网络互连的设备

将网络互相连接起来要使用一些中间设备(或中间系统)，ISO的术语称之为中继(relay)系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统：

(1)物理层中继系统，即转发器(repeater)，集线器（HUB）。

(2)数据链路层中继系统，即网桥 (bridge)，以太网交换机。

(3)网络层中继系统，即路由器(router)。

(4)网桥和路由器的混合物桥路器(brouter)。桥路器是一种兼有网桥和路由器的功能的产品。例如：路由交换机。

(5)在网络层以上的中继系统，即称为网关(gateway)。网关也有人称为网间连接器、信关或联网机。用网关连接两个不兼容的系统就要在高层进行协议的转换。例如：代理服务器,X.400网关。

各个网络之间的通信

如图：分组转发（将信息分成几个包裹）根据的是IP地址的网络号。而每个网络都有一个网络号。

IP地址分类

IP地址的五种类型：net-id—网络号；host-id——主机号
A类地址，一个字节作为网络号
B类地址，二个字节作为网络号
C类地址，三个字节作为网络号

转为10进制

A类地址的左边第一字节值: 1--127,例如 10.237.43.8

B类地址的左边第一字节值: 128-191,例如 128.37.143.38

C类地址的左边第一字节值: 192-223,例如 195.71.43.85

ps：ipv4采用的是32位，而ipv6是128位

附：

注意

给节点分配IP地址时：net-id所在字节（A类地址的左边第一字节，B类地址的左边2字节，C类地址的左边3字节）全0或全1都不可用。host-id全0，全1都不可用。

于是可得：
A之所以减去二，一个是全0，一个是127，因为127不能真正发布到网络上，只能本地机上做环回测试。
而B，C不用减去，由上图可得，它不可能全为0或一

IP地址具有的特点

(1) 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号net-id是不同的。这种主机称为多接口主机(multihomed host)。

(2) 转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号net-id。

(3) 在IP地址中，所有分配到网络号net-id的网络(不管是范围很小的局域网，还是覆盖很大地理范围的x.25广域网,FR广域网)都是平等的,见下页图,每个网络内的主机及路由器接口都在同一个网段内,具有相同的net-id。

(4) IP地址有时也可用来指明单个网络的地址－－主机号字段置为全零即可，类似于通配符，例如，
10．0．0．0，
175．89．0．0
201．123．56．0。

另外：

由上图可得该ip地址为一个C类地址
(1)与某个局域网相连接的计算机或路由器的IP地址中的网络号都必须是一样的。

(2)用网桥(它只在链路层工作)互连的局域网仍然是一个局域网。

(3)路由器总是具有两个或两个以上的IP地址。

(4)当两个路由器直接相连时，这一段连线就构成了一种只包含一段线路的特殊“网络”(如图中的Nl，N2和N3)。之所以是“网络”是因为它有IP地址。

IP地址与硬件地址

硬件地址：指物理地址或MAC地址，MAC子层的地址。
IP地址：网络层地址。

从网络层到数据链路层

地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARP

域名系统DNS(Domain Name System)地址的转换：
域名,例如www.intel.com，host-b
域名服务器，放有许多“主机名字–>IP地址”的映射表。

如图，设名字为host-a的主机要与名字为host-b的主机通信，通过DNS,从目的主机名字host-b得出其IP地址为209.0.0.6。应用层数据包的地址一般是域名，网络层只能放IP地址而不能放域名。

地址解析协议ARP过程：

IP地址—>硬件地址（MAC地址）的转换是由地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol)来完成。
（1）每一个主机都有一个ARP高速缓存(ARP cache)，当主机A欲向本局域网上的主机B发送一个IP数据报时，先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如有，就将对应硬件地址写入MAC帧。

（2）也有可能ARP cache（缓存表）中查不到主机B的IP地址。这可能是主机B才入网，也可能是主机A刚刚加电，其高速缓存还是空的。在这种情况下，主机A就自动运行ARP：

①ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组，上面有主机B的IP地址。

②在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。

③主机B在ARP请求分组中见到自己的IP地址，就向主机A发送一个ARP响应分组，上面写入自己的硬件地址。

④主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到硬件地址的映射。

如图：A->B

B->A

逆地址解析协议RARP

MAC地址—>IP地址。
RARP使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址，这种主机往往是无盘工作站。这种无盘工作站一般只要
运行其ROM中的文件传送代码，就可用下行装载方法从局域网上其他主机得到所需的操作系统和TCP／IP通信软
件，但这些软件中并没有IP地址。无盘工作站要运行ROM中的RARP来获得其IP地址。RARP的工作过程大致如下。

（1）为了使RARP能工作，在局域网上至少有一个主机要充当RARP服务器，无盘工作站先向局域网发出RARP请求分组(在格式上
与ARP请求分组相似)，并在此分组中给出自己的硬件地址。

（2） RARP服务器有一个事先做好的从无盘工作站的硬件地址到IP地址的映射表，当收到RARP请求分组后，RARP服务器就从这
映射表查出该无盘工作站的IP地址。然后写入RARP响应分组，发回给无盘工作站。

IP数据报格式

几个重要名词

首部长度（IHL）, 以4字节为单位。

服务类型

总长度（Total Length): 总长度指首部和数据之和的长度，单位为字节。

标识(Identification)，一般会给定

标志(flag) 

MF(More Fragment),MF=1即表示后面“还有分片”的数据报

DF(Don‘t Fragment)，意思是“不能分片”

片偏移(Fragment Offset):以8个字节为偏移单位。

寿命(TTL)：寿命字段记为TTL(Time To Live)，最大255。

协议：UDP(17)，TCP(6)，ICMP(1)，GGP(3)，EGP(8)，IGP(9)，OSPF(89)，以及ISO的第四类运输协议TP4(29)。

首部检验和

例子

IP层转发分组的流程

主机A，IP地址是20.2.2.2，位于网2内，其TCP/IP配置的缺省网关是20.0.0.9(即路由器R2）。

主机B，IP地址是40.4.4.4，位于网4内。

A向B发送一个IP数据报X，数据报X的目的地址是40.4.4.4，不在A所在的网2内，于是发给缺省网关R2。数据报X的目的地址40.4.4.4不变。

路由器R2查路由表，然后转发给路由器R3。数据报X的目的地址40.4.4.4不变。

路由器R3查路由表，直接发送给主机B。

路由器的IP层所执行的分组转发算法如下：

(1) 从数据报的首部提取目的站的IP地址D，得出目的网络地址为N。

(2) 若N就是与此路由器直接相连的某个网络地址，则直接交付；否则就是间接交付，执行(3)。

(3) 若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则传送给相应的下一跳路由器；否则，执行(4)。

(4) 若路由表中有到达网络N的路由，则将数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。

(5) 若路由表中有一个默认路由，则将数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。

(6) 报告转发分组出错（通过ICMP报文报错）。

例如：

R8的数据报
其中：目的主机网路0.0.0.0为默认路由，找不到该转发的路由器时默认发送给该行指定的路由器。

下一篇将带来子网的划分

最后

以上就是陶醉红牛为你收集整理的计算机网络原理之网络互连网络互连的设备各个网络之间的通信IP地址分类IP地址具有的特点IP地址与硬件地址地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARPIP数据报格式IP层转发分组的流程的全部内容，希望文章能够帮你解决计算机网络原理之网络互连网络互连的设备各个网络之间的通信IP地址分类IP地址具有的特点IP地址与硬件地址地址解析协议ARP和逆地址解析协议RARPIP数据报格式IP层转发分组的流程所遇到的程序开发问题。

如果觉得靠谱客网站的内容还不错，欢迎将靠谱客网站推荐给程序员好友。