第九章网络互连 如果说由于微机的普及和发展,导致了若干台计算机相互连接,形成了局域网,那么网 络的普及则导致了网络互连的出现,即将若干个网络互连形成一个互联网络,从而实现了更 大范围的数据通信和资源共享 9.1网络互连的概述 9.1.1互联网的概念 目前,计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连而成。通常在谈到“互连”时,就 已暗示这些相互连接的计算机能进行相互通信,即从功能上和逻辑上看,这些计算机网络已 经组成了一个大型的计算机网络,称为互连网络( internetwork),也简称为互联网 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:在物理上如何把两个网 络连接起来;一种网络如何与另一种网络实现互访与通信:如何解决它们之间协议方面的差 异;如何处理传输速率与带宽的差异等。 将网络互相连接起来要使用一些互连设备(中间设备),常用的网络互连设备有中继器 网桥、路由器、交换机和网关等。在网络互连中选择、配置和使用好这些网络连接设备是实 现网间正常连接的关键 因特网在网络层采用统一的网际协议IP。这样,参加互连的计算机网络在进行通信时, 就好像在一个网络上通信一样,大大简化了不同网络的互连问题 9.1.2网络互连的方式 由于网络分为局域网(LAN)和广域网(WAN)两大类,城域网(MAN)可划归到IEE802 局域网标准内。因此,网络互连的方式也就有:LAN-LAN、LAN-WAN、 WAN-WAN和LAN- WAN-LAN 等四种形式。如图91所示。 1. LAN-LAN (1)互连层次 LAN-LAN网络互连发生在OSI/RM的数据链路层,对同种LAN,例如802.3和802.3,可 用中继器实现互连。如图9-2所示 (2)互连设备 LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器
第九章 网络互连 如果说由于微机的普及和发展，导致了若干台计算机相互连接，形成了局域网，那么网 络的普及则导致了网络互连的出现，即将若干个网络互连形成一个互联网络，从而实现了更 大范围的数据通信和资源共享。 9.1 网络互连的概述 9.1.1 互联网的概念 目前，计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连而成。通常在谈到“互连”时，就 已暗示这些相互连接的计算机能进行相互通信，即从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已 经组成了一个大型的计算机网络，称为互连网络（internetwork），也简称为互联网。 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：在物理上如何把两个网 络连接起来；一种网络如何与另一种网络实现互访与通信；如何解决它们之间协议方面的差 异；如何处理传输速率与带宽的差异等。 将网络互相连接起来要使用一些互连设备（中间设备），常用的网络互连设备有中继器、 网桥、路由器、交换机和网关等。在网络互连中选择、配置和使用好这些网络连接设备是实 现网间正常连接的关键。 因特网在网络层采用统一的网际协议 IP。这样，参加互连的计算机网络在进行通信时， 就好像在一个网络上通信一样，大大简化了不同网络的互连问题。 9.1.2 网络互连的方式 由于网络分为局域网（LAN）和广域网（WAN）两大类，城域网（MAN）可划归到 IEEE802 局域网标准内。因此，网络互连的方式也就有：LAN-LAN、LAN-WAN、WAN-WAN 和 LAN-WAN-LAN 等四种形式。如图 9-1 所示。 1．LAN-LAN ⑴互连层次 LAN-LAN 网络互连发生在 OSI/RM 的数据链路层，对同种 LAN，例如 802.3 和 802.3，可 用中继器实现互连。如图 9-2 所示。 ⑵互连设备 LAN-LAN 网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。 １７６
第九章网络互连 WAN-WAN SNA WAN 802.3LAN 802,3LN X 25 WAN LAN-LAN LAN-WANE LAN-WAN-LAN B网桥R路由器G网关 图9-1网络互连方式 2. LAN-WAI (1)互连层次 LAN-WAN的互连发生在网络层。如图92所示。显然,在网络层上实现互连要比在数据 链路层上实现互连复杂些 (2)互连设备 LAN-WAN的互连设备是路由器。 3. WAN-WAN (1)互连层次 WAN-WAN互连发生在0SI/RM的传输层及其上层,如图9-2所示。 (2)互连设备 WAN-WAN的互连设备是网关。 系统A 系统B 应用 5图 表示图 网关 输图 伟输图 站由器 同络图 数特际层 理图 图9-2网络互连的层次 77
第九章 网络互连 １７７ 802.5 R WAN-WAN SNA WAN G 802.3 LAN 802.4 LAN 802.3 LAN B R X.25 WAN R LAN-LAN LAN-WAN LAN-WAN-LAN B 网桥 R 路由器 G 网关 图 9-1 网络互连方式 2．LAN-WAN ⑴互连层次 LAN-WAN 的互连发生在网络层。如图 9-2 所示。显然，在网络层上实现互连要比在数据 链路层上实现互连复杂些。 ⑵互连设备 LAN-WAN 的互连设备是路由器。 3．WAN-WAN ⑴互连层次 WAN-WAN 互连发生在 OSI/RM 的传输层及其上层，如图 9-2 所示。 ⑵互连设备 WAN-WAN 的互连设备是网关。 系统 A 系统 B 图 9-2 网络互连的层次
计算机网络技术及应用 9.2因特网的互连协议|P 互连网协议IP是TCPP体系中两个最重要的协议之一。与P协议配套使用的还有三个 协议: 地址转换协议ARP( Address Resolution protocol) 反向地址转换协议RARP( Reverse address resolution protocol) Internet控制报文协议ICMP( Internet Control Message Protocol) 9.2.1IP地址及转换 1.IP地址及其表示方法 Internet识别网络的方法是给网络上的每一台计算机分配一个P地址。IP地址就是给每 个连接在 Internet上的主机分配一个在全世界范围内唯一的32位二进制(4字节长)标识符 由于32位的二进制数字形式不适合阅读和记忆,为了便于用户阅读和理解IP地址, Internet 管理委员会采用了一种“点分十进制”方法表示IP地址,即将IP地址分为4个字节,且每 个字节用十进制表示,并用点号“.”隔开。如图9-3所示。 11000000101010000000101000111010 十进制转换 192.168.10.58 图9-3|P地址表示方法 IP地址被分为网络地址( net-id)和主机地址(host-id)两部分,IP地址的格式可表示为: 网络地址+主机地址。P地址的这种结构使我们在 Internet上很方便地进行寻址,先按P地 址中的网络号 net-id把网络找到,再按主机号host-id把主机找到 为了便于对IP地址进行管理,同时还考虑到网络的差异很大,有的网络拥有很多主机, 而有的网络上的主机则很少。因此将IP地址分为5类,即A类、B类、C类、D类和E类 其中D类地址是组播地址,E类地址保留今后使用。目前使用的IP地址仅A至C三类。 在IP地址的开头用1位或几位以标识P地址的类型,不同IP地址类的设计如图94所 售号 主民号 网号 系号 图9-4P地址分类
计算机网络技术及应用 9.2 因特网的互连协议 IP 互连网协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最重要的协议之一。与 IP 协议配套使用的还有三个 协议： 地址转换协议 ARP（Address Resolution Protocol） 反向地址转换协议 RARP（Reverse Address Resolution Protocol） Internet 控制报文协议 ICMP（Internet Control Message Protocol） 9.2.1 IP 地址及转换 1．IP 地址及其表示方法 Internet 识别网络的方法是给网络上的每一台计算机分配一个 IP 地址。IP 地址就是给每 个连接在 Internet 上的主机分配一个在全世界范围内唯一的 32 位二进制（4 字节长）标识符。 由于 32 位的二进制数字形式不适合阅读和记忆，为了便于用户阅读和理解 IP 地址，Internet 管理委员会采用了一种“点分十进制”方法表示 IP 地址，即将 IP 地址分为 4 个字节，且每 个字节用十进制表示，并用点号“．”隔开。如图 9-3 所示。 图 9-3 IP 地址表示方法 IP 地址被分为网络地址（net-id）和主机地址（host-id）两部分，IP 地址的格式可表示为： 网络地址+主机地址。IP 地址的这种结构使我们在 Internet 上很方便地进行寻址，先按 IP 地 址中的网络号 net-id 把网络找到，再按主机号 host-id 把主机找到。 为了便于对 IP 地址进行管理，同时还考虑到网络的差异很大，有的网络拥有很多主机， 而有的网络上的主机则很少。因此将 IP 地址分为 5 类，即 A 类、B 类、C 类、D 类和 E 类， 其中 D 类地址是组播地址，E 类地址保留今后使用。目前使用的 IP 地址仅 A 至 C 三类。 在 IP 地址的开头用 1 位或几位以标识 IP 地址的类型，不同 IP 地址类的设计如图 9-4 所 示。 图 9-4 IP 地址分类 １７８
第九章网络互连 一个A类地址用7位作为网络D,但有24位作为主机ID,A类地址的网络数为27(128) 个,每个网络包含的主机数为224(1677216)。B类地址用14位作为网络D,16位作为 主机ID,B类地址网络数为214个,每个网络号所包含的主机数为216个(实际有效的主机 数是2162)。C类地址网络数为221个,每个网络号所包含的主机数为256(实际有效的为 254,0和255分别用作本网地址和广播地址)个。 可以通过IP地址的第1个十进制数来识别所属的类别,规则如下 A类地址:第一个数的范围在0~127之间,编址范围从1.0.0.1至126.255.255.254。 B类地址:第一个数的范围在128~191之间,编址范围从128.1.0.1至191.255.255.254。 C类地址:第一个数的范围在192~223之间,编址范围从192.0.1.1至223.255.255.254。 例如,IP地址是138.10.118.25,你就知道它是一个B类地址,网络ID是138.10,主 机ID是118.25;如果IP地址是222.122.20.5,它是一个C类地址,网络ID是22.122.20, 主机ID是5 为了避免某个单位内部网选择任意网络地址,造成与合法的 Internet地址发生冲突, IETF已经分配了具体的A类、B类和C类地址供单位内部网使用,这些地址为 A类:10.0.0.0~10.255.25.255 B类:172.16.0.0~172.31.255.255 C类:192.168.0.0~192.168.255.255 全世界现有三个大的网络信息中心,它们负责IP地址和域名的申请与分配,即 InterNIC (美国和其他地区的网络信息中心)、 RIRENIC(欧洲网络信息中心)和APNC(亚太地区网 络信息中心)。目前IP地址资源非常紧张,新一代IP(IPv6:现有IPv4的升级版)地址的 方案采用128位地址空间,远远超过了现在的32位 2.IP地址与硬件地址 在学习IP地址时,很重要一点就是要分清一个主机的IP地址与硬件地址的区别。图9-5 说明了这两种地址的区别 2P置 墨及驶上 习 卫督懂 略是是p下 MAC. 使硬件悉 图9-5IP地址与硬件地址的区别 79
第九章 网络互连 一个 A 类地址用 7 位作为网络 ID，但有 24 位作为主机 ID，A 类地址的网络数为 27（128） 个，每个网络包含的主机数为 224（16777216）。B 类地址用 14 位作为网络 ID，16 位作为 主机 ID，B 类地址网络数为 214 个，每个网络号所包含的主机数为 216 个（实际有效的主机 数是 216-2）。C 类地址网络数为 221 个，每个网络号所包含的主机数为 256（实际有效的为 254，0 和 255 分别用作本网地址和广播地址）个。 可以通过 IP 地址的第 1 个十进制数来识别所属的类别，规则如下： A 类地址：第一个数的范围在 0～127 之间，编址范围从 1.0.0.1 至 126.255.255.254。 B类地址：第一个数的范围在128～191之间，编址范围从128.1.0.1至191.255.255.254。 C类地址：第一个数的范围在192～223之间，编址范围从192.0.1.1至223.255.255.254。 例如，IP 地址是 138.10.118.25，你就知道它是一个 B 类地址，网络 ID 是 138.10，主 机 ID 是 118.25；如果 IP 地址是 222.122.20.5，它是一个 C 类地址，网络 ID 是 222.122.20， 主机 ID 是 5。 为了避免某个单位内部网选择任意网络地址，造成与合法的 Internet 地址发生冲突， IETF 已经分配了具体的 A 类、B 类和 C 类地址供单位内部网使用，这些地址为： A 类：10.0.0.0～10.255.255.255 B 类：172.16.0.0～172.31.255.255 C 类：192.168.0.0～192.168.255.255 全世界现有三个大的网络信息中心，它们负责 IP 地址和域名的申请与分配，即 InterNIC （美国和其他地区的网络信息中心）、RIRENIC（欧洲网络信息中心）和 APNIC（亚太地区网 络信息中心）。目前 IP 地址资源非常紧张，新一代 IP（IPv6：现有 IPv4 的升级版）地址的 方案采用 128 位地址空间，远远超过了现在的 32 位。 2．IP 地址与硬件地址 在学习 IP 地址时，很重要一点就是要分清一个主机的 IP 地址与硬件地址的区别。图 9-5 说明了这两种地址的区别。 图 9-5 IP 地址与硬件地址的区别 １７９
计算机网络技术及应用 IP地址放在IP数据报的首部,而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层及以上使用 的是IP地址,而数据链路层及以下使用的是硬件地址。因而在数据链路层看不见数据报的 IP地址 3.地址的转换 每一个 Internet上的主机都有与之对应的三个地址,即物理地址(硬件地址)、IP地 址和主机域名。 主机的物理地址是网卡制造者制作在网卡上的无法改变的地址码。物理网络的技术和标 准不同,其网卡地址编码也不同。例如,以太网网卡地址用48位二进制数编码,因此,可以 用12个十六进制数表示一个网卡物理地均 IP地址只是主机在网络层的地址,若要将网络层中传送的数据报交给目的主机,还要传 到链路层转变成MAC帧后才能发送到网络。而MAC帧使用的是源主机和目的主机的硬件地址, 因此必须在IP地址和主机的物理地址之间进行转换。它们之间的相互转换由IP协议提供的 地址解析协议(ARP)和反向地址解析协议(RARP)实现。APR协议的功能是将IP地址转换成物 理地址,RARP协议的功能是将物理地址转换成IP地址 IP地址是一种二进制数的网络标识和主机标识,数字型标识对计算机网络是最有效的 但对使用网络的人却不愿意使用难于记忆的IP地址,为此人们研究出一种字符型标识,这就 是主机的域名。人们习惯记忆域名,但机器间互相只识别IP地址,因此也需要在主机域名和 IP地址之间的转换。它们之间的转换工作称为域名解析,域名解析由域名系统DNS( Domain Name System)来完成,整个过程是自动进行的 图9-6给出了主机域名、IP地址和物理地址之间转换的关系 E机域名 cumtb, edu.cn IP地址20211009.88 ARP RARP 硬件地址0020ED5240F3 图9-6主机域名、IP地址与物理地址之间的转换 9.2.2子网划分技术 子网的概念 传统的P地址用AB、C类划分DE类用于特殊目的),网络号与主机号的分隔必须固定 在某个点分符上,在地址越来越紧张的时候这个问题就很突出了。可变长子网掩码 VLSM(RFC1009)允许在主机号的比特位中继续定义子网掩码/子网扩展前缀,分隔不必在点 分符上。用IP地址中的主机号(host-id)字段中的前若干比特位作为“子网号字段”,后 面剩下的仍为主机号字段,再通过路由器将划分出的子网互连形成单位内部网,便于网络的 80
计算机网络技术及应用 IP 地址放在 IP 数据报的首部，而硬件地址则放在 MAC 帧的首部。在网络层及以上使用 的是 IP 地址，而数据链路层及以下使用的是硬件地址。因而在数据链路层看不见数据报的 IP 地址。 3．地址的转换 每一个 Internet 上的主机都有与之对应的三个地址，即物理地址（硬件地址）、IP 地 址和主机域名。 主机的物理地址是网卡制造者制作在网卡上的无法改变的地址码。物理网络的技术和标 准不同，其网卡地址编码也不同。例如，以太网网卡地址用 48 位二进制数编码，因此，可以 用 12 个十六进制数表示一个网卡物理地址。 IP 地址只是主机在网络层的地址，若要将网络层中传送的数据报交给目的主机，还要传 到链路层转变成 MAC 帧后才能发送到网络。而 MAC 帧使用的是源主机和目的主机的硬件地址， 因此必须在 IP 地址和主机的物理地址之间进行转换。它们之间的相互转换由 IP 协议提供的 地址解析协议(ARP)和反向地址解析协议(RARP)实现。APR 协议的功能是将 IP 地址转换成物 理地址，RARP 协议的功能是将物理地址转换成 IP 地址。 IP 地址是一种二进制数的网络标识和主机标识，数字型标识对计算机网络是最有效的， 但对使用网络的人却不愿意使用难于记忆的 IP 地址，为此人们研究出一种字符型标识，这就 是主机的域名。人们习惯记忆域名，但机器间互相只识别 IP 地址，因此也需要在主机域名和 IP 地址之间的转换。它们之间的转换工作称为域名解析，域名解析由域名系统 DNS（Domain Name System）来完成，整个过程是自动进行的。 图 9-6 给出了主机域名、IP 地址和物理地址之间转换的关系。 www.cumtb.edu.cn DNS 202.112.209.88 ARP RARP 0020ED5240F3 主机域名 IP地址 硬件地址 图 9-6 主机域名、IP 地址与物理地址之间的转换 9.2.2 子网划分技术 1．子网的概念 传统的 IP 地址用 A,B,C 类划分(D,E 类用于特殊目的)，网络号与主机号的分隔必须固定 在某个点分符上，在 IP 地址越来越紧张的时候这个问题就很突出了。可变长子网掩码 VLSM(RFC1009)允许在主机号的比特位中继续定义子网掩码/子网扩展前缀，分隔不必在点 分符上。用 IP 地址中的主机号（host-id）字段中的前若干比特位作为“子网号字段”，后 面剩下的仍为主机号字段，再通过路由器将划分出的子网互连形成单位内部网，便于网络的 １８０
第九章网络互连 管理和使用。需要说明的是,①子网的划分纯属单位内部的事,在单位以外看不见这样的划 分,从外部看,这个单位仍只有一个网络号:②若按照主机所在的地理位置来划分子网,那 么在管理方面将带来很大的方便 2.子网的划分方法 由于一个单位申请到的IP地址是IP地址的网络号net-id,而后面的主机号host-id 则由单位用户自由分配。所以子网的划分,可以将单个网络号对应的主机号分为两个部分, 其中一部分用于子网号编址,另一部分用于主机号编址。如图97所示。 网络号 主事 号 网将号 于网号 主机号 图9-7子网划分方法 划分子网号的位数,取决于具体的需要。若子网号所占的比特越多,可分配给主机的位 数就越少,也就是说,在一个子网中所包含的主机就越少。比如一个B类网络172.17.0.0, 将主机号分为两部分,其中8个比特用于子网号,另外8个比特用于主机号,那么这个B类 网络就被分为256个子网,每个子网可以容纳254台主机 3.子网掩码( Subnet mask) 在划分子网时,TCP/IP使用了子网掩码。子网掩码也是一个32位的二进制数,其形式 与IP地址相同。它主要有两大功能:一是通过子网掩码,可以区分一个IP地址中的哪些位 对应于网络地址(包括子网地址)、哪些位对应于主机地址:二是将网络分为多个子网 子网掩码的取值,通常是将对应于IP地址中网络地址(网络号和子网号)的所有位都 设置为“1”,对应于主机地址(主机号)的所有位都设置为“0”。 若不进行子网划分,则子网掩码即为默认值,此时子网掩码中“1”的长度就是网络号 的长度。所以,A类IP地址的子网掩码是255.0.0.0,B类IP地址的子网掩码是255.255.0.0, C类IP地址的子网掩码是255.255.255.0 子网掩码和IP地址结合使用,对子网掩码和IP地址进行“按位与”运算,可以分出一 个IP地址的网络号和主机号。例如IP地址为14.58.97.235的主机,如采用的子网掩码是 255.255.240.0,通过“与”运算,可以断定该主机是141.58.96.0网络中的第491号主机。 表9-1示出了它们之间的关系。 表9-1|P地址、子网掩码和网络号、主机号之间的关系 名称 进制形式 进制形式 IP地址 141.58.97235 001101.00ll10l0.0l10000l.llo10l1 55.255,240.0 llllll1.ll1ll11l.11110000.00000000 对应的网络号 141.58.96.0 10001101.00111010.01100000.00000000 对应的主机号 0.0.1.235(491) 00000000.00000000.00000001.l110l011
第九章 网络互连 管理和使用。需要说明的是，①子网的划分纯属单位内部的事，在单位以外看不见这样的划 分，从外部看，这个单位仍只有一个网络号；②若按照主机所在的地理位置来划分子网，那 么在管理方面将带来很大的方便。 2．子网的划分方法 由于一个单位申请到的 IP 地址是 IP 地址的网络号 net-id，而后面的主机号 host-id 则由单位用户自由分配。所以子网的划分，可以将单个网络号对应的主机号分为两个部分， 其中一部分用于子网号编址，另一部分用于主机号编址。如图 9-7 所示。 图 9-7 子网划分方法 划分子网号的位数，取决于具体的需要。若子网号所占的比特越多，可分配给主机的位 数就越少，也就是说，在一个子网中所包含的主机就越少。比如一个 B 类网络 172.17.0.0， 将主机号分为两部分，其中 8 个比特用于子网号，另外 8 个比特用于主机号，那么这个 B 类 网络就被分为 256 个子网，每个子网可以容纳 254 台主机。 3．子网掩码（Subnet Mask） 在划分子网时，TCP/IP 使用了子网掩码。子网掩码也是一个 32 位的二进制数，其形式 与 IP 地址相同。它主要有两大功能：一是通过子网掩码，可以区分一个 IP 地址中的哪些位 对应于网络地址（包括子网地址）、哪些位对应于主机地址；二是将网络分为多个子网。 子网掩码的取值，通常是将对应于 IP 地址中网络地址（网络号和子网号）的所有位都 设置为“1”，对应于主机地址（主机号）的所有位都设置为“0”。 若不进行子网划分，则子网掩码即为默认值，此时子网掩码中“1”的长度就是网络号 的长度。所以，A 类 IP 地址的子网掩码是 255.0.0.0，B 类 IP 地址的子网掩码是 255.255.0.0， C 类 IP 地址的子网掩码是 255.255.255.0。 子网掩码和 IP 地址结合使用，对子网掩码和 IP 地址进行“按位与”运算，可以分出一 个 IP 地址的网络号和主机号。例如 IP 地址为 141.58.97.235 的主机，如采用的子网掩码是 255.255.240.0，通过“与”运算，可以断定该主机是 141.58.96.0 网络中的第 491 号主机。 表 9-1 示出了它们之间的关系。 表 9-1 IP 地址、子网掩码和网络号、主机号之间的关系 名称 十进制形式 二进制形式 IP 地址 141.58.97.235 10001101.00111010.01100001.11101011 子网掩码 255.255.240.0 11111111.11111111.11110000.00000000 对应的网络号 141.58.96.0 10001101.00111010.01100000.00000000 对应的主机号 0.0.1.235（491） 00000000.00000000.00000001.11101011 １８１
计算机网络技术及应用 4.子网划分的规则 (1)RFC950中的规则 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,表示本子网网络;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。所以,在划分子网时需要 考虑子网号不能全取“1”和“0”。 在划分子网之前,需要确定所需要的子网数和每个子网的最大主机数,有了这些信息后 就可以确定每个子网的子网掩码、网络地址(网络号+子网号)的范围和主机号的范围 以下通过例子依据RFC950中的规定说明划分子网的具体步骤 某单位现有100台计算机需要联网,要求每个子网内的主机数不少于40台,问使用一个 C类地址如何划分子网? 第一步,确定需要划分的子网数。使用一个C类地址划分子网,必然要从代表主机号的 第四个字节中取出若干位用于划分子网。若取出1位,根据子网划分规则,无法使用。若取 出3位,可以划分8个子网,似乎可行,但子网的增多也表示了每个子网容纳的主机数减少 8个子网中每个子网容纳的主机数为30,而实际要求是每个子网内的主机不少于40台。若取 出2位,可以划分2个子网,每个子网可容纳62个主机号(全为0和全为1的主机号不能分 配给主机),因此取出2位划分子网是可行的。 第二步,确定子网掩码。按照子网掩码的取值规则,子网掩码为25.25.25.192。如 图9-8所示 使用划分子网 图9-8子网掩码的确定 第三步,确定标识每一个子网的网络地址。如图9-9所示,两个子网的网络地址分别为 192168.164和192168.1.128 两魔的为:251211211.12 13:.111.1.64 2.141 有冈号 子网号 图9-9子网的网络地址 第四步,确定每一个子网的主机地址范围。如图9-10所示
计算机网络技术及应用 4．子网划分的规则 ⑴RFC 950 中的规则 在 RFC 文档中，RFC 950 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，表示本子网网络；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。所以，在划分子网时需要 考虑子网号不能全取“1”和“0”。 在划分子网之前，需要确定所需要的子网数和每个子网的最大主机数，有了这些信息后， 就可以确定每个子网的子网掩码、网络地址（网络号+子网号）的范围和主机号的范围。 以下通过例子依据 RFC 950 中的规定说明划分子网的具体步骤。 某单位现有 100 台计算机需要联网，要求每个子网内的主机数不少于 40 台，问使用一个 C 类地址如何划分子网？ 第一步，确定需要划分的子网数。使用一个 C 类地址划分子网，必然要从代表主机号的 第四个字节中取出若干位用于划分子网。若取出 1 位，根据子网划分规则，无法使用。若取 出 3 位，可以划分 8 个子网，似乎可行，但子网的增多也表示了每个子网容纳的主机数减少， 8 个子网中每个子网容纳的主机数为 30，而实际要求是每个子网内的主机不少于 40 台。若取 出 2 位，可以划分 2 个子网，每个子网可容纳 62 个主机号（全为 0 和全为 1 的主机号不能分 配给主机），因此取出 2 位划分子网是可行的。 第二步，确定子网掩码。按照子网掩码的取值规则，子网掩码为 255.255.255.192。如 图 9-8 所示。 图 9-8 子网掩码的确定 第三步，确定标识每一个子网的网络地址。如图 9-9 所示，两个子网的网络地址分别为 192.168.1.64 和 192.168.1.128。 图 9-9 子网的网络地址 第四步，确定每一个子网的主机地址范围。如图 9-10 所示。 １８２
第九章网络互连 每个子同的 主机写 1181n·1 148185- V2161126 1121B,,1 321581.129 图9-10子网的主机地址范围 (2)RFC1878中的规则 985年制定的RFC950中阻止使用全0全1的子网号以便与老式的路由器兼容,所以上 例中的4个子网还要减去两个。但现在新的路由器大都支持CIDR( Cl assl ess inter- Domai n Routi ng:无类域间路由)协议,CIDR摒弃了传统基于类的地址分配方式,规定可以使用任意 长度的网络地址部分,因此在1995年制定的RFC1878(PV4可变长子网表)中允许使用全0 和全1的子网号,所以上例中对C类网络使用子网掩码255.255.25.192划分出的4个子网 都可以使用,每个子网的网络地址和主机IP地址范围如表9-2所示。 表9-2每个子网的网络地址和主机地址范围 子网编号 子网的网络地址 子网的主机IP地址范围 子网1 192.168.1.0 2.168.1.1~192.168.1.62 子网2 192.168.1.64192.168.1.65~192.168.1.126 子网3 192.168.1.128192.168.1.129~192.168.1.190 子网4 192.168.1.192 192.168.1.193~192.168.1.254 5.默认网关( Default Gateway) 为了使一台计算机能在TCP/P环境中正常工作,必须提供如下地址信息: 计算机的IP地址:用于标识网络中的每一台计算机 计算机所在网络的子网掩码:用于区分IP地址中的网络ID和主机ID ③一个默认网关的IP地址:用于将子网掩码过滤出的IP分组导向目的主机。 发往同一个子网上的数据分组可以直接流向目的地,而对于那些目的地不是本地网络上 的计算机的数据分组,就需要一个默认的网关,把这些分组导向另一个子网中的目标系统。 默认网关与子网掩码是联合使用的,子网掩码标识了哪些IP地址被包含在本地网络中,并用 于确定本地网络分组的路由,而默认网关标识了由子网掩码过滤出的分组的地址,这些分组 由默认网关接收并把它们导向最后的目的地。 通常默认网关由一台路由器或具有路由器功能的计算机来担任。在配置用户计算机时, 应事先问清楚所在网络的子网掩码和默认网关的IP地址。 9.3网络互连设备 网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持的协议可分为四种类型: 83
第九章 网络互连 图 9-10 子网的主机地址范围 ⑵RFC 1878 中的规则 1985 年制定的 RFC 950 中阻止使用全 0 全 1 的子网号以便与老式的路由器兼容，所以上 例中的 4 个子网还要减去两个。但现在新的路由器大都支持 CIDR（Classless Inter-Domain Routing:无类域间路由）协议，CIDR 摒弃了传统基于类的地址分配方式，规定可以使用任意 长度的网络地址部分，因此在 1995 年制定的 RFC 1878(IPv4 可变长子网表)中允许使用全 0 和全 1 的子网号，所以上例中对 C 类网络使用子网掩码 255.255.255.192 划分出的 4 个子网 都可以使用，每个子网的网络地址和主机 IP 地址范围如表 9－2 所示。 表 9－2 每个子网的网络地址和主机地址范围 子网编号 子网的网络地址 子网的主机 IP 地址范围 子网 1 192.168.1.0 192.168.1.1～ 192.168.1.62 子网 2 192.168.1.64 192.168.1.65～ 192.168.1.126 子网 3 192.168.1.128 192.168.1.129～ 192.168.1.190 子网 4 192.168.1.192 192.168.1.193～ 192.168.1.254 5．默认网关（Default Gateway） 为了使一台计算机能在 TCP/IP 环境中正常工作，必须提供如下地址信息： ①计算机的 IP 地址：用于标识网络中的每一台计算机； ②计算机所在网络的子网掩码：用于区分 IP 地址中的网络 ID 和主机 ID； ③一个默认网关的 IP 地址：用于将子网掩码过滤出的 IP 分组导向目的主机。 发往同一个子网上的数据分组可以直接流向目的地，而对于那些目的地不是本地网络上 的计算机的数据分组，就需要一个默认的网关，把这些分组导向另一个子网中的目标系统。 默认网关与子网掩码是联合使用的，子网掩码标识了哪些 IP 地址被包含在本地网络中，并用 于确定本地网络分组的路由，而默认网关标识了由子网掩码过滤出的分组的地址，这些分组 由默认网关接收并把它们导向最后的目的地。 通常默认网关由一台路由器或具有路由器功能的计算机来担任。在配置用户计算机时， 应事先问清楚所在网络的子网掩码和默认网关的 IP 地址。 9.3 网络互连设备 网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持的协议可分为四种类型： １８３
计算机网络技术及应用 1.中继器:工作在0SI模型的物理层,在不同电缆段之间复制位信号。 2.网桥/第二层交换机:工作在OSⅠ模型的数据链路层,在局域网之间存储转发数据帧。 3.路由器/第三层交换机:工作在OSI模型的网络层,在不同的网络之间存储转发数据 分组 4.网关:工作在OSI模型的传输层或更高层次上,提供高层次的网络互连接口。 下面分别介绍这些网络互连设备及其功能。 9.3.1中继器( Repeater 中继器的功能 由于信号在介质上传输时,其幅度将不断地衰减,因此必须限制每段传输介质的最大长 度,例如,单段细缆的最大长度为185米。当网络段超过最大传输距离时,应使用中继器, 如图9-11所示。 中继器是在物理层上实现局域网网段互连的,用于扩展局域网的距离,其具体功能是接 收从一条电缆上传输过来的信号,并将其放大后,再发送到另一条电缆上。中继器完全是 个硬件设备,其操作遵循物理层协议 中继器 图9-11中继器连接两个电缆段 2.中继器的选择 根据不同的用户需求和用途,市场上的中继器产品有多种类型:双口中继器、多口中继 器、集线器(HB)和多路复用器等:其款式有插卡式、独立式和机架式等多种。 双口中继器是最常用的中继器,可用于扩展两个10BASE2或10BASE-5网段的同轴电 缆长度。集线器是一种多口中继器,主要用于10BASE-T网络中双绞线的连接 多路复用器主要用来提高物理介质的利用率。多路复用器有时分多路复用和频分多路复 用等工作方式。 3.中继器的使用限制 事实上,并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互连起来。IEEE802.3规定,最多 只能用4个中继器来连接5段同轴电缆的网段,以保证信号质量和传输速率。 93.2网桥( Bri dge) 网桥是一种帧存储转发设备,用来连接两个相似类型的局域网。从协议的层次看,网桥 84
计算机网络技术及应用 1．中继器：工作在 OSI 模型的物理层，在不同电缆段之间复制位信号。 2．网桥/第二层交换机：工作在 OSI 模型的数据链路层，在局域网之间存储转发数据帧。 3．路由器/第三层交换机：工作在 OSI 模型的网络层，在不同的网络之间存储转发数据 分组。 4．网关：工作在 OSI 模型的传输层或更高层次上，提供高层次的网络互连接口。 下面分别介绍这些网络互连设备及其功能。 9.3.1 中继器(Repeater) 1．中继器的功能 由于信号在介质上传输时，其幅度将不断地衰减，因此必须限制每段传输介质的最大长 度，例如，单段细缆的最大长度为 185 米。当网络段超过最大传输距离时，应使用中继器， 如图 9-11 所示。 中继器是在物理层上实现局域网网段互连的，用于扩展局域网的距离，其具体功能是接 收从一条电缆上传输过来的信号，并将其放大后，再发送到另一条电缆上。中继器完全是一 个硬件设备，其操作遵循物理层协议。 中继器 图 9-11 中继器连接两个电缆段 · · 2．中继器的选择 根据不同的用户需求和用途，市场上的中继器产品有多种类型：双口中继器、多口中继 器、集线器（HUB）和多路复用器等；其款式有插卡式、独立式和机架式等多种。 双口中继器是最常用的中继器，可用于扩展两个 10 BASE-2 或 10 BASE-5 网段的同轴电 缆长度。集线器是一种多口中继器，主要用于 10 BASE-T 网络中双绞线的连接。 多路复用器主要用来提高物理介质的利用率。多路复用器有时分多路复用和频分多路复 用等工作方式。 3．中继器的使用限制 事实上，并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互连起来。IEEE802.3 规定，最多 只能用 4 个中继器来连接 5 段同轴电缆的网段，以保证信号质量和传输速率。 9.3.2 网桥(Bridge) 网桥是一种帧存储转发设备，用来连接两个相似类型的局域网。从协议的层次看，网桥 １８４
第九章网络互连 是在MAC层对数据帧进行存储转发,网桥应当有足够的缓冲空间,以满足高峰负载的要求 1.网桥的使用方式 从硬件配置的位置来分,网桥通常分为内部网桥和外部网桥两种。组成内部网桥的网卡 安装在文件服务器内,如图9-12所示。外部网桥则是专用作网桥的PC或其他硬件设备,如 图9-13所示 口區 令牌 口團 环网 服务器(网桥) 网卡 网桥 图9-12内部网桥 图9-13外部网桥 2.网桥的功能 (1)过滤和转发 在网络上的各种设备和工作站都有一个“地址”,当网桥接到数据帧时,首先检查数据 帧的源地址和目的地址,如果目的地址与源地址不在同一网络上,则网桥将“转发”该数据 帧到另一网络上:若目地址与源地址在同一网络上,则网桥将该帧丢弃,起到了对一个数据 帧的“过滤器”作用 (2)协议转换 在不同局域网之间进行互连时,由于各种局域网的MAC子层执行不同的网络协议,网桥 的协议转换功能就是将源LNN中所采用的帧格式和物理层规程,转换为目标LAN所采用的帧 格式和物理层规程 (3)缓冲管理 在网桥中通常设置两类缓冲区:一类是接收缓冲区,用于暂存从端口收到的、要发往另 AN的帧:另一类是发送缓冲区,用于暂存已经过协议转换等待发往相邻LAN的帧。缓冲 区的容量应足够大,以保证在绝大多数情况下,缓冲区都不会溢出,否则将造成帧的丢失 933路由器( Router) 利用网桥连接为数不多的局域网是非常有效的,但当要互连的局域网数目很多时,或者 要将LNN与WAN互连时,网桥就不能胜任了。此时就要采用路由器,因为路由器具有更强的 互连功能。 1.路由器的功能 路由器工作在OSI模型的网络层。由于它比网桥工作在更高一层,因此路由器的功能比 网桥更强,它除了具有网桥的全部功能外,还应具有路径选择功能。也就是说路由器不采用 网桥所用的广播方式进行通信,路由器能够在复杂的网络环境中选择一条最佳路径完成数据 包的传送工作,即当要求通信的工作站分别处于两个网络时,且两个工作站之间又存在多条 185
第九章 网络互连 是在 MAC 层对数据帧进行存储转发，网桥应当有足够的缓冲空间，以满足高峰负载的要求。 1．网桥的使用方式 从硬件配置的位置来分，网桥通常分为内部网桥和外部网桥两种。组成内部网桥的网卡 安装在文件服务器内，如图 9-12 所示。外部网桥则是专用作网桥的 PC 或其他硬件设备，如 图 9-13 所示。 网桥 图 9-13 外部网桥 · · 服务器（网桥） 图 9-12 内部网桥 令牌 环网 网卡 2．网桥的功能 ⑴过滤和转发 在网络上的各种设备和工作站都有一个“地址”，当网桥接到数据帧时，首先检查数据 帧的源地址和目的地址，如果目的地址与源地址不在同一网络上，则网桥将“转发”该数据 帧到另一网络上；若目地址与源地址在同一网络上，则网桥将该帧丢弃，起到了对一个数据 帧的“过滤器”作用。 ⑵协议转换 在不同局域网之间进行互连时，由于各种局域网的 MAC 子层执行不同的网络协议，网桥 的协议转换功能就是将源 LAN 中所采用的帧格式和物理层规程，转换为目标 LAN 所采用的帧 格式和物理层规程。 ⑶缓冲管理 在网桥中通常设置两类缓冲区：一类是接收缓冲区，用于暂存从端口收到的、要发往另 一 LAN 的帧；另一类是发送缓冲区，用于暂存已经过协议转换等待发往相邻 LAN 的帧。缓冲 区的容量应足够大，以保证在绝大多数情况下，缓冲区都不会溢出，否则将造成帧的丢失。 9.3.3 路由器(Router) 利用网桥连接为数不多的局域网是非常有效的，但当要互连的局域网数目很多时，或者 要将 LAN 与 WAN 互连时，网桥就不能胜任了。此时就要采用路由器，因为路由器具有更强的 互连功能。 1．路由器的功能 路由器工作在 OSI 模型的网络层。由于它比网桥工作在更高一层，因此路由器的功能比 网桥更强，它除了具有网桥的全部功能外，还应具有路径选择功能。也就是说路由器不采用 网桥所用的广播方式进行通信，路由器能够在复杂的网络环境中选择一条最佳路径完成数据 包的传送工作，即当要求通信的工作站分别处于两个网络时，且两个工作站之间又存在多条 １８５
