了得網研究生_路由和交換技術（第2版）

編輯推薦

路由和交換技術（第2版）著重培養學生設計、實施校園網和企業網的能力；研發交換機和路由器的能力；分析、設計和實現相關算法和協議的能力。
在實際網絡環境下深入討論以太網和互連網原理、算法、協議及各協議間的相互作用過程，重點剖析主流網絡技術的工作原理和數據傳輸機制，用大量案例培養讀者的實際應用技能。
通過配套的實驗教材《交換和路由技術實驗及實訓》，讀者可以在Cisco Packet Tracer軟件實驗平臺上完成教材內容涵蓋的全部實驗

內容簡介

路由和交換技術（第2版）詳細闡述交換式以太網和互聯網原理、協議和技術，介紹主流路由和交換技術，基於實際網絡環境討論交換式以太網和互聯網的工作原理和相關協議的工作過程，不僅使學生弄懂弄通路由和交換技術，還解決學生的學以致用問題。

目錄

第1章交換機和交換式以太網

1．1以太網概述

1．1．1以太網日志

1．1．2以太網體繫結構

1．1．3以太網拓撲結構

1．1．4以太網成功的因素

第1章交換機和交換式以太網

1．1以太網概述

1．1．1以太網日志

1．1．2以太網體繫結構

1．1．3以太網拓撲結構

1．1．4以太網成功的因素

1．2總線型以太網

1．2．1總線型以太網結構與功能需求

1．2．2總線型以太網各層功能

1．2．3基帶傳輸與曼徹斯特編碼

1．2．4MAC地址

1．2．5MAC幀

1．2．6CSMA/CD工作原理

1．2．7CSMA/CD算法的缺陷

1．2．8集線器和星形以太網結構

1．2．9例題解析

1．3網橋與衝突域分割

1．3．1網橋分割衝突域原理

1．3．2轉發表和MAC幀轉發過程

1．3．3網橋工作流程

1．3．4端到端交換路徑

1．3．5網橋無限擴展以太網

1．3．6全雙工通信擴展無中繼傳輸距離

1．3．7以太網拓撲結構與生成樹協議

1．3．8中繼器與網橋

1．3．9網橋工作過程舉例

1．4交換機轉發方式和交換機結構

1．4．1交換機轉發方式

1．4．2交換機結構

1．5以太網標準

1．5．110Mb/s以太網標準

1．5．2100Mb/s以太網標準

1．5．31Gb/s以太網標準

1．5．410Gb/s以太網標準

1．5．540Gb/s和100Gb/s以太網標準

本章小結

習題

第2章虛擬局域網

2．1廣播域和廣播傳輸方式

2．1．1單播傳輸方式和廣播傳輸方式

2．1．2廣播域

2．1．3傳統分割廣播域的方式

2．2VLAN定義和分類

2．2．1VLAN定義

2．2．2VLAN分類

2．3基於端口劃分VLAN

2．3．1單交換機VLAN劃分過程

2．3．2跨交換機VLAN劃分過程

2．3．3IEEE 802．1q與VLAN內MAC幀傳輸過程

2．3．4VLAN例題解析

2．4Cisco基於MAC地址劃分VLAN技術

2．4．1基於端口劃分VLAN的缺陷

2．4．2Cisco基於MAC地址劃分VLAN的過程

2．5專用VLAN

2．5．1專用VLAN的作用

2．5．2Cisco專用VLAN工作原理

2．6VLAN屬性注冊協議

2．6．1GVRP的作用

2．6．2GARP

2．6．3GVRP工作原理

2．6．4VTP

2．6．5GVRP例題解析

本章小結

習題

第3章生成樹協議

3．1生成樹協議的作用

3．1．1環路引發廣播風暴

3．1．2樹形網絡的弱可靠性

3．1．3生成樹協議的由來和發展

3．2STP工作原理

3．2．1STP基本概念

3．2．2STP基本步驟

3．2．3端口狀態

3．2．4定時器

3．2．5STP構建生成樹的過程

3．2．6STP容錯功能

3．2．7STP例題解析

3．3快速生成樹協議

3．3．1STP的缺陷

3．3．2端口角色和端口狀態

3．3．3端口狀態快速遷移過程

3．3．4網橋轉發表刷新機制

3．3．5RSTP應用實例

3．3．6RSTP例題解析

3．4多生成樹協議

3．4．1MSTP的必要性

3．4．2MSTP的基本思想

3．4．3MSTP的基本步驟

3．4．4MSTP構建CIST實例

本章小結

習題

第4章以太網鏈路聚合

4．1鏈路聚合基礎

4．1．1鏈路聚合含義

4．1．2鏈路聚合方式

4．1．3端口屬性

4．2鏈路聚合機制

4．2．1功能組成

4．2．2交換機通過聚合組轉發MAC幀的過程

4．2．3鏈路聚合組生成過程

4．3鏈路聚合控制協議

4．3．1LACP簡介

4．3．2LACP報文格式

4．3．3LACP工作過程

4．3．4N∶M備份

本章小結

習題

第5章路由器和網絡互連

5．1網絡互連

5．1．1不同類型網絡互連需要解決的問題

5．1．2信件投遞過程的啟示

5．1．3端到端傳輸的思路

5．1．4IP實現網絡互連機制

5．1．5數據報IP分組交換網絡

5．1．6路由器結構

5．2IP

5．2．1IP地址分類

5．2．2IP地址分層分類的原因

5．2．3IP地址分類的缺陷

5．2．4無分類編址

5．2．5IP分組格式

5．3路由表和IP分組傳輸過程

5．3．1互聯網結構與路由表

5．3．2IP分組傳輸過程

5．3．3實現IP分組傳輸過程的思路

5．3．4直連路由項和靜態路由項

5．3．5例題解析

5．4IP over以太網

5．4．1ARP和地址解析過程

5．4．2逐跳封裝

5．5虛擬路由器冗餘協議

5．5．1容錯網絡結構

5．5．2VRRP工作原理

5．5．3VRRP應用實例

本章小結

習題

第6章路由協議

6．1直連路由項和靜態路由項

6．1．1直連路由項

6．1．2靜態路由項

6．1．3靜態路由項的缺陷

6．2路由協議和動態路由項

6．2．1路由協議定義

6．2．2路由協議生成動態路由項實例

6．2．3路由協議生成動態路由項過程

6．3路由協議基礎

6．3．1路由協議分類

6．3．2路由協議要求

6．3．3距離向量路由協議

6．3．4鏈路狀態路由協議

6．4RIP

6．4．1RIP消息格式

6．4．2RIP工作過程

6．4．3RIP建立路由表實例

6．4．4RIP動態適應網絡變化的過程

6．4．5計數到無窮大和水平分割

6．4．6RIP缺陷

6．5OSPF

6．5．1OSPF的基本概念

6．5．2路由器確定自身鏈路狀態

6．5．3泛洪鏈路狀態通告

6．5．4構建路由表算法

6．5．5OSPF動態適應網絡變化的過程

6．5．6OSPF和RIP的區別

6．5．7OSPF分區域建立路由表的過程

6．6BGP

6．6．1分層路由的原因

6．6．2BGP報文類型

6．6．3BGP工作機制

本章小結

習題

第7章多播

7．1多播的基本概念

7．1．1多播與單播和廣播的區別

7．1．2多播地址

7．1．3多播實現技術

7．2IGMP

7．2．1IGMP消息類型和格式

7．2．2IGMP操作過程

7．2．3IGMP偵聽

7．3多播路由協議

7．3．1DVMRP

7．3．2PIMSM

本章小結

習題

第8章網絡地址轉換

8．1NAT的基本概念

8．1．1NAT的定義

8．1．2私有地址空間

8．1．3NAT的應用

8．1．4NAT引發的問題

8．2NAT的工作過程

8．2．1NAT的分類

8．2．2PAT

8．2．3NAT

8．2．4應用層網關

8．2．5幾種NAT技術的特點

8．3NAT應用方式

8．3．1雙穴網絡結構

8．3．2實現內部網絡和外部網絡通信

8．3．3實現內部網絡之間的通信

8．3．4解決內部網絡與外部網絡地址重疊問題

8．4例題解析

本章小結

習題

第9章三層交換機和三層交換

9.1三層交換機基礎

9．1．1多端口路由器實現VLAN間通信的過程

9．1．2單臂路由器實現VLAN間通信的過程

9．1．3三層交換機實現VLAN間通信的過程

9．1．4多個三層交換機互連

9．1．5三層交換機與路由器的區別

9．1．6校園網和三層交換機

9．1．7單臂路由器和三層交換機實現VLAN互連實例

9．2三層交換過程

9．2．1三層交換機結構

9．2．2三層轉發表的建立過程

9．2．3二層交換和三層路由交換過程

9．3三層交換機應用方式

9．3．1IP接口集中到單個三層交換機

9．3．2兩個三層交換機同時定義所有VLAN對應的IP接口

9．3．3兩個三層交換機分別定義兩個VLAN對應的IP接口

本章小結

習題

第10章IPv6

10．1IPv4的缺陷

10．1．1地址短缺問題

10．1．2復雜的分組

10．1．3QoS實現困難

10．1．4安全機制先天不足

10．2IPv6結構

10．2．1IPv6基本

10．2．2IPv6擴展

10．3IPv6地址結構

10．3．1IPv6地址表示方式

10．3．2IPv6地址分類

10．4IPv6網絡實現通信的過程

10．4．1網絡結構和基本配置

10．4．2鄰站發現協議

10．4．3路由器建立路由表的過程

10．5IPv6 over以太網

10．5．1IPv6地址解析過程

10．5．2IPv6多播地址和MAC組地址之間的關繫

10．5．3IPv6分組傳輸過程

10．6IPv6網絡和IPv4網絡互連

10．6．1雙協議棧技術

10．6．2隧道技術

10．6．3網絡地址和協議轉換技術

本章小結

習題

附錄A部分習題答案

附錄B英文縮寫詞

參考文獻

前言

前言前言
“路由和交換技術”課程的教學目標有3個：一是使學生具備設計、實施校園網和企業網的能力，二是具備研發交換機和路由器的能力，三是具備MAC幀和IP分組端到端傳輸過程所涉及的算法和協議的分析、設計和實現能力。目前市場上的相關教材主要分為兩類：類教材的內容與“計算機網絡”教材內容高度重疊，對於交換機和路由器結構以及交換式以太網和互聯網相關算法和協議的工作原理、實現過程涉及較少，因而無法培養學生研發交換機和路由器、實施網絡工程的能力；第二類教材的內容像是交換機和路由器配置指南，主要討論常見交換機和路由器設備的配置過程，對於交換機和路由器結構以及交換式以太網和互聯網相關算法和協議的工作原理、實現過程仍然涉及較少，雖然可以使學生具有一定的設計、實施校園網和企業網的能力，但無法使學生具有研發交換機和路由器的能力以及相關算法和協議的分析、設計及實現能力。本書有以下特點：一是詳細討論交換機和路由器結構，交換式以太網和互聯網相關算法和協議的工作原理、實現過程，提供完成校園網、企業網方案設計和實施所需要的交換式以太網和互聯網的知識；二是在具體網絡環境下深入討論交換式以太網和互聯網相關算法和協議的工作原理及各協議間的相互作用過程，為學生提供透徹、完整的交換式以太網和互聯網知識；三是結合主流廠家設備討論交換和路由技術，並將它們講深講透，讓學生能夠學以致用；四是通過大量例題解析為學生提供運用所學知識分析、解決問題的方法和步驟；五是通過對大量取自實際應用的案例的分析，為學生提供設計、實施校園網和企業網，分析、設計和實現相關算法和協議的思路。“路由和交換技術”是一門實驗性很強的課程，掌握交換機和路由器配置過程及交換式以太網和互聯網設計、實施過程對於深入了解交換式以太網和互聯網相關算法和協議的工作原理及實現過程非常有用。鋻於目前很少有學校可以提供能夠完成各種規模校園網和企業網設計、實施實驗的網絡實驗室，編者還編寫了配套教材《路由和交換技術實驗及實訓》，該配套教材可以作為指導學生利用Cisco Packet Tracer軟件實驗平臺完成各種規模校園網和企業網設計、實施實驗的實驗指導書。 Cisco Packet Tracer軟件實驗平臺的人機界面非常接近實際設備的配置過程，學生通過Cisco Packet Tracer軟件實驗平臺可以完成教材內容涵蓋的全部實驗，建立與現實網絡世界相似的應用環境，真正掌握基於Cisco設備完成交換式以太網和互聯網設計、配置和調試的方法和步驟。本書對第1版內容做了以下修改：一是重新梳理了全書的內容，使得內容組織更加合理，知識點之間的邏輯性更強，對難點的討論更加深入和詳細；二是根據標準對相關內容進行了更新；三是給出了部分習題解答。作為一本無論在內容組織、敘述方法還是教學目標上都和已有教材有一定區別的新教材，錯誤和不足之處在所難免，殷切希望使用本書的老師和學生批評指正，也殷切希望讀者能夠就教材內容和敘述方式提出寶貴建議和意見，以便編者進一步完善教材內容。編者Email地址為shenxinshan@163.com。

編者2018年6月於南京

在線試讀

第5章路由器和網絡互連目前多種類型的網絡共存，並獨立發展，每一種網絡已經實現連接在該網絡上的兩個終端之間的通信過程，如以太網已經實現連接在以太網上的兩個終端之間的MAC幀傳輸過程。問題是，任何一種網絡都無法獨立實現全球任何兩個終端之間的通信過程，隻有把多種有著不同的適用範圍、不同的功能特性的網絡互連在一起，纔能實現全球任何兩個終端之間的通信過程。這就需要一種新的獨立於任何類型網絡的端到端分組傳輸協議——網際協議(Internet Protocol，IP)，一種新的用於互連不同類型網絡的設備——路由器。
5．1網絡互連
異地信件投遞過程與連接在不同類型網絡上的終端之間的通信過程十分相似，可以通過分析異地信件投遞過程得出實現連接在不同類型網絡上的終端之間通信過程的思路。5．1．1不同類型網絡互連需要解決的問題1．互連網絡結構
互連網絡結構如圖5．1所示，由路由器實現以太網和公共交換電話網(Public Switched Telephone Network，PSTN)這兩個不同類型的網絡的互連。因此，路由器需要具備連接以太網的端口和連接PSTN的端口。以太網用MAC地址標識結點，結點之間傳輸的數據需要封裝成MAC幀，MAC幀中需要給出源和目的結點的MAC地址，以太網能夠實現MAC幀源結點至目的結點的傳輸過程。路由器連接以太網的端口同樣具有MAC地址，因而能夠實現終端A與路由器連接以太網的端口之間的MAC幀傳輸過程。

圖5．1互連網絡結構
第5章路由器和網絡互連目前多種類型的網絡共存，並獨立發展，每一種網絡已經實現連接在該網絡上的兩個終端之間的通信過程，如以太網已經實現連接在以太網上的兩個終端之間的MAC幀傳輸過程。問題是，任何一種網絡都無法獨立實現全球任何兩個終端之間的通信過程，隻有把多種有著不同的適用範圍、不同的功能特性的網絡互連在一起，纔能實現全球任何兩個終端之間的通信過程。這就需要一種新的獨立於任何類型網絡的端到端分組傳輸協議——網際協議(Internet Protocol，IP)，一種新的用於互連不同類型網絡的設備——路由器。
5．1網絡互連
異地信件投遞過程與連接在不同類型網絡上的終端之間的通信過程十分相似，可以通過分析異地信件投遞過程得出實現連接在不同類型網絡上的終端之間通信過程的思路。5．1．1不同類型網絡互連需要解決的問題1．互連網絡結構
互連網絡結構如圖5．1所示，由路由器實現以太網和公共交換電話網(Public Switched Telephone Network，PSTN)這兩個不同類型的網絡的互連。因此，路由器需要具備連接以太網的端口和連接PSTN的端口。以太網用MAC地址標識結點，結點之間傳輸的數據需要封裝成MAC幀，MAC幀中需要給出源和目的結點的MAC地址，以太網能夠實現MAC幀源結點至目的結點的傳輸過程。路由器連接以太網的端口同樣具有MAC地址，因而能夠實現終端A與路由器連接以太網的端口之間的MAC幀傳輸過程。

圖5．1互連網絡結構

PSTN用電話號碼標識結點，結點之間開始數據傳輸過程前，必須通過呼叫連接建立過程建立兩個結點之間的點對點語音信道，經過點對點語音信道傳輸的數據需要封裝成點對點協議(Point to Point Protocol，PPP)幀，由於PPP幀是沿著點對點語音信道傳輸，因此，PPP幀中無須給出兩個結點的地址信息。路由器連接PSTN的端口同樣具有電話號碼，因而終端B與路由器連接PSTN的端口之間能夠建立點對點語音信道，因此，能夠實現終端B與路由器連接PSTN的端口之間的PPP幀傳輸過程。如圖5．1所示，終端A與終端B之間的傳輸路徑由終端A和終端B、兩個不同類型的傳輸網絡與互連這兩個不同類型傳輸網絡的路由器組成。終端和路由器稱為跳，對於終端A至終端B的傳輸路徑，路由器稱為終端A的下一跳，終端B稱為路由器的下一跳。終端A隻能通過以太網實現與下一跳路由器之間的MAC幀傳輸過程。同樣，對於終端B至終端A的傳輸路徑，路由器稱為終端B的下一跳，終端A稱為路由器的下一跳。終端B隻能通過點對點語音信道實現與下一跳路由器之間的PPP幀傳輸過程。實現兩個不同類型網絡互連，需要實現連接在不同類型網絡上的兩個終端之間的通信過程，如圖5．1中終端A與終端B之間的通信過程。實現連接在不同類型網絡上的兩個終端之間的通信過程需要解決什麼問題呢？2．需要解決的問題(1) 地址標識不同。由於以太網用MAC地址標識連接在以太網上的終端，而PSTN用電話號碼標識連接在PSTN上的終端，因此，終端A無法識別終端B的電話號碼，終端B無法識別終端A的MAC地址。雙方無法用自己能夠識別的標識符標識對方。(2) 幀格式不同。終端A隻能發送、接收MAC幀，終端A發送的數據或者發送給終端A的數據必須封裝成MAC幀。終端B隻能通過點對點語音信道接收、發送PPP幀，終端B發送的數據或者發送給終端B的數據必須封裝成PPP幀。MAC幀和PPP幀是兩種完全不同的幀格式。因此，雙方無法用對方能夠識別的幀格式封裝傳輸給對方的數據。(3) 無法建立傳輸路徑。以太網隻能建立連接在同一以太網上的兩個結點之間的交換路徑，PSTN隻能建立連接在PSTN上的兩個結點之間的點對點語音信道，因此，終端A無法建立與終端B之間的交換路徑，終端B也無法建立與終端A之間的點對點語音信道。因此，雙方無法建立可以直接將數據傳輸給對方的傳輸路徑。5．1．2信件投遞過程的啟示將信件從南京投遞到長沙的過程如圖5．2所示。首先，將寄信人用來傳遞信息的信紙封裝為信件，信封上寫上寄信人和收信人地址，然後將信件交給南京郵局。南京郵局根據收信人地址——長沙，確定信件的下一站——上海，由於南京至上海采用公路運輸繫統，因此，信件被封裝為適合公路運輸繫統的形式——信袋，而且信袋上用車次3536表明運輸該信袋的車輛及信袋的始站與終站。由於上海至長沙采用航空運輸繫統，因此，上海首先需要從信袋中提取出信件，然後將其封裝成適合航空運輸繫統的形式——信盒，信盒上用航班號AU765表明運輸該信盒的飛機及信盒的始站與終站。信件經過南京至上海的公路運輸繫統和上海至長沙的航空運輸繫統這兩階段運輸服務到達目的地長沙。從圖5．2所示的信件傳輸過程可以得出以下啟示： (1) 不同運輸繫統有著不同的封裝信件的形式和標識始站與終站的方式。(2) 信件上收信人和寄信人地址是統一的，和實際提供運輸服務的運輸繫統標識始站與終站的方式無關。(3) 信件是一種標準的封裝形式，和實際提供運輸服務的運輸繫統封裝信件的形式無關。(4) 南京根據信件上的收信人地址確定下一站——上海，同樣，上海也是根據信件上的收信人地址確定下一站——長沙，信件在南京至長沙的運輸過程中是不變的。(5) 由實際的運輸繫統提供當前站至下一站的運輸服務。

圖5．2信件運輸過程

5．1．3端到端傳輸的思路如果將圖5．1中的終端A對應到圖5．2中的南京，將以太網對應到公路運輸繫統，將路由器對應到上海，將航空運輸繫統對應到PSTN，將終端B對應到長沙，可以通過仿真南京至長沙的信件運輸過程，給出實現終端A至終端B數據傳輸過程的思路，如圖5．3所示。(1) 對應信件的收信人和寄信人地址，定義一種和具體傳輸網絡無關的、統一的終端地址格式——IP地址。 (2) 對應信件，定義一種和具體傳輸網絡無關的、統一的數據封裝格式——IP分組，和信件相同， IP分組用IP地址標識源和目的終端。(3) 假定終端A的IP地址為IP A，終端B的IP地址為IP B，與南京發送給長沙的信件相同，終端A發送給終端B的數據封裝成以IP A為源地址、以IP B為目的地址的IP分組。(4) 與南京根據信件的收信人地址確定信件的下一站是上海，並將信件封裝成適合連接南京和上海的公路運輸繫統運輸的形式——信袋一樣，終端A能夠根據終端B的IP地址IP B確定IP分組的下一跳是路由器，並將IP分組封裝成適合以太網傳輸的MAC幀格式。MAC幀的源地址是終端A的MAC地址MAC A，MAC幀的目的地址是路由器連接以太網端口的MAC地址MAC R。(5) 與上海能夠從信袋中取出信件，根據信件的收信人地址確定下一站是長沙，並將信件重新封裝成適合連接上海與長沙的航空運輸繫統運輸的形式——信盒一樣，路由器能夠從接收到的MAC幀中分離出IP分組，根據IP分組的目的IP地址IP B確定下一跳是終端B，路由器通過呼叫連接建立過程建立路由器連接PSTN的端口與終端B之間的點對點語音信道，重新將IP分組封裝成適合點對點語音信道傳輸的PPP幀，將PPP幀通過路由器與終端B之間的點對點語音信道傳輸給終端B。

圖5．3端到端數據傳輸過程

5．1．4IP實現網絡互連機制1．路由器和IP實現端到端傳輸的過程
從圖5．3所示的端到端數據傳輸過程，可以得出以下IP實現網絡互連的機制。(1) 規定了統一的且與傳輸網絡地址標識方式無關的IP地址格式，所有接入互聯網的終端必須分配一個的IP地址。同時，由於每一個終端都和實際傳輸網絡相連，具有實際傳輸網絡相關的地址，如以太網的MAC地址，為了區分，將IP地址稱為邏輯地址，將實際傳輸網絡相關的地址稱為物理地址。(2) 規定了統一的且與傳輸網絡數據封裝格式無關的IP分組格式，端到端傳輸的數據必須封裝成IP分組，IP分組中給出源和目的終端的IP地址，每一跳通過IP分組攜帶的目的終端IP地址確定下一跳。(3) 路由器的每一個端口分配一個IP地址，同時具有該端口連接的傳輸網絡所對應的物理地址，如以太網對應的MAC地址、PSTN對應的電話號碼。路由器實現不同類型網絡互連的關鍵是具有以下功能：一是能夠從輸入端口連接的傳輸網絡所對應的幀格式中分離出IP分組；二是能夠根據IP分組的目的IP地址確定IP分組的輸出端口，並將IP分組重新封裝成輸出端口連接的傳輸網絡所對應的幀格式。(4) 對應每一個目的終端，每一跳必須建立用於確定通往該目的終端的傳輸路徑上下一跳的信息，該信息稱為路由項，它主要由3部分組成：目的終端IP地址、輸出端口和通往該目的終端的傳輸路徑上下一跳的IP地址。對應多個不同目的終端的路由項集合稱為路由表。(5) 必須由單個傳輸網絡連接當前跳和下一跳，能夠根據下一跳IP地址和輸出端口確定連接當前跳和下一跳的傳輸網絡，解析出下一跳與傳輸網絡相關的地址，即物理地址。能夠將IP分組封裝成互連當前跳和下一跳的傳輸網絡要求的幀格式。這個過程稱為IP over X，X是指互連當前跳和下一跳的傳輸網絡。通過互連當前跳和下一跳的傳輸網絡實現封裝IP分組的幀當前跳至下一跳的傳輸過程。對應如圖5．3所示的端到端數據傳輸過程，分別有IP over以太網、封裝IP分組的MAC幀終端A至路由器的傳輸過程和IP over PSTN、封裝IP分組的PPP幀路由器至終端B的傳輸過程。(6) IP分組經過逐跳轉發，實現源終端至目的終端的傳輸過程。2．路由表和路由項實現互連網絡端到端傳輸過程的關鍵有兩點，一是源終端能夠根據目的終端IP地址確定通往目的終端傳輸路徑上的跳路由器。源終端至目的終端傳輸路徑經過的其他路由器能夠根據目的終端IP地址確定通往目的終端傳輸路徑上的下一跳路由器。二是互連當前跳和下一跳的傳輸網絡能夠實現IP分組當前跳至下一跳的傳輸過程。如果互連當前跳和下一跳的傳輸網絡是以太網，實現第二個關鍵點需要完成以下3個步驟： ①根據下一跳的IP地址解析出下一跳連接以太網接口的MAC地址； ②將IP分組封裝成以當前跳連接以太網接口的MAC地址為源MAC地址、下一跳連接以太網接口的MAC地址為目的MAC地址的MAC幀； ③經過以太網實現該MAC幀當前跳連接以太網接口至下一跳連接以太網接口的傳輸過程。前面有關以太網的章節已經詳細討論了完成步驟②、③的方法和過程。實現個關鍵點的核心是路由表，對應每一個目的終端地址，需要路由表給出通往該目的終端傳輸路徑上的下一跳結點的IP地址。因此，路由表中的路由項格式是<目的終端IP地址，下一跳結點IP地址>。如果當前跳和目的終端連接在同一個傳輸網絡，則當前跳至目的終端傳輸路徑上不存在其他路由器，下一跳結點IP地址用“直接”表示。如果當前跳通往一組目的終端的傳輸路徑有著相同的下一跳結點，隻需為這一組目的終端設置一項路由項<表示這一組目的終端的IP地址，下一跳結點IP地址>。IP分組端到端傳輸過程中，源終端將IP分組傳輸給跳路由器的過程，或者當前路由器根據目的IP地址和路由表確定下一跳路由器，並將IP分組傳輸給下一跳路由器的過程稱為間接交付。源和目的終端位於同一個傳輸網絡，或者路由器根據目的IP地址和路由表確定的下一跳是目的終端本身(目的IP地址匹配的路由項中的下一跳為“直接”)，源終端或路由器通過直接連接的傳輸網絡將IP分組傳輸給目的終端的過程稱為直接交付。5．1．5數據報IP分組交換網絡1．傳輸網絡虛化為邏輯鏈路
為了簡化互連網絡端到端數據傳輸過程，在建立互連網絡端到端傳輸路徑時，可以將實現終端和路由器之間互連、路由器和路由器之間互連的傳輸網絡虛化成邏輯鏈路，將如圖5．4(a)所示的互連網絡結構簡化為如圖5．4(b)所示的由路由器互連多條邏輯鏈路而成的數據報IP分組交換網絡。在如圖5．4(b)所示的數據報IP分組交換網絡中，路由器就是IP分組交換機，路由表就是轉發表，每一個IP分組都是獨立的數據報，路由器根據路由表和IP分組攜帶的目的終端IP地址實現IP分組的轉發操作。由於可以將互連網絡作為數據報IP分組交換網絡進行分析、處理，因而常常用數據報IP分組交換網絡(簡稱IP網絡)來稱呼互連網絡。在IP網絡中，傳輸網絡的功能等同於邏輯鏈路，用於實現終端和IP分組交換機(路由器)之間及兩個相鄰IP分組交換機之間的IP分組傳輸過程，因而將傳輸網絡的分組格式稱為幀，將傳輸網絡中的分組交換設備，如以太網交換機，稱為鏈路層設備(第二層設備)。

圖5．4數據報IP分組交換網絡

2．兩層傳輸路徑OSI體繫結構中定義的用於互連分組交換機的鏈路是點對點物理鏈路或廣播物理鏈路(多點接入物理鏈路)，因此，OSI體繫結構定義的網絡應該是由終端、物理鏈路、分組交換機組成的，和如圖5．4(a)所示的由終端、傳輸網絡和互連傳輸網絡的路由器組成的互連網絡是不同的。對於如圖5．4(a)所示的互連網絡，端到端傳輸路徑實際上由兩層傳輸路徑組成。一是IP層傳輸路徑，由源終端、中間路由器和目的終端組成，如圖5．4(a)中源終端至目的終端IP層傳輸路徑：源終端→路由器R1→路由器R2→目的終端。二是傳輸網絡中當前跳至下一跳的傳輸路徑，如果連接源終端和路由器R1的傳輸網絡是圖5．4(a)中展開的交換式以太網，則源終端至路由器R1傳輸路徑就是由源終端、中間以太網交換機和路由器R1組成的交換路徑：源終端→以太網交換機S1→以太網交換機S2→以太網交換機S3→路由器R1。因此，和互連網絡有關的內容由3部分組成，它們分別是： IP、路由協議和IP over X技術。IP詳細規定了IP地址格式和IP分組格式。路由協議通過為每一個路由器建立路由表實現建立IP層傳輸路徑的功能。IP over X(X指特定的傳輸網絡)技術實現解析出下一跳與傳輸網絡相關的地址，即物理地址，並將IP分組封裝成互連當前跳和下一跳的傳輸網絡要求的幀格式的功能。X傳輸網絡實現封裝IP分組的幀當前跳至下一跳的傳輸過程。5．1．6路由器結構路由器從本質上講是IP分組轉發設備，根據IP分組攜帶的地址信息完成從輸入端口至輸出端口的轉發過程。由於IP分組是終端之間傳輸的分組，因此，路由器以數據報交換方式轉發IP分組。圖5．5所示的是路由器功能結構，從功能上可以把路由器分成3部分，路由模塊、線卡和交換模塊。

圖5．5路由器結構

1．路由模塊路由模塊負責運行路由協議，生成路由表，在路由表中給出到達互連網絡中任何一個終端的傳輸路徑。當然，由於IP分組是逐跳轉發，路由器的路由表中隻需給出通往互連網絡中某個終端的傳輸路徑上下一跳路由器的地址。由於生成路由表的過程比較復雜，因此，路由模塊的核心部件通常是CPU，大部分功能由軟件實現。除了生成路由表，路由模塊也承擔一些其他的管理功能。2．線卡線卡負責連接外部傳輸介質，並通過傳輸介質連接傳輸網絡，如連接以太網的線卡通過雙絞線纜或光纖連接以太網交換機。線卡通過端口連接傳輸介質，不同類型的傳輸介質對應不同類型的端口，如連接5類雙絞線纜的端口(俗稱電端口)和連接光纖的端口(俗稱光端口)。線卡除了實現和傳輸網絡的物理連接，還需要按照所連接的傳輸網絡的要求完成IP分組的封裝和分離操作。封裝操作將IP分組封裝成適合通過傳輸網絡傳輸的鏈路層幀格式，如以太網的MAC幀。分離操作和封裝操作相反，從鏈路層幀中分離出IP分組。線卡進行接收操作時，從所連接的傳輸介質接收到的物理層信號(如曼徹斯特編碼流)中分離出鏈路層幀，如MAC幀，並從鏈路層幀中分離出IP分組。發送操作時，將IP分組封裝成鏈路層幀(如MAC幀)，將鏈路層幀通過物理層信號(如曼徹斯特編碼流)發送到傳輸介質。3．交換模塊當線卡從某個端口接收到的物理層信號中分離出IP分組，就將該IP分組發送給交換模塊。交換模塊用IP分組的目的IP地址檢索路由表，找到輸出端口，並把IP分組轉發給輸出端口所在的線卡。隨著端口的傳輸速率越來越高，如10Gb/s的以太網端口，端口每秒接收、發送的IP分組數量越來越大。對於10Gb/s的以太網端口，在情況下(假定IP分組的長度為46B，MAC幀的長度為64B)，端口每秒接收、發送的IP分組數量＝10×109/(64×8)=19．53Mpps（pps代表packages per second），當路由器多個端口都線速接收、發送IP分組時，交換模塊的處理壓力將變得很大，因此，通常用稱為交換結構的專用硬件來完成IP分組從輸入端口到輸出端口的轉發處理。由於存在從多個輸入端口輸入的IP分組需要從同一個輸出端口輸出的情況，因此，即使交換結構能夠支持所有端口線速接收、發送IP分組，輸出端口也需要設置輸出隊列，用輸出隊列來臨時存儲那些無法及時輸出的IP分組。路由器是實現不同類型的傳輸網絡互連的關鍵設備，它一方面通過路由模塊建立到達任何終端的傳輸路徑，另一方面，在確定互連下一跳的傳輸網絡後，將IP分組封裝成適合互連下一跳的傳輸網絡所對應的鏈路層幀格式，並通過該傳輸網絡實現IP分組當前跳至下一跳的傳輸過程。
5．2IP
網際協議(IP)是實現連接在不同類型傳輸網絡上的終端之間通信過程的基礎，用於定義獨立於傳輸網絡的IP地址和IP分組格式。5．2．1IP地址分類1． IP地址與接口
在深入討論IP地址前，需要說明一下，IP地址不是終端或路由器的標識符，而是終端或路由器接口的標識符，就像地址不是房子的標識符，而隻是門牌號一樣。一棟房子如果有多個門，則有多個不同的門牌號，也就有多個不同的地址，但以這些地址為收信人地址的信件都能投遞給該房子的主人。同樣，終端或路由器允許有多個接口，每一個接口都有獨立的標識符——IP地址，但以這些IP地址為目的地址的IP分組都到達該終端或路由器。接口是指終端或路由器連接網絡的地方，多數情況下，終端或路由器的每一個端口都連接獨立的網絡，這種情況下，接口就是端口。但存在一個端口可能同時連接多個不同的網絡或者多個端口連接同一個網絡的情況，這種情況下，一個物理端口可能對應多個不同的接口，多個物理端口可能對應同一個接口。由於每一個IP地址指向的終端或路由器，因此，從這一點上講，IP地址確實有終端或路由器標識符的作用。2． IP地址分類方法圖5．6給出了IP地址的分類方法。一般情況所指的IP地址是指IPv4所定義的IP地址，它由32位二進制數組成，為了表示方便，采用點分十進制表示法。點分十進制表示IP地址的過程如下：將32位二進制數分成4個8位二進制數，每個8位二進制數單獨用十進制表示(0~255)，4個用十進制表示的8位二進制數用點分隔。如32位二進制數01011101 10100101 11011011 11001001表示的IP地址對應的點分十進制表示是93．165．219．201。

圖5．6IP地址分類方法

IP是用來實現網絡互連的協議，因此，用來標識互聯網中終端設備的每一個IP地址由兩部分組成：網絡號和主機號。位為0，表示是A類地址，用7位二進制數標識網絡號，24位二進制數標識主機號，A類地址中網絡號全0和網絡號全1的IP地址有特別用途，不能作為普通地址使用。0．0．0．0表示IP地址無法確定。終端沒有分配IP地址前，可以用0．0．0．0作為IP分組的源地址。127．×．×.×是回送測試地址。所有類型的IP地址中，主機號全0和主機號全1的IP地址也有特別用途，也不能作為普通地址使用。如網絡號為5的A類IP地址的範圍為5．0．0．0~5．255．255．255，但IP地址5．0．0．0用於表示網絡號為5的網絡地址，而IP地址5．255．255．255作為在網絡號為5的網絡內廣播的廣播地址，這種類型的廣播地址稱為直接廣播地址。A類地址的範圍是0．0．0．0~127．255．255．255，但實際能用的網絡號範圍是1~126，每一個網絡號下允許使用的主機號=224－2，由此可以看出，A類地址適用於大型網絡。位為10，表示是B類地址，用14位二進制數標識網絡號，用16位二進制數標識主機號，能夠標識的網絡號個數為214，每一個網絡號下允許使用的主機號個數為216－2。B類地址的範圍是128．0．0．0~191．255．255．255，適用於大、中型網絡。位為110，表示是C類地址，用21位二進制數表示網絡號，8位二進制數表示主機號，能夠標識的網絡號個數為221，每一個網絡號下能夠標識的主機號個數為28－2。很顯然，C類地址隻適用於小型網絡。A、B和C 3類地址中網絡號全0的IP地址稱為主機地址，用於標識本網絡中的特定終端，如0．0．0．37表示本網絡中主機號為37的終端。A、B、C 3類地址都稱為單播地址，用於標識IP網絡中的某個終端，但任何網絡都有一個主機號全1的地址作為該網絡的廣播地址，這種廣播地址不能用於標識網絡內的終端，隻能在傳輸IP分組時作為目的地址，表明接收方是該網絡內的所有終端。任何網絡都有一個主機號全0的地址作為該網絡的網絡地址。根據單播IP地址求出對應的網絡地址的過程如下：根據該IP地址的字節值確定該IP地址的類型，根據類型確定主機號位數，將主機號字段清零得到的結果就是該IP地址對應的網絡地址，如IP地址193．1．2．7對應的網絡地址為193．1．2．0。位為1110，表示是多播地址，用28位二進制數標識多播組，同一個多播組內的終端可以任意分布在Internet中，因此，多播組是不受網絡範圍影響的。有些多播地址有特殊用途，稱為著名（wellknown）多播地址，常用的著名多播地址見7.1.2節。位為11110，表示是E類地址，目前沒有定義。32位全1的IP地址255．255．255．255稱為受限廣播地址，隻能在傳輸IP分組時作為目的地址，表明接收方是本網絡內的所有終端。3．互聯網IP地址配置原則互聯網配置IP地址的原則如下： (1) 連接在同一傳輸網絡上的終端必須配置具有相同網絡號、不同主機號的IP地址，如圖5．7中連接在以太網上的終端A和C。(2) 每一個傳輸網絡都有一個網絡地址，如圖5．7中以太網配置的網絡地址192．1．1．0和PSTN配置的網絡地址192．1．2．0。(3) 路由器的每一個接口都需配置IP地址，該IP地址對應的網絡地址必須和分配給該接口連接的傳輸網絡的網絡地址相同。如圖5．7中連接以太網接口配置的IP地址是192．1．1．254，其網絡地址為192．1．1．0，和以太網配置的網絡地址相同。

圖5．7IP地址配置

如果一個物理以太網被劃分為多個VLAN，則每一個VLAN就是一個獨立的傳輸網絡，不同VLAN須配置不同的網絡地址，需要用路由器或其他具有路由功能的設備實現多個VLAN的互連。5．2．2IP地址分層分類的原因IP地址分層指的是32位IP地址被分為網絡號和主機號兩部分，IP地址分類指的是單播地址被分為A、B和C 3類。1． IP地址分層原因1) 實現網絡互連的需要由於IP用於實現不同類型網絡的互連，需要能夠根據終端的IP地址確定終端連接的網絡，並因此能夠根據兩個終端的IP地址區分出這兩個終端是連接在同一個網絡上的兩個不同的終端還是連接在不同網絡上的兩個不同的終端。所以， IP地址需要包含網絡標識符(網絡號)和主機標識符(主機號)兩部分，不同的網絡有著不同的網絡標識符，同一網絡中的不同終端有著相同的網絡標識符和不同的主機標識符。因此，如果兩個終端的IP地址有著相同的網絡標識符和不同的主機標識符，表明這兩個終端是連接在同一個網絡上的兩個不同的終端，如果兩個終端的IP地址有著不同的網絡標識符，表明這兩個終端是連接在不同網絡上的兩個不同的終端。2) 減少路由項（1）網絡地址與路由項。網絡地址192．1．1．0有著兩重含義：一是標識網絡，表示該網絡的網絡號是點分十進制數192．1．1表示的24位二進制數值；二是表示一組有著相同網絡號的IP地址192．1．1．0~192．1．1．255。由於該組IP地址隻能分配給連接在網絡地址為192．1．1．0的網絡上的終端，因此，也可以用網絡地址192．1．1．0表示連接在網絡地址為192．1．1．0的網絡上的終端集合。路由器實現不同類型網絡互連的一個關鍵因素是能夠根據IP分組的目的IP地址確定通往該IP分組目的終端的傳輸路徑。路由器中用路由項給出通往某個終端的傳輸路徑。如圖5．8所示，一是網絡地址為192．1．1．0的網絡上連接多個終端，二是對於路由器R2而言，通往所有連接在網絡地址為192．1．1．0的網絡上的終端的傳輸路徑是相同的，即通往這些終端的傳輸路徑上的下一跳是相同的，都是路由器R1。這種情況下，不需要為每一個連接在網絡地址為192．1．1．0的網絡上的終端單獨建立路由項，而是隻需為連接在網絡地址為192．1．1．0的網絡上的所有終端建立一個路由項，該路由項用網絡地址192．1．1．0表示IP地址為192．1．1．0~192．1．1．255的一組終端。IP地址分層使得可以用網絡地址表示一組終端，因而可以用一個路由項給出通往用網絡地址表示的一組終端的傳輸路徑。這種情況下，每一個路由項用於指明通往某個網絡的傳輸路徑，目的網絡字段給出每一個網絡的網絡地址，下一跳給出當前路由器通往該網絡的傳輸路徑上的下一跳的IP地址。路由項信息結構如圖5．8中R1和R2路由表中的路由項所示。

圖5．8網絡地址與路由項一

（2）路由器確定通往指定終端的傳輸路徑的過程。路由器根據終端的IP地址確定通往該終端的傳輸路徑。由於路由器用路由項給出通往每一個終端的傳輸路徑，因此，路由器確定通往指定終端的傳輸路徑的過程就是用該終端的IP地址在路由表中查找對應的路由項的過程。下面以路由器R1確定通往IP地址為192．1．3．2的終端的傳輸路徑為例，討論路由器確定通往指定終端的傳輸路徑的過程。① 根據終端的IP地址計算出該IP地址對應的網絡地址。首先確定IP地址類型，然後根據IP地址類型得出IP地址中主機號對應的二進制數，將主機號對應的二進制數全部置0。由於IP地址192．1．3．2是C類地址，得出該IP地址用8位二進制數表示主機號，將這8位二進制數全部置0，得到IP地址192．1．3．2對應的網絡地址是192．1．3．0。② 用IP地址對應的網絡地址檢索路由表。用IP地址對應的網絡地址逐項比較路由項中的目的網絡，找到目的網絡與IP地址對應的網絡地址相同的路由項。路由器R1用192．1．3．0逐項比較路由項中的目的網絡，發現路由項<192．1．3．0，192．1．2．253，2>中的目的網絡等於192．1．3．0，確定該路由項指明的傳輸路徑就是通往IP地址為192．1．3．2的終端的傳輸路徑。該路由項表明，路由器R1通往IP地址為192．1．3．2的終端的傳輸路徑上的下一跳是IP地址為192．1．2．253的路由器，路由器R1接口2連接的傳輸網絡直接連接IP地址為192．1．2．253的路由器接口。2． IP地址分類原因不同類型的單播地址的主要區別在於每一個網絡地址表示的有效IP地址數，由於每一個終端需要分配的IP地址，因此，網絡地址表示的有效IP地址數也決定了連接在該網絡地址指定的網絡上的終端數。不同類型的網絡適合連接不同數量的終端。同一類型的網絡在不同的應用環境下連接的終端數也不同。因此，可以根據網絡需要連接的終端數量分配相應類型的IP地址。終端數量與IP地址類型之間的關繫如下。終端數量≤28－2，為C類地址。28－2＜終端數量≤216－2，為B類地址。216－2＜終端數量≤224－2，為A類地址。5．2．3IP地址分類的缺陷IP地址分類似乎解決了不同規模網絡的網絡地址分配問題，但事實不是如此，IP地址分類有著嚴重的缺陷。1． IP地址浪費嚴重由於單播IP地址分為A、B和C 3類，每一類IP地址有著固定位數的網絡號和主機號，因此，會導致IP地址浪費。例如一個連接4000個終端的以太網，需要分配一個B類網絡地址，但一個B類網絡地址包含216－2個有效IP地址。但4000個終端隻是使用了216－2個有效IP地址中的很小一部分，超過90%的有效IP地址被浪費了。造成這一問題的原因是固定分類隻是將網絡規模分為3種，而大多數網絡規模介於兩種網絡規模之間，因此，不是網絡地址包含的有效IP地址數不夠，就是隻使用了網絡地址包含的有效IP地址中很小的一部分。如果能夠隨意確定32位IP地址中網絡號和主機號的位數，適合分配給連接4000個終端的以太網的網絡地址是網絡號為20位二進制數，主機號為12位二進制數的網絡地址，該網絡地址包含212－2=4094個有效IP地址。但A、B和C 3類單播地址中不存在網絡號為20位二進制數，主機號為12位二進制數的網絡地址。2．不能更有效地減少路由項網絡地址減少路由項的原因是可以用一個網絡地址表示一組IP地址，因而可以用一個網絡地址表示一組終端。對於如圖5．9所示的情況，網絡地址192．1．0．0表示一組IP地址192．1．0．0~192．1．0．255,網絡地址192．1．1．0表示一組IP地址192．1．1．0~192．1．1．255。如果將這兩組IP地址對應的32位二進制數展開，如圖5．10所示，可以發現，這兩組IP地址對應的32位二進制數中的高23位維持不變，低9位二進制數從全0變化到全1。如果能夠隨意確定32位IP地址中網絡號和主機號的位數，可以將網絡號的位數定為23位，主機號的位數定為9位，則IP地址集合192．1．0．0~192．1．1．255可以用一個網絡號位數為23位的網絡地址192．1．0．0表示。同樣，網絡地址192．1．4．0和網絡地址192．1．5．0表示的兩組IP地址(192．1．4．0~192．1．4．255和192．1．5．0~192．1．5．255)可以用一個網絡號位數為23位的網絡地址192．1．4．0表示。由此可以得出，如果32位IP地址中網絡號的位數和主機號的位數可以隨意改變，用多個分類的網絡地址表示的幾組IP地址可以用一個網絡地址表示。當然，由於一個網絡地址表示的一組IP地址是幾個分類的網絡地址表示的幾組IP地址的組合，該網絡地址中的網絡號位數小於分類的網絡地址中網絡號的位數。

圖5．9網絡地址與路由項二

圖5．10兩組IP地址合並成一組IP地址

3． C類地址使用率低由於C類網絡地址隻能包含28－2個有效IP地址，因此，分配C類網絡地址的網絡所連接的終端數不能超過28－2個。由於大部分網絡所連接的終端數大於28－2個，而且C類IP地址中網絡號的位數是24位，使得C類網絡地址是數量多的網絡地址，這兩點導致C類網絡地址成為使用率較低的網絡地址，在A類和B類網絡地址早已分配殆盡的情況下，仍然存在大量閑置的C類網絡地址。實際上，兩個高23位網絡號相同的C類網絡地址可以組合為網絡號為23位，包含29－2個有效IP地址的網絡地址，如圖5．10所示。4個高22位網絡號相同的C類網絡地址可以組合為網絡號為22位，包含210－2個有效IP地址的網絡地址，如4個C類網絡地址192．1．0．0、192．1．1．0、192．1．2．0和192．1．3．0可以組合成包含IP地址集合192．1．0．0~192．1．3．255的網絡地址192．1．0．0(22位網絡號)。依此類推，高24－n位網絡號相同的2n個C類網絡地址，可以組合為網絡號為24－n位，包含28 n－2個有效IP地址的網絡地址。當然，這樣做的前提是允許任意改變IP地址中網絡號和主機號的位數。5．2．4無分類編址1．無分類編址機制
單播IP地址分為A、B和C 3類，每一類IP地址中網絡號和主機號的位數是固定的。固定每一類IP地址中網絡號和主機號的位數導致IP地址浪費嚴重、路由項增多和C類網絡地址使用率較低等問題。解決上述問題的關鍵是允許隨意改變IP地址中網絡號和主機號的位數。無分類編址就是一種允許隨意改變IP地址中網絡號和主機號位數的編址方式。無分類編址方式下，32位IP地址中網絡號和主機號的位數是可變的，這樣做，消除了IP地址的分類，也解決了因為分類帶來的種種問題。但這種編址方式必須提出一種用於指明IP地址中作為網絡號的二進制數的方法。無分類編址通過子網掩碼指明IP地址中作為網絡號的二進制數。子網掩碼也是一個32位的二進制數，和IP地址的表示方法一樣，用4個用點分隔的十進制數表示，每個十進制數表示8位二進制數。如255．0．0．0，展開成二進制數表示為11111111 00000000 00000000 00000000。子網掩碼中值為1的二進制數對應IP地址中作為網絡號的二進制數。5．1．1．2/255．0．0．0表示IP地址是5．1．1．2，對應的子網掩碼是255．0．0．0，如果將子網掩碼展開成二進制數表示，隻有高8位二進制數的值為1，其餘為0，這就意味著IP地址的高8位為網絡號，低24位為主機號。同樣，5．1．1．2/255．255．255．0表示IP地址的高24位為網絡號，低8位為主機號。目前還有一種更直接的表示方式是直接給出IP地址中作為網絡號的二進制數位數，如5．0．0．0/8、5．1．0．0/16、192．2．0．0/21等，其中，8、16和21分別是IP地址中網絡號的位數。更簡單的表示方式是省略IP地址中低位連續的0，如5．0．0．0/8可以表示成5/8，5．1．0．0/16可以表示成5．1/16。2． CIDR地址塊網絡地址是一組有著相同網絡號的IP地址，該組IP地址隻能分配給連接在同一網絡上的一組終端。許多情況下，隻是需要指定有著相同高N位的一組IP地址，相同的高N位稱為該組IP地址的N位網絡前綴。該組IP地址可以是一組分配給連接在同一網絡上的終端的IP地址，也可以是合並幾組分配給連接在幾個不同網絡上的終端的IP地址後產生的IP地址集合，用CIDR地址塊表示這樣的IP地址集合。CIDR(Classless InterDomain Routing)是無分類域間路由的英文縮寫，其意是可以通過為同一區域分配網絡前綴相同的IP地址集合，有效減少域間路由項。用N位網絡前綴表示一組N位相同的連續的IP地址，網絡前綴的表示方式和前面表示網絡號的方式相同，可以用子網掩碼或數字指定32位IP地址中網絡前綴的位數，但網絡前綴和網絡號的含義不同，它隻是用來表示具有相同網絡前綴的一組IP地址。如192．1．0．0/21表示高21位相同的CIDR地址塊，192．1．0．0是該CIDR地址塊的起始地址，稱為網絡前綴地址，該CIDR地址塊對應的IP地址集合是192．1．0．0~192．1．7．255。即維持高21位不變，低11位從全0到全1的IP地址範圍。計算過程如圖5．11所示。

圖5．11計算CIDR地址塊表示的IP地址集合過程

<網絡前綴，主機號>的IP地址結構完全取消了原先定義的A、B、C 3類IP地址的概念。N位網絡前綴的CIDR地址塊可以分配給單個網絡。這種情況下，N位網絡前綴就是該網絡的網絡號。也可以分配給多個網絡，這種情況下，N位網絡前綴隻是用來確定CIDR地址塊的IP地址範圍。值得指出的是，如果某個CIDR地址塊分配給單個網絡，和分類地址一樣，該CIDR地址塊中主機號全0的IP地址作為該網絡的網絡地址，主機號全1的IP地址作為該網絡的直接廣播地址。對於任何有效IP地址，網絡前綴全0的IP地址作為該IP地址的主機地址。3． CIDR地址塊的用途1) 聚合路由項（1）路由項聚合過程。在如圖5．9所示的網絡結構中，C類網絡地址192．1．0．0對應的CIDR地址塊是192．1．0．0/24(或者192．1．0．0/255．255．255．0)，對應的IP地址集合是192．1．0．0~192．1．0．255。C類網絡地址192．1．1．0對應的CIDR地址塊是192．1．1．0/24，對應的IP地址集合是192．1．1．0~192．1．1．255。這兩組IP地址可以組合成高23位相同的IP地址集合192．1．0．0~192．1．1．255，如圖5．10所示。IP地址集合192．1．0．0~192．1．1．255可以用CIDR地址塊192．1．0．0/23表示。同樣，C類網絡地址192．1．4．0和192．1．5．0對應的CIDR地址塊分別是192．1．4．0/24和192．1．5．0/24，這兩組IP地址可以組合成高23位相同的IP地址集合192．1．4．0~192．1．5．255，如圖5．12所示，該IP地址集合可以用CIDR地址塊192．1．4．0/23表示。因此，路由器R1路由表中的兩項路由項<192．1．4．0，192．1．2．253，3>和<192．1．5．0，192．1．2．253，3>由於下一跳和輸出接口相同，可以聚合為一個路由項<192．1．4．0/23，192．1．2．253，3>，其中用CIDR地址塊192．1．4．0/23表示組合C類網絡地址192．1．4．0和192．1．5．0表示的兩組IP地址後生成的IP地址集合。同樣，路由器R2路由表中的兩個路由項<192．1．0．0，192．1．2．254，1>和<192．1．1．0，192．1．2．254，1>可以聚合為一個路由項<192．1．0．0/23，192．1．2．254，1>。聚合後的路由器R1和R2路由表如圖5．13所示。

圖5．12兩組IP地址合並成一組IP地址

圖5．13無分類編址與路由項聚合

（2）路由器確定通往指定終端的傳輸路徑的過程。路由項中的目的網絡地址是網絡前綴地址，網絡前綴地址和表示網絡前綴位數的子網掩碼(或數字表示的網絡前綴位數)一起確定CIDR地址塊，因此，如果某個路由項中目的網絡地址指定的CIDR地址塊包含該IP地址，表明該IP地址與該路由項匹配，該路由項中給出的傳輸路徑就是通往地址為該IP地址的終端的傳輸路徑。下面以路由器R1確定通往IP地址為192．1．5．2的終端的傳輸路徑為例，討論路由器確定通往指定終端的傳輸路徑的過程。① 計算網絡前綴地址。首先用目的網絡地址指定的網絡前綴位數求出該IP地址對應的網絡前綴地址，根據網絡前綴位數求出該IP地址對應的網絡前綴地址的過程如下。32位IP地址中網絡前綴位數指定的二進制數維持不變，其他二進制數置0。該過程也可以通過該IP地址和表示網絡前綴位數的子網掩碼之間的“與”運算完成。由於路由器R1路由表中個路由項中的目的網絡地址指定的網絡前綴位數為24，對應的子網掩碼為255．255．255．0，將IP地址192．1．5．2與子網掩碼255．255．255．0進行“與”運算，運算過程如下：&n

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