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计算机基础与实训教材系列 《计算机网络技术实用教程》 第 4 章 路由选择协议——OSI第3层 学 习 目 标 要有效地在网络上通信，计算机必须能够完整和安全地传输它们的数据。OSI第3层——网络层处理消息传递的寻址，也将网络的逻辑地址转换为物理地址。本章首先讨论了属于网络层的TCP/IP协议，IP寻址及子网划分的方式，然后介绍了工作在网络层的路由器及高级交换机的工作原理，并且介绍了动态路由及网络地址转换等OSI第3层定义的概念。 本 章 重 点 了解协议在网络中的功能及其分层结构 讨论Internet协议的工作原理 解释CIDR和子网划分 描述静态IP地址和动态IP地址的作用 掌握路由器的工作原理 了解动态路由技术及网络地址转换概念 掌握路由器的正确安装和配置 4.1 协议 严格来说，协议是通信的规则和过程。 协议的作用 TCP/IP协议 4.1.1 协议的作用 目前，计算机使用许多协议，尽管每个协议都提供了基本的通信，但是每个协议有不同的作用和功能。当协议提供它们在OSI模型中的功能时，它们可以工作在一层或者多层上。协议在OSI模型中工作的层越高，这个协议就越复杂。 1. 无连接的协议与面向连接的协议 2. 可路由选择的协议与不可路由选择的协议 4.1.2 TCP/IP协议 TCP/IP完全符合OSI七层模型。它对应于七层模型中的第3至第5层，即网络层、传输层和会话层。 Internet协议(IP)是为TCP/IP包提供源和目的寻址和路由选择的网络层协议。 Internet控制消息协议(ICMP)是用于发送控制消息(例如错误消息、流控制指令和确认)的网络层协议。 地址解析协议(ARP)是用于将逻辑(IP)地址与物理(MAC)地址相关联的另一个网络层协议。 路由信息协议(RIP)是用于路由发现的距离－矢量协议，代表最简单的基于IP的路由选择协议。 开放最短路径优先(OSPF)是运行TCP/IP的路由器用于确定通过网络的最佳路径的链路状态路由选择协议。 4.2 IP地址与子网掩码 IP寻址 子网掩码 基本的二进制算术 4.2.1 IP寻址 IP负责TCP/IP环境中的寻址和路由选择。IP地址是逻辑地址，32比特(4字节)长。分配给计算机的地址部分指定计算机所在的网络，而地址的其余部分代表这台计算机的主机ID。 A类地址专门用于非常大的公司和政府。这些地址以1和126之间的ID号开头。 B类地址以128和191之间的网络ID开头，并且用于中等大小的网络。 C类地址用于小型网络。IP地址注册处分配前三个8比特组，范围从192到223。 D类地址留给称为组播的特殊功能，其中多台目的主机可以接收到分组。 E类地址的第一个八比特组值的范围是240到255。 特殊的IP地址 4.2.2 子网掩码 IP使用地址的子网掩码确定哪一部分地址代表网络部分，并且哪一部分代表主机。子网掩码也是一个32位的数字，并且总是在分配IP地址的时候分配给主机。在一个子网掩码中，二进制1表示IP地址中的对应比特属于IP地址的网络部分，并且子网掩码中的二进制0表示IP地址中的对应比特属于地址的主机部分。 4.2.3 基本的二进制算术 1. 将十进制转换为二进制 2. 将二进制数转换为十进制数 3. 高阶比特模式 4. 低阶比特模式 4.3 CIDR与子网划分 无分类域间路由选择(CIDR) 计算子网掩码 计算超网 4.3.1 无分类域间路由选择(CIDR) 为了更有效地使用所有的可用地址，Internet现在使用另一个不同的寻址机制，称为无分类域间路由选择(CIDR)。 4.3.2 计算子网掩码 要决定如何构建子网掩码，必须采用以下这个方法： （1）决定需要多少子网。 （2）由于二进制比特模式必须代表需要的子网数，所以将需要的子网数加2(一个代表网络地址，另一个代表广播地址)。然后，跳到2的下一个更高次幂。 （3）从地址的主机部分的最高位向下保留比特(即，从左边开始)。 （4）确保留下了足够的可用主机地址。 （5）总是使用公式2b-2从掩码计算可用的子网数，其中b是子网掩码的比特数，并且减去2说明每个IP网络和子网络需要的网络(全0)和广播(全1)地址。 4.3.3 计算超网 超网的操作是从IP地址的网络部分“偷”比特，并将这些比特“借给”主机部分。超网允许组合多个连续的IP网络地址，并且使它们就像一个逻辑网络一样工作。顺便说一句，这允许超网上寻址的