64.0/18ISP大学 X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23 单位 地址块 二进制表示 地址数 ISP 206.0.64.0/18 11001110.000000

45、00.01*16384 大学 206.0.68.0/22 11001110.00000000.010001*1024 一系 206.0.68.0/23 11001110.00000000.0100010*512 二系 206.0.70.0/24 11001110.00000000.01000110.*256 三系 206.0.71.0/25 11001110.00000000.01000111.0*128 四系 206.0.71.128/25 11001110.00000000.01000111.1*128CIDR 地址块划分举例 因特网206.0.68.0/22206.0.64.0/18IS

46、P大学 X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路

47、由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 206.0.64.0/18 就能找到该 ISP。最长前缀匹配n使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。n应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配(longest-prefix matching)。n网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体(more specific)。n最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。最长前缀匹配举例收到的分组的目的地址 D=206.0.71.128路由表中的项目：206.0.68.0/22

48、（ISP）206.0.71.128/25 （四系）查找路由表中的第 1 个项目AND D=206.0.01000100.0第 1 个项目 206.0.68.0/22 的掩码 M 有 22 个连续的 1(252)。M=11111111 11111111 11111100 00000000因此只需把 D 的第 3 个字节转换成二进制。M=11111111 11111111 11111100 00000000206.0.01000100.0与 206.0.68.0/22 匹配最长前缀匹配举例收到的分组的目的地址 D=206.0.71.128路由表中的项目：206.0.68.0/22 （ISP）206

49、.0.71.128/25 （四系）再查找路由表中的第 2 个项目AND D=206.0.71.10000000第 2 个项目 206.0.71.128/25 的掩码 M 有 25 个连续的 1。M=11111111 11111111 11111111 10000000因此只需把 D 的第 4 个字节转换成二进制。M=11111111 11111111 11111111 10000000206.0.71.10000000与 206.0.71.128/25 匹配最长前缀匹配D AND(11111111 11111111 11111100 00000000)=206.0.68.0/22 匹配D AN

50、D(11111111 11111111 11111111 10000000)=206.0.71.128/25 匹配n选择两个匹配的地址中更具体的一个，即选择最长前缀的地址。使用二叉线索查找路由表n当路由表的项目数很大时，怎样设法减小路由表的查找时间就成为一个非常重要的问题。n为了进行更加有效的查找，通常是将无分类编址的路由表存放在一种层次的数据结构中，然后自上而下地按层次进行查找。这里最常用的就是二叉线索(binary trie)。nIP 地址中从左到右的比特值决定了从根结点逐层向下层延伸的路径，而二叉线索中的各个路径就代表路由表中存放的各个地址。n为了提高二叉线索的查找速度，广泛使用了各种压