第四章

4.1交換

4.1.1交換方式及交換網(wǎng)

4.1.2電路交換網(wǎng)

4.1.3分組交換網(wǎng)-數(shù)據(jù)報交換網(wǎng)絡(luò)

4.1.4分組交換網(wǎng)-虛電路交換網(wǎng)絡(luò)

4.1.5虛電路網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的比較

4.24地址

4.2.1IPv4編址系統(tǒng)

4.2.2IPv6編址系統(tǒng)（暫時沒寫，還講嗎？）

4.3因特網(wǎng)協(xié)議

4.3.1IPv4協(xié)議

4.3.2協(xié)同IPv4工作的協(xié)議

4.3.3IPv6協(xié)議（暫時沒寫，還講嗎？）

4.3.4IPv4向IPv6的轉(zhuǎn)換（暫時沒寫，還講嗎？）

4.4路由算法和路由協(xié)議

4.4.1分組的轉(zhuǎn)發(fā)

4.4.2路由表

4.4.3路由協(xié)議（暫時沒寫，還講嗎？）

4.5擁塞和擁塞控制

4.5.1擁塞的概念

4.5.2擁塞控制措施

注：如果目錄中現(xiàn)在缺的部分都補齊的話，8個課時（原設(shè)計為6個課時，從第

三章借兩個課時）肯定不夠用?，F(xiàn)在已經(jīng)整理的內(nèi)容中可以去掉的只有“電路交

換機的結(jié)構(gòu)”這部分。但是課時應(yīng)該還是不夠。各位老師的意見呢？

4.1交換

交換技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)中的一個十分重要的問題。

為什么要用交換設(shè)備？簡單的講就是為了節(jié)省傳瑜線路。在交換網(wǎng)中，有些交換

節(jié)點直接和端設(shè)備相連（例如計算機或電話），有些僅僅是為了路由。如圖4-1

所示，如果不使用交換設(shè)備，10個設(shè)備之間采用直接相連，則共需

10x（10-1）/2=45條鏈路。在廣域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)中，將所有端設(shè)備直接相連是不可

能的.交換節(jié)點將兩個或多個節(jié)點連接在一起，在他們之間產(chǎn)生臨時連接.

圖4-1交換網(wǎng)絡(luò)

4.1.1交換方式及交換網(wǎng)

根據(jù)交換的方式和交換的特點，可以把交換分為3類：電路交換、報文交換

和分組交換（包交換）。分組交換又分為兩種形式：數(shù)據(jù)報和虛電路。

用數(shù)據(jù)交換的形式來命名網(wǎng)絡(luò)，就得到電路交換網(wǎng)，分組交換網(wǎng)和報文交換

網(wǎng)。其中分組交換網(wǎng)又進一步劃分兩個子類：虛電路網(wǎng)和數(shù)據(jù)報網(wǎng)。電話網(wǎng)采用

電路交換，電報網(wǎng)是報文交換，計算機網(wǎng)絡(luò)采用包交換。目前報文交換已基本不

用，因此重點討論電路交換和分組交換。

圖4-2

4.1.2電路交換網(wǎng)

1.電路交換網(wǎng)

電路交換網(wǎng)組成電路交換網(wǎng)是由物理鏈路連接的一組交換機組成的，每條

鏈路用FDM或TDM劃分成n個通道，每次連接僅使用每條鏈路上的一專用通

道。圖表示一個有四個交換機和四條鏈路的電路交換網(wǎng)絡(luò)每條鏈路用FDM或

TDM劃分成n（=3）個通道。例6.1,例6.2

三個階段

連接建立階段在雙方通信之前，交換機之間建立專用通道的過程。當端系

統(tǒng)A需要與M通信時，它發(fā)送一個含有M地址的連接請求給交換機I。交換機

I發(fā)現(xiàn)它與交換機這個連接請求必須被所有交換機接受包括M本身的交換機IV

有專用通道，然后。。。。（見書）

數(shù)據(jù)傳輸階段

拆除階段

例題L4-1J：

一個小例子。8臺電話機通過一個小型電路交換網(wǎng)絡(luò)連接。信道為4-kHz的音頻

信道。假設(shè)鏈路均采用頻分復(fù)用FDM,可以同時容納最大兩個音頻信道。因此,

每條鏈路（或者連接）的帶寬為8kHzo如圖4-3。電話1與電話7相連，2和5

相連，3和8相連，4和6相連。如果有新的終端加入，連接則可能發(fā)生變化。

交換機控制連接。

某公司兩個距離很遠的辦公室的計算機通過電路交換網(wǎng)絡(luò)相連。相連的鏈路是租

借某通信服務(wù)商的專用線路。網(wǎng)絡(luò)中有兩個4x8的交換機（4個輸入,8個輸出）。

對于每一個交換機，8個輸出中有4個輸出與輸入交叉連接，以完成同一個辦公

室里的計算機之間的通信。如圖4-4所示。

Circuit-switchednetwork

□旦

-

□旦

一

旦

區(qū)

a旦

圖4-4例題4-2的電路交換網(wǎng)

電路交換網(wǎng)的性能

?低效

/連接期間信道容量固定且專用（必須為必須為建立的連接保留交換容量

和信道容量）

,如果無數(shù)據(jù)，容量浪費

/建立（連接）花費時間（必須有足夠智能完成容量分配和路由選擇）

?一旦連接，傳送是透明的

,為話音通信量（電話）開發(fā)

延遲

盡管效率低，但這種網(wǎng)絡(luò)的延遲最小。

整個延遲的組成：建立連接需要的時間、數(shù)據(jù)傳輸需要的時間、拆除電路的時間

每一階段延遲的組成：

由建立所引起的延遲是四部分的和：原計算機請求的傳播時間（第一個灰色框的

斜度），請求信號的傳輸時間（第一個灰框的高度），目的計算機確認的傳播時間

（第二個灰框的斜度）和確認信號的傳輸時間（第二個灰框的高度）。

數(shù)據(jù)傳輸延遲是兩部分的和：傳播延遲（淺灰色框的斜率）和數(shù)據(jù)傳輸時間（淺

灰色框的高度）

拆除電路延遲：第三個框表示。圖4-5中表示接收方請求撤銷連接，產(chǎn)生的最大

延遲。

。。，

m6，法交問

網(wǎng)和-出來的

信4無的

入圖輸起%

通個關(guān)5多

輸見接開2

字m過

個，連換于點

數(shù)n），出低

于管入交結(jié)

將輸橫有叉

用換體輸個只

可縱交

交晶個0概換

又r（0的交時

aN0點大r

，b關(guān)。1a大

s節(jié)刻b

網(wǎng)s開目和s較

叉時s

信or微數(shù)入o目

c交意r

時通：子的瑜c數(shù)

擬）的任出

延電管個的

模？為0目。出輸

的體0高

換于換點0數(shù)輸入

晶1不。

交用交節(jié)大個輸

的也態(tài)

路可陣叉將此四決

點r如率狀

電即矩交a，解

5節(jié)b有效閑

-在關(guān)個叉s空入以

4現(xiàn)開o具用可

，每交r。為輸

圖，c使個；

計換，于點，均）

來位用他三

設(shè)交，節(jié)造關(guān)

起是其6

絡(luò)橫如叉制-開

網(wǎng)縱接制交夠，4級

構(gòu)（連限例態(tài)

信。個能圖多

結(jié)換構(gòu)要0狀（

通點便

的機結(jié)主0用關(guān)

機擬交節(jié)0即

換r狀的,，使

換交模a個0開

b網(wǎng)機0且于e

交分為sm0g

I初史o以換x而處at

①芍①路空,

UUO。UUOUSQr出交n1。點si

電）最歷Ctl

.1展輸種要要現(xiàn)節(jié)u

⑥一（

AppBO12發(fā)個此需需實叉M

題。多級開關(guān)使用多級縱橫交換開關(guān)，一般為3級。如圖4-7所示。在一個縱橫

交換開關(guān)中，對于任何一次連接，只使用一行或一列交叉節(jié)點。這樣，如果能夠

通過設(shè)計，使得一次連接中可以利用多行或多列交叉節(jié)點，則可以減少中的交叉

節(jié)點的數(shù)目。如圖4-7的三級結(jié)構(gòu)，處于中間的縱橫交換開關(guān)可以被第一級和第

三級的縱橫交換開關(guān)的多個交叉節(jié)點使用。（這個怎么形容？）

N/nkN/n

CrossbarsCrossbarsCrossbars

Stage1Stage2Stage3

圖4-7多級交換開關(guān)

圖4-7中的三級縱橫交換行列節(jié)點數(shù)可以按如下步驟設(shè)計：

1）將N個輸入分成組，每組n條輸入。每一組，縱橫交換開關(guān)大小為nxk,k

是中間一級的縱橫開關(guān)的個數(shù)。換句話說，第一級有N/n個縱橫交換開關(guān)，

每個縱橫交換開關(guān)有nxk個交叉節(jié)點。

2）中間一級有k個縱橫交換開關(guān)，每個的尺寸是（N/n）x（Nxn）個交叉節(jié)點。

3）第三級有N/n個縱橫交換開關(guān)，每個的尺寸是kxn交叉節(jié)點個。

三級縱橫交換開關(guān)的交叉節(jié)點數(shù)為

N、

2kN+k（—『（4-1）

n

例題【4-3】

設(shè)計三級縱橫交換開關(guān)，200x200（這個是指輸入為200,輸出為200嗎？）的

交換開關(guān)（N=200）,k=4,n=20

求解：第一級有200/20=10個縱橫交換開關(guān)（20x4）,第二級4個（10x10）,第

三級10個（4x20）?？偟慕徊纥c的數(shù)目是2000,只占實現(xiàn)同樣功能的單級縱橫

交換開關(guān)交叉點（200x200=40000）的5%。

注：但是可能存在阻塞

多級縱橫交換開關(guān)有一個缺點，交換量大時可能造成阻塞（指的是由于中間級的

交換的不可用導(dǎo)致的輸入無法跟輸出建立連接的時間）。

單級縱橫交換開關(guān)不會阻塞。

Clos準則：滿足女之2〃-1可以避免阻塞發(fā)生。下面的公式怎么算出來的？

假設(shè)N的數(shù)目一定，根據(jù)Clos準則，計算不發(fā)生阻塞情況下的n的最小值。則

應(yīng)該將2=2〃-1帶入式（8-1）,此時只有一個變量n,對n求導(dǎo)，使一階導(dǎo)數(shù)為

零的n即為極值?？墒俏宜悴怀鰜?！

k>2n—\

,/2

則總的交叉點的數(shù)目>47V[（2/V）-1]O

例14-4）：

重新設(shè)計前例，200x200交換開關(guān)，使用Clos準則，使總的交叉點數(shù)最少。

解：英文教材230頁

（2）時分交換機

時分交換機使用時分復(fù)用技術(shù)。常用的方法稱作時隙互換（time-slotinterchange）

（TSI）

Time-divisionswitch

2*

-咳2

3-

3

-吧

圖4-8時分交換

圖4-8中包含時分多路復(fù)用開關(guān)以及RAM（用來存儲時隙數(shù)據(jù)）。左側(cè)的A,B,C,D

為四臺終端需要發(fā)往右側(cè)的時隙數(shù)據(jù)。該時隙數(shù)據(jù)所需到達的目的終端在右側(cè)以

同樣的字母標出，即1-3,2-4,3-1,4-2oRAM用以按順序暫存接收的時隙數(shù)

據(jù)。控制單元決定RAM中的時隙數(shù)據(jù)發(fā)出的順序（即，可能與接收的順序不同

嗎？）o

（3）組合時分-空分交換

圖4-9組合時分-空分交換

4.1.3分組交換網(wǎng)一數(shù)據(jù)報交換網(wǎng)絡(luò)datagramnetworks

1.數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的特點

數(shù)據(jù)切割成分組：數(shù)據(jù)需要分成固定長度或邊長度的分組。長度由所使用的網(wǎng)絡(luò)

和規(guī)約決定。

網(wǎng)絡(luò)資源按需分配，可能產(chǎn)生時延：數(shù)據(jù)報交換網(wǎng)絡(luò)中，不存在某次連接而建立

的專用連接（reservation這么翻譯？）,資源按需分配。不為每個分組專門分配

資源（帶寬），也沒有專門的分組信息處理時間。資源按需分配，分配原則是先

到先得。當交換機接到分組后，不管分組的源端是哪個節(jié)點，目的端是哪個節(jié)點。

只要交換機正在處理別的分組，剛到達的分組就需要等待。因此會產(chǎn)生延遲。

每個分組獨立處理：稱為數(shù)據(jù)報。交換機稱為路由器。在目的端，由于各分組經(jīng)

由的路由不同，各路由的負荷不同，到達目的節(jié)點的順序可能與源端發(fā)出順序不

同。（那么怎么處理）分組也可能在傳輸中丟失。

網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)數(shù)據(jù)報交換

上層規(guī)約完成目的端收到的各數(shù)據(jù)報的排序及丟失報文的重發(fā)

Datagramnetwork

圖4-10數(shù)據(jù)報分組交換網(wǎng)絡(luò)

圖4-10為簡單示例。

分組交換網(wǎng)絡(luò)又稱為無連接網(wǎng)絡(luò)。無連接是與電路交換相比較而言。交換機并沒

有關(guān)于連接狀態(tài)的信息。沒有電路建立和拆除階段。

2.數(shù)據(jù)報交換網(wǎng)絡(luò)中的幾個概念

目的地址：每一個數(shù)據(jù)報都包含一個報頭，里面包含有數(shù)據(jù)報的目的地址。當路

由器收到數(shù)據(jù)報時，路由器檢測該地址，在路由表里根據(jù)目的地址找到發(fā)送的端

口。這個地址跟虛電路交換網(wǎng)絡(luò)的地址不同，在整個數(shù)據(jù)報傳送的過程中保持不

變。

效率：數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的效率高于電路交換網(wǎng)絡(luò)。因為只有需要傳輸數(shù)據(jù)報時才分配

信道資源。如果源節(jié)點發(fā)送一個數(shù)據(jù)報，且在另外一個數(shù)據(jù)報發(fā)送之前有幾分鐘

的延遲，則剛才數(shù)據(jù)報占用的信道資源可以用于發(fā)送其他源節(jié)點發(fā)送的其他數(shù)據(jù)

報。

延遲：數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的延遲可能比虛電路網(wǎng)絡(luò)長。盡管沒有電路建立和拆除階段,

數(shù)據(jù)報在發(fā)送之前可能會有一些延遲。由于信息的各個數(shù)據(jù)報并不一定經(jīng)由同一

個路徑發(fā)送，因此各數(shù)據(jù)報的延遲并不一定全相同。圖8.9為一個數(shù)據(jù)報在數(shù)據(jù)

報網(wǎng)絡(luò)中傳輸所經(jīng)歷的延遲。

A

-S

pa

S-

HO

TimeTimeTimeTime

圖4-11報文交換的時間延遲

4.1.4分組交換網(wǎng)一虛電路交換網(wǎng)絡(luò)virtual-circuitnetworks

圖4-12虛電路網(wǎng)絡(luò)

虛電路網(wǎng)絡(luò)介于電路交換網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)之間。具有上述兩種交換網(wǎng)絡(luò)的特

點。

1.虛電路網(wǎng)的特征：

?具有鏈路建立和拆除階段

?鏈路資源可以像在電路交換網(wǎng)絡(luò)中那樣在徒路建立階段加以分配，或者像在數(shù)

據(jù)報交換網(wǎng)絡(luò)中按需分配。

?數(shù)據(jù)分成組，每組數(shù)據(jù)頭攜帶地址信息。該地址僅標明下一個交換和傳輸數(shù)據(jù)

所采用的信道，并不表明數(shù)據(jù)的最終目的地址。

?所有分組報文均經(jīng)由同一路徑傳輸（在鏈路建立階段建立）。

?目前：虛電路交換在數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)，電路交換在物理層實現(xiàn)，而數(shù)據(jù)報交換

在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)。

編址：具有全局編址和本地編址

全局編址：源和目的端需要有一個全網(wǎng)唯一的地址。虛電路網(wǎng)絡(luò)中的全局地

址用于產(chǎn)生虛電路標識符。

虛電路標識符：虛電路標識符僅在局部有效。當一幀數(shù)據(jù)到達一個交換節(jié)點

時，具有一個VCL當它離開該交換節(jié)點時，具有另外一個VCI。VCI數(shù)字無須

很大，因為每一個交換節(jié)點具有其自己專門的VCI系列。

圖4-13虛電路標識符

2.虛電路交換過程：具有建立、數(shù)據(jù)傳輸和拆除階段三個階段。建立階段，源

和目的利用其全局地址與交換建立路由表（？還是交換表？）（tableentries?）o

拆除階段，刪除路由表。虛電路網(wǎng)的路由器及路由表如圖4-14所示。

IncomingOutgoing

PortVCIPortVCI

114322

177241

Data77

2

圖4-14虛電路網(wǎng)的路由器和路由表

（1）建立階段：在建立階段，交換機為虛電路產(chǎn)生一個eniry。建立分兩部

進行：虛電路建立請求和確認。

IncomingOutgoingIncomingOutgoing

PortVCIPortVCIPortVCIPortVCI

11432223

IncomingOutgoing

PortVCIPortVCI

662

圖4-15請求建立虛電路

建立請求：建立請求幀從源發(fā)往目的。

A.源A將建立幀發(fā)送至交換機1。

交換機1接到請求幀，明確從節(jié)點A發(fā)往節(jié)點B的幀經(jīng)由端口3（以后

章節(jié)解釋如何明確這一點）。在建立階段，交換機與報文交換中的路由相

同，具有一張路由表。該路由表與交換表（交換表是什么？分組交換中

的是路由表？虛電路交換中的是交換表？）不同。交換機在表中建立一

條記錄，記錄下收到信息的虛電路的VCI和對應(yīng)端口號。但僅能完成該

記錄四個信息中的三個，無法確認發(fā)送分組的VCI。將在確認信

息中確定。I（現(xiàn)在僅僅在講交換，還沒有洲路由如何確定。）

C.交換機2接到建立請求幀。與交換機的處理過程相同。

D.交換機3接到建立請求幀。

E.目的端點B收到建立幀，如果B已經(jīng)準備好從A接受信息，會為從A

發(fā)送來的信息分配一個VCI（77）,以表明收到的信息來自A,而不是其

他源。

確認：確認幀補齊交換表中的尚缺失的VCI，言息。

A.目的端將確認噴發(fā)往交換機3。該確認幀帶有全局的源地址和目的地址，

因此交換機能夠知道對應(yīng)于交換表中哪個記錄。該確認幀帶有VCI77信

息，77為目的節(jié)點為從A發(fā)來的信息選擇的VCI。交換機3將77填寫

在其交換表中對應(yīng)為之。即77為從交換機3發(fā)往目的節(jié)點的信息的VCI。

B.交換機3向交換機2發(fā)送確認幀，該確認幀中含有VCI信息，被交換機

2用作其發(fā)往交換機3的VCI信息。

C.交換機2向交換機1發(fā)送確認幀。交換機1完成交換表中缺少的發(fā)出信

息的VCI信息

D.交換機1將確認信息發(fā)送到節(jié)點Ao

E.節(jié)點A利用收到的VCI信息作為其發(fā)往交換機1的VCI。

圖4-16建立虛電路的確認

（2）數(shù)據(jù)傳輸階段：每個交換機必須包含一張表，表中每一個記錄包含有

建立的虛電路的4項信息。分別為接收信息的端口，對應(yīng)的VCI,發(fā)出信息的端

口，對應(yīng)的VCI。

（3）拆除階段：當源節(jié)點A將所有幀均發(fā)送至目的節(jié)點B后，發(fā)送一個虛

電路拆除請求。目的節(jié)點B回送一個虛電路拆除確認信息。所有收到該確認信

息的交換機揩交換表中相應(yīng)的記錄刪除。

3.虛電路網(wǎng)的性能

效率：資源可以在建立階段預(yù)留或在數(shù)據(jù)傳輸階段分配。采用第一種情況，所有

分組的延時都是相同的。采用第二種情況，不同分組可能經(jīng)歷不同的延時。

傳輸延遲：第一種情況的傳輸延遲。

TimeTimeTimeTime

圖4-18虛電路的數(shù)據(jù)延遲

4.1.5虛電路網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)的比較

表4-1虛電路網(wǎng)和數(shù)據(jù)報網(wǎng)的性能比較

比較的項目數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)虛電路網(wǎng)絡(luò)

建立鏈路不需要需要

地址每個分組帶有源地址和目的每個分組帶有一個很短的

地址VC1值

狀態(tài)信息沒有連接的狀態(tài)信息為每一虛連接建立表

路由各個分組獨立路由屬于同一條虛電路的所有

分組走同一路徑

路由器故障的影響沒有經(jīng)過此路由器的所有虛電

路都失效

服務(wù)質(zhì)量很難實現(xiàn)在建立連接時如保留足夠

資源，可以實現(xiàn)

擁塞控制很難實現(xiàn)如果有足夠資源分配洽虛

電路，容易實現(xiàn)

4.2IP地址

網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)單一分組從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸。網(wǎng)絡(luò)層為分組增加信息

頭，其中包含有分組發(fā)送端和分組接收端的邏輯池址。如果分組通過internet傳

輸，源節(jié)點和目的節(jié)點則由這一編址系統(tǒng)進行區(qū)分。

網(wǎng)絡(luò)層通信為“host?to?host”。源計算機發(fā)送的分組可能通過如干LAN網(wǎng)或

WAN網(wǎng)，才能到達目的計算機。因此必須具有一個全局編址機制。下面介紹

TCP/IP協(xié)議體系中的1P編址。

Internet地址為32位。最多有個不同的地址，被稱為IPv4(即IP版本4)0

新的編址系統(tǒng)IPv6可以提供更多的地址。IPv6采用128位地址，地址分配更靈

活。

4.2.1IPv4編址系統(tǒng)

1.IPv4地址特點

地址唯一：

此系統(tǒng)內(nèi)，與internel相連的每一個設(shè)備都具有唯一的地址?！拔ㄒ弧敝?/p>

的是任何兩個設(shè)備不可能同時具有相同的地址。通過采用某種方法，一個地

址可以在不同時刻分配給不同的設(shè)備。

另外，路由器類設(shè)備，與網(wǎng)絡(luò)具有多個連接，則需要多個IP地址。

通用標準：

任何與internel相連的設(shè)備均需遵循這一規(guī)則進行編址。

地址空間：即這一規(guī)約規(guī)定下，可能地址的數(shù)目。

具有232個不同的地址。但實際可以使用的地址數(shù)目遠小于這個數(shù)目。

地址標識：

二進制標識：01110101100101010001110100000010

點分十進制標識:

例題［4-5］：

將下列IPv4地址從二進制標識轉(zhuǎn)換成點分十進制標識：

(1)10000()01000010110000101111101111

(2)11000001100000110001101111111111

解：

(1)39

(2)55

2.IPv4地址分類：怎么說過時了？A,B,C,D,E五類

FirstSecondThirdFourth

bytebytebytebyte

ClassA0-127|||||||

ClassB128-1911||||||

ClassC1192-2231|

ClassD1224-23911

CM|24O~255|||||||

a.BinarynotationDotted-decimaInotation

圖4-19IPv4有類型地址分類

（1）網(wǎng)絡(luò)號和主機號

如果把internet作為一個整體的網(wǎng)絡(luò)來看，而不是看成許多網(wǎng)絡(luò)的組合，則

IP地址就是給每一個連接在Internet網(wǎng)絡(luò)上的每臺主機分配一個32位的地址，

這個地址則唯一代表了這臺主機，而且為方便記憶，通常使用以點號劃分的十進

制數(shù)來表示。同時還規(guī)定，每一個IP地址又劃分為兩部分：網(wǎng)絡(luò)標識和主機標

識，即

IP地址二二網(wǎng)絡(luò)標識（網(wǎng)絡(luò)號）+主機標識（主機號）

如圖4?19,黃色字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)標識，白色字節(jié)為主機標識。

表4-2numberofblocksandblocksizeinIPv4

ClassNumberofBlocksBlockSi次Application

A12816.777.216Unicast

B16.38465.536Unicast

C2.097.152256Unicast

D1268,435,456Multicast

E1268,435,456Reserved

（2）類和地址字段

A類IP地址：網(wǎng)絳的標識長度為7位，因此A類網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)量較少，而主

機標識的長度為24位，這樣，主機的數(shù)量可以達到1600多萬臺，由此稱其

為大型網(wǎng)絡(luò)地址。

B類IP地址：由2字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和2字節(jié)主機地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址最高位

為“10”，則B類【P地址中網(wǎng)絡(luò)的標識長度為14位，主機標識的長度為16

位，B類網(wǎng)絡(luò)地址適用于中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)所能容納的計算機數(shù)為

6萬多臺。

C類IP地址：前三段（前三個字節(jié)）為網(wǎng)絡(luò)號碼，剩下的一段（一個字節(jié)）

號碼為本地計算機的號碼。網(wǎng)絡(luò)地址最高位必須是“110”。C類IP地址中網(wǎng)

絡(luò)的標識長度為21位，士機標識的長度為8位，C類適用于小規(guī)模的局域網(wǎng)

絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)最多只能容納254臺計算機。

D類IP地址：最高字節(jié)以“1110”開始，為多點廣播地址。

E類IP地址：保留

0?0.0.0對應(yīng)于當前主機

55當前子網(wǎng)的廣播地址

(3)子網(wǎng)掩碼

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IPv4中的IP地址已經(jīng)遠遠不夠用，為了解決這一矛盾，

又在IP地址的概念上加上子網(wǎng)掩碼進行進一步識別。子網(wǎng)掩碼的位數(shù)與IP地址

相同，也為32比特，規(guī)定將網(wǎng)絡(luò)號的位數(shù)位置1,主機號位數(shù)位置()。

A類網(wǎng)絡(luò)的默認子網(wǎng)掩碼格式為""

B類網(wǎng)絡(luò)的默認子網(wǎng)掩碼格式為""

C類網(wǎng)絡(luò)的默認子網(wǎng)掩碼格式為“”

用于區(qū)分任意兩臺主機是否處于同一網(wǎng)段的方法；

通過子網(wǎng)掩碼可以區(qū)分網(wǎng)絡(luò)上的任意兩臺主機是否在同一網(wǎng)段內(nèi)。計算機網(wǎng)

絡(luò)ID的不同，說明它們不在同一個物理子網(wǎng)內(nèi)，相互之間的數(shù)據(jù)傳遞需要通過

路由器轉(zhuǎn)發(fā)才能進行交換，而同一物理子網(wǎng)內(nèi)的換主機是不需要路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)

的，就像處在同一個地區(qū)的電話，可以直接撥號，而不在同一個地區(qū)的電話，需

要加上區(qū)號，然后通過不同的電話局轉(zhuǎn)接一樣。

區(qū)分方法：將IP地址與它們各自的子網(wǎng)掩碼進行位與操作，如果結(jié)果相同，

則可確定它們在同一網(wǎng)絡(luò)；不同，則不在同一網(wǎng)絡(luò)?。

網(wǎng)絡(luò)號，子網(wǎng)號和主機號的區(qū)分：采用子網(wǎng)掩碼后，網(wǎng)絡(luò)號，子網(wǎng)號和主機

號的區(qū)分與圖4-19的定義有所不同，

對應(yīng)其子網(wǎng)掩碼，【P地址中，置1的部分為網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號

例題【4?6］：學(xué)院新建5個機房，每個房間有30臺機器，如果給定一個C類網(wǎng)

絡(luò)地址：,問如何將其劃分為5個子網(wǎng)，子網(wǎng)掩碼如何設(shè)置？

分析：是一個C類IP地址，默認掩碼為：,而我

們要劃分5個子網(wǎng)，所以必須將最后一個字節(jié)進一步劃分。由于3位2進制數(shù)可

以表示的范圍是0-7,因此將最后一個字節(jié)的高3位重新組合就可以滿足要求。

子網(wǎng)掩碼定義為24,一共8個子網(wǎng)，每個網(wǎng)絡(luò)可以容納30臺機器。

表4-3子網(wǎng)掩碼和IP分配

分組號子網(wǎng)掩碼IP地址范圍

124—0

2243—2

3245—4

4247—26

|5|24|29—58

3.IPv4有類別地址的缺點

IPv4是按照網(wǎng)絡(luò)的大?。ㄋ褂玫腎P地址數(shù)）來分類的，他的編址方案中使

用“類”的概念。A、B、C三類IP地址的定義很容易理解，也很容易劃分，但

是在實際網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，它們并不利于有效地分配有限的地址空間。對于A、B類

地址，很少有這么大規(guī)模的公司能夠使用，而C類地址說容納的主機數(shù)又相對

太少。所以，現(xiàn)有類別的IP地址并不利于有效地分配地址空間，不適合網(wǎng)絡(luò)規(guī)

劃。

4.可變長子網(wǎng)掩碼：無類別編址（classlessaddressing）

在無類別編址中，子網(wǎng)掩碼中1的個數(shù)可以為任意。一般用/n表示左邊n位

均為1,右側(cè)（32-n）為0。例如：x.y.z.t/no/n定義了掩碼。

在一個地址段中，第一個地址為設(shè)定ip地址中的右側(cè)（32-n）位為0；

在一個地址段中，最后一個地址為設(shè)定ip地址中的右側(cè)（32-n）位為1：

例題【4?7】（英文書例19.6,頁556頁）：一段網(wǎng)絡(luò)地址分配給一個小的機構(gòu)。

其中一個地址是0/28。那么這段地址的第一個地址和最后一個地址是

什么？

解：如果將右側(cè)32?29位置為0,看得到11001101000100000010010100100000,

則得到2。這就是該段地址的起始地址。最后一個地址則為將右側(cè)

29?32位置1,即為11001101000100000010010100101111,即為205.16.3747,

則這段網(wǎng)絡(luò)地址一共有16個IP地址可用。

a）網(wǎng)絡(luò)地址

一段IP地址的第一個地址比較特殊，稱作網(wǎng)絡(luò)地址，定義了占用該段地址

的公司網(wǎng)絡(luò)。路由器利用第一個地址將信息從該公司網(wǎng)絡(luò)發(fā)往外部網(wǎng)絡(luò)。路由器

具有兩個地址，一個地址屬于該公司網(wǎng)絡(luò)，另外一個地址屬于路由另一側(cè)所連接

的網(wǎng)絡(luò)。

b）地址的層次結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)地址，子網(wǎng)地址和主機地址

沒有子網(wǎng)的情況：

28bits4bits

??

|Networkprefix|

i

iHostaddress

圖4-20兩級IP地址（網(wǎng)絡(luò)號與主機地址）

包含子網(wǎng)情況：

一個大型網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可以花費成若干子網(wǎng)。整個大型網(wǎng)絡(luò)對外而言仍然是一個

整體，具有其掩碼；其內(nèi)部的每個子網(wǎng)則有單獨的掩碼。

例題［4-81：某機構(gòu)，分配的IP地址為/26,包括64個地址。該機構(gòu)

據(jù)有個辦公室，需要將IP地址劃分成3塊，各包含32,16,16個IP地址。

1.第一個子網(wǎng)的掩碼為nl,則232山二32,nl=27；

2.第二個子網(wǎng)的掩碼為n2,則232f2=16,nl=28；

3.第三個子網(wǎng)的掩碼為n3,則23*3=16,nl=28；

如圖4-21所示:

Subnet1Subnet3

1/272.14.63/28

0^17.12.14.62/28

0/273,

a

o17.12.14.SO/289/28

17.12.14.20/27^^_.

m

-Subnet2

17.12.14.1/27.0

/274/282.14.33/28

Network:/26

x.y.z.t/n

Totherestof

theInternet

圖4-21子網(wǎng)的劃分

如圖4?22所示：整個機構(gòu)的掩碼為26,即前26位為網(wǎng)絡(luò)號，子網(wǎng)1,藍色的1

位為子網(wǎng)號；子網(wǎng)2和3,藍色的兩位為子網(wǎng)號。

Subnet1Subnets2and3

26bits15bits26bits2&bits

NetworkprefixNetworkprefix

SubnetprefixSubnetprefix

HostaddressHostaddress

圖4-22IP地址的三層結(jié)構(gòu)

c）地址的分配

在因特網(wǎng)上地址的分配也是逐級進行的。因特網(wǎng)名字與地址指派公司ICANN

(InternetCoiporationforAssignedNamesandAddresses)是地址分配的最高權(quán)力

機構(gòu)。由他將達的地址塊分給ISP。每一個ISP將分得的大塊地址分成若干個小

塊，再把這些小塊地址分給他的客戶。反過來，ISP先把用戶需求的地址，逐級

從很小的塊聚集成較大的塊，再將若干較大的塊聚集成更大的塊，最后聚集成一

大塊，并從ICANN哪里獲得這個大塊地址。這個過程稱為地址會聚(address

aggregation)。

例題【4?9］：一個ISP分得一塊地址190.1()0.0.()/16。ISP要把這塊地址分給3組

客戶，要求如下：

a,第1組有64個客戶，每個客戶需要256個地址。

b,第2組有128個客戶，每個客戶需要128個地址。

c,第3組有128個客戶，每個客戶需要64個地址。

設(shè)計各個子塊，并計算出還有多少剩余的地址？

解：

第1組

每一客戶需要256地址，主機部分為8比特，前綴應(yīng)為32-8=24比特。可得64

個客戶的地址范圍為

客戶1：/2455/24

客戶2：/2455/24

oOO

客戶64：/2455/24

地址總數(shù)=64*256=16384

第2組

每一客戶需要128個地址，主機部分占用7比特,前綴為25比特。得128個客

戶的地址范圍為

客戶1：/2527/25

客戶2：28/2555/25

OOO

客戶128：28/2555/25

地址總數(shù)=128*128=16384

第3組：

每一客戶需要64個地址，用6比特表示主機，用26比特表示前綴，得到128

個客戶地址范圍為：

客尸1：/263/26

客戶2：4/2527/26

OOO

客戶128：92/2555/26

地址總數(shù)=128*64=8192

ISP獲得的地址總數(shù):65536

已分配地址總數(shù)：40960

尚未分配的地址數(shù)：24576

圖4-23給出設(shè)計的圖示。

-*Customer001:/24

to55Customer064:190,100.63.0/24

S:

0SGroup2--Customer001:/25

SS

SON

3Oto55Customer128:28/25

J.S

POS

ToandfromPOT

BLO

OO

theInternet6L

L0

6

LGroup3:—Customer001:190,100.128.0/26

t。55二Customer］？陽92/26

Available

to55

圖4-23地址分配舉例

5.網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)NAT(NetworkAddressTranslation)

希望使用internet的家庭用戶或小型公司的數(shù)目不斷增加。最初，用戶通過

撥號上網(wǎng)，這意味著用戶僅在某一段時間接入interneto因此，具有一段地址使

用權(quán)的ISP可以為用戶動態(tài)分配地址。但是現(xiàn)在，用戶通過ADSL或cablemodem

接入。而且，很多用戶希望能有多個地址，或可能建立一個具有幾個主機的小型

網(wǎng)絡(luò)，希望每個主機都有一個IP地址。

一個比較方便的解決方法稱作網(wǎng)路地址轉(zhuǎn)換NetworkAddressTranslation

(NAT)oNAT允許用戶具有多個內(nèi)網(wǎng)地址，而對外網(wǎng)僅有一個地址或有限個地

址。表4-4列出了預(yù)留的三組專用網(wǎng)絡(luò)地址。這些地址在內(nèi)網(wǎng)是唯一的，但不是

全局唯一。