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为了解决IPv4的不足，提高网络划分的灵活性，诞生了 两种非常重要的技术，那就是可变长子网掩码（VLSM） 和无分类域间路由选择（CIDR），把传统的标准IPv4有类 网络演变成一个更为高效、更为实用的无类网络。
VLSM用于IPv4子网的划分，也就是把一个大的网络划 分成多个小的子网；而CIDR则用于IPv4子网的聚合，当然 主要是指路由方面的聚合，也就是路由汇总。
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ARP是一个独立的三层协议，所以ARP报文在向 数据链路层传输时不需要经过IP协议的封装，而是直 接生成自己的报文，其中包括ARP报头，到数据链路 层后再由对应的数据链路层协议（如以太网协议）进 行封装。ARP报文分为ARP请求和ARP应答报文两种。 它们的报文格式可以统一为如图：
14 2
192.168.1.0
互联网IP地址使用示例
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IP地址分解为数量有限的特大型网络（A类），数量较 多的中等网络（B类）和数量非常多的小型网络（C类）。 特殊的地址类，包括D类（用于多点传送，如组播）和E类， 通常指试验或研究类。
每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字
段是网络号（net-id），它标志主机（或路由器）所连接到 的网络，而另一个字段则是主机号（host-id），它标志该 主机（或路由器）。两级的 IP 地址可以记为：
网络ID
主机ID
网络ID 子网ID 主机ID 新的net-id 新的host-id
三级IP地址的结构
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子网掩码定义了构成IP地址的32位中的多少位用于子
网位，由连续位个“1”与连续位个“0”组成。
网络号
主机号
IP地址
172
16
0
0
默认子网掩码 划分子网掩码
网络号
255 255
11111111 11111111
路由器和目标主机发送“无法到达目标”消息，通知发送主机它们 的数据报无法传送。类型值为3
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6.5 下一代因特网的网际协议（IPv6）
随着因特网的指数增长，前互联网面临的一个严峻问 题是地址消耗严重，即没有足够的地址来满足全球的需要。 IPv4的问题逐渐显露出来，32位的IP地址空间枯竭、路由 表急剧膨胀、路由选择效率不高、对网络安全和多媒体应 用的支持不够，配置复杂，对移动性支持不好，很难开展 端到端的业务等。这些问题已经成为制约互联网发展的的 重要障碍，而IETF开发的IPv6下一代网络彻底、有效地解 决了目前IPv4所存在的上述问题。
●IPv4数据报 IP数据报是Internet的基本传送单元，包括数据报报头 和数据区两部分。如图表示IPv4数据报格式。
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bit0
bit15 bit16
版本(4)
头部长度 (4)
服务类型(8)
标识(16)
标识(3)
bit31 总长度(16)
片偏移(13)
报
生存时间(8)
头
协议(8)
首部校验和(16)
（1）屏蔽网络差异，提供透明传输 （2）为网络间通信提供路由选择 （3）数据包封装和解封装 （4）拥塞控制
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6.2 网际协议（IP）
IP协议是用于将多个分组交换网络连接起来的最典型 通信协议。IP提供了不可靠、无连接的数据报传送服务， 不可靠的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。 无连接的意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信 息。由于IP协议的第4版本（IPv4）在网络中仍广泛使用， 所有本节所有内容都有IPv4标准为主。
（3）任播地址：这是IPv6增加的一种类型，任播的目 的站是一组接口。例如，都属于同一个公司的计算机。当 来自用户的数据报在交付时，只交付给这组计算机中的任 何一个，通常是距离最近的一个（用户向公司请求服务， 公司的这组计算机中的任何一个可以进行应答）。
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●IPv4向IPv6过渡的技术
因为现在整个因特网上使用老版本IPv4的路由器的数 量太大，所以向IPv6 过渡只能采用逐步演进的办法，同 时，还必须使新安装的 IPv6 系统能够向后兼容。
（1）10.2.1.1 （2）128.63.2.100 5、（2）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0.试 问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？
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源IP地址(32)
目的IP地址(32)
选项(0或32的整数倍)
数据部分
●IPv4地址
IPv4数据报格式
为了使连入Internet的众多主机在通信时能够相互识 别，Internet上的每一台主机和路由器都分配有一个唯一 的32位地址，即IP地址，也称作网际地址。IP地址一般采 用国际上通行的点分十进制表示。
第6章 网络互连技术
6.1 网络层功能概述 6.2 网际协议（IP） 6.3 IP地址与硬件地址 6.4 因特网控制报文协议（ICMP） 6.5 下一代因特网的网际协议（IPv6）
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6.1 网络层功能概述
网络层（网际互连层）是网络体系结构中非常重要的 一层，在技术上又是非常复杂的一层，因为它既要解决不 同网络的节点间通信的路由和协议识别问题，又要通过路 由选择策略解决网络拥塞问题，尽可能提高网络通信的可 靠性。网络层的主要功能表现在以下几个方面：
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6.4 因特网控制报文协议（ICMP）
ICMP（Internet Control Message Protocol）是网 际控制报文协议，它是IPv4协议族中的一个子协议，工作 在OSI的网络层，用于在IP主机、路由器之间传递控制消 息。ICMP可以实现故障隔离和故障恢复。
网络本身是不可靠的，在网络传输过程中，可能会发 生许多突发事件并导致数据传输失败。网络层的IP协议是 一个无连接的协议，它不会处理网络层传输中的故障，而 位于网络层的ICMP协议恰好弥补了IP的缺限，它向数据 包发送方提供发生在网络层的错误信息反馈。
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ICMP消息 类型
回显请求
几种常用的ICMP消息
用途说明
Ping工具通过发送ICMP回显消息检查特定节点的IPv4连接以排查网 络问题。类型值为0
回显应答 节点发送回显答复消息响应ICMP回显消息。类型值为8
重定向
源抑制
超时 无法到达 目标
路由器发送“重定向”消息，告诉发送主机到目标IPv4地址更好的 路由。类型值为5
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6.3 IP地址与硬件地址
●两种地址的比较
从层次的角度看，硬件地址（物理地址、MAC地址） 是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和 以上各层使用的地址。
IP地址
硬件地址
首部
首部
首部
应用层数据
TCP报文段或UDP数据报
IP数据报 MAC帧
网络层以上 使用IP地址
尾部
链路层以下 使用硬件地址
IP地址与硬件地址的区别
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●地址解析协议（ARP） IP地址是主机在抽象的网络层中的地址，不能直接用 来进行通信的。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，才能发送到实际的网 络上。因此在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是 必须使用硬件地址。 地址解析协议（Address Resolution Protocol，ARP） 是将IP地址解析为以太网硬件地址（或MAC地址）的协议。 在局域网网络中存在大量的ARP报文，尤其是以广播形式 出现。
路由器发送“源结束”消息，告诉发送主机它们的IPv4数据报将被 丢弃——因为路由器上发生了拥塞。于是，发送主机将以较低的速 度发送数据报。类型值为4
这个消息有两种用途。第一，当超过IP生存期时向发送系统发出错 误信息。第二，如果分段的IP数据报没有在时限内重新组合，这个消 息将通知发送系统。类型值为11
网络号
255 255
主机号
0
0
00000000 00000000
主机号
255
0
子网掩码示例
子网掩码中的二进制位构成了一个过滤器，它通过 “按位求与”的逻辑运算，标识哪一部分是标志网络的部 分，哪一部分是标志主机的部分。按位求与是对IPv4地址 的每一位与子网掩码对应的每一位进行二进制逻辑“与” 运算（AND）。
IPv6数据报
使用双协议栈进行从IPv4到IPv6的过渡
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习题
1、试简单说明下列协议的作用：IP、ARP、ICMP、 IPv6。
2、试解释下列技术的作用：子网划分、VLSM、 CIDR、双栈、隧道。
3、作为中间系统，集线器、网桥、路由器和网关有 何区别。
4、IP地址分为几类？各如何表示？IP地址的主要特 点是什么？判断以下IP地址的网络类别，并写出网络地址 和主机地址。
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一般来说，互联网上的每个接口必须有一个唯一的IP 地址，因而多接口主机（比如路由器）具有多个IP地址， 其中每个接口都对应一个IP地址。
172.18.0.1
172.16.0.1
10.13.0.0
172.18.0.2 10.13.0.1 172.17.0.1
172.16.0.2 172.17.0.2 192.168.1.1
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IPv6数据报由IPv6的基本首部（base header）、扩 展首部（extension header）和上层协议数据单元三部分 组成。IPv6基本首部将不必要的功能取消了，虽然长度增 大了一倍，但首部的字段数减少到只有8个。考虑到数据 链路层和运输层都有差错检验功能，还取消了首部的检验 和字段，这样就加快了路由器处理数据报的速度。
IPv6
A
流标记：X 源地址：A 目的地址：F ……
数据部分
IPv6数据报
双协议栈 IPv6/IPv4
B
IPv4网络
C