2010-5-15 计算机网络技术及应用 1
第九章 网络互连
本章主要内容
?网络互连的概述
?因特网的互连协议 IP
?网络互连设备
?网络互连实例
2010-5-15 计算机网络技术及应用 2
9.1 网络互连的概述
1 互联网的概念
? 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互
连而成，即从功能上和逻辑上看，这些计算
机网络已经组成了一个大型的计算机网络，
称为 互连网络 （ internetwork），也简称为
互联网。
? 将网络互相连接起来要使用一些互连设备
（中间设备），常用的网络互连设备有中继
器、网桥、路由器、交换机和网关等。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 3
9.1 网络互连的概述
2 网络互连的方式
? LAN-LAN
? 互连层次
LAN-LAN网络互连发生在 OSI/RM的数据链路层。
? 互连设备
LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。
? LAN-WAN
? 互连层次
LAN-WAN的互连发生在网络层。
? 互连设备
LAN-WAN的互连设备是路由器。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 4
9.1 网络互连的概述
? WAN-WAN
? 互连层次
WAN-WAN互连发生在 OSI/RM的传输层及其上层 。
? 互连设备
WAN-WAN的互连设备是网关。
网络互连的层次 关系见下图。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 5
9.2 因特网的互连协议 IP
互连网协议 IP是 TCP/IP体系中两个最重要的协
议之一，与 IP协议配套使用的还有三个协议：
? 地址转换协议 ARP（ Address Resolution
Protocol）。
? 反向地址转换协议 RARP（ Reverse Address
Resolution Protocol）。
? Internet控制报文协议 ICMP（ Internet Control
Message Protocol）。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 6
9.2 因特网的互连协议 IP
1 IP地址及转换
(1)IP地址及其表示方法
Internet识别网络的方法是给网络上的每一台计算机分配
一个 IP地址。 IP地址就是给每个连接在 Internet上的主
机分配一个在全世界范围内唯一的 32位二进制标识符。
由于 32位的二进制数字形式不适合阅读和记忆，为了
便于用户阅读和理解 IP地址,Internet管理委员会采
用了一种, 点分十进制, 方法表示 IP地址。如下图所
示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 7
9.2 因特网的互连协议 IP
(2)网络地址和主机地址
? IP地址被分为网络地址（ net-id）和主机地址
（ host-id）两部分。
? IP地址的格式可表示为：网络地址 +主机地址。
? IP地址的这种结构使我们在 Internet上很方便地
进行寻址，先按 IP地址中的网络号 net-id把网络
找到，再按主机号 host-id把主机找到。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 8
9.2 因特网的互连协议 IP
(3)IP地址的分类
为了便于对 IP地址进行管
理，同时还考虑到网络的
差异很大，将 IP地址分为
5类，即 A类,B类,C类、
D类和 E类，其中 D类地址
是组播地址,E类地址保
留今后使用。目前使用的
IP地址仅 A至 C三类。
在 IP地址的开头用 1位或
几位以标识 IP地址的类型，
如右图所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 9
9.2 因特网的互连协议 IP
(4)IP地址类型的识别
A类地址,第一个数的范围在 0～ 127之间,
地址 范围从 1.0.0.1至 126.255.255.254。
B类地址,第一个数的范围在 128～ 191之间,
地 址范围从 128.1.0.1至 191.255.255.254。
C类地址,第一个数的范围在 192～ 223之间,
地 址范围从 192.0.1.1至 223.255.255.254。
例如,IP地址是 138.10.118.25，它是一个 B类地址，
网络 ID是 138.10，主机 ID是 118.25。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 10
9.2 因特网的互连协议 IP
(5)内部网可用 IP地址
为了避免某个单位 内部网 选择任意网络地址，
造成与合法的 Internet地址发生冲突,IETF
分配了具体的 A类,B类和 C类地址供单位内
部网使用，这些地址为：
A类, 10.0.0.0～ 10.255.255.255
B类, 172.16.0.0～ 172.31.255.255
C类, 192.168.0.0～ 192.168.255.255
2010-5-15 计算机网络技术及应用 11
9.2 因特网的互连协议 IP
(6)IP地址与硬件地址
IP地址放在 IP数据报的首部，而硬件地址则放在 MAC
帧的首部。 IP地址与硬件地址的关系如下图。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 12
9.2 因特网的互连协议 IP
(7)地址的转换
? 每一个 Internet上的主机都有与之对应的三个地址，
即物理地址（硬件地址）,IP地址和主机域名。
? 主机的物理地址是网卡制造者制作在网卡上的无法
改变的地址码。
? IP地址是一种二进制数的网络标识和主机标识, 数
字型标识对计算机网络是最有效的, 但对使用网络
的人却不愿意使用难于记忆的 IP地址, 为此人们研
究出一种字符型标识，这就是主机的域名。
? 主机域名,IP地址和物理地址之间的关系如下图。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 13
9.2 因特网的互连协议 IP
图 9-6 主机域名,IP地址与物理地址之间的转换
www.cumtb.edu.cn
DNS
202.112.209.88
ARP RARP
0020ED5240F3
主机域名
IP地址
硬件地址
2010-5-15 计算机网络技术及应用 14
9.2 因特网的互连协议 IP
2 子网划分技术
（ 1）子网的概念
? 传统的 IP地址 用 A,B,C等 类划分，网络号与主机号
的分隔必须固定在某个点分符上，在 IP地址越来越
紧张的时候这个问题就很突出了。可变长子网掩码
VLSM(RFC1009)允许在主机号的比特位中继续定
义子网掩码 /子网扩展前缀，分隔不必在点分符上。
用 IP地址中的主机号（ host-id）字段中的前若干
比特位作为, 子网号字段,,后面剩下的仍为主机
号字段，再通过路由器将划分出的子网互连形成单
位内部网，便于网络的管理和使用。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 15
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 2）子网的划分方法
? 子网的划分方法是将单个网络号对应的主机
号分为两个部分，其中一部分用于子网号编
址，另一部分用于主机号编址，如下图所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 16
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 3）子网掩码（ Subnet Mask）
? 在划分子网时,TCP/IP使用了子网掩码。子网掩码
也是一个 32位的二进制数，其形式与 IP地址相同。
它主要有两大 功能,一是通过子网掩码，可以区分
一个 IP地址中的哪些位对应于网络地址（包括子网
地址）、哪些位对应于主机地址；二是将网络分为
多个子网。
? 子网掩码的取值，通常是将对应于 IP地址中网络地
址（网络号和子网号）的所有位都设置为, 1”，对
应于主机地址（主机号）的所有位都设置为, 0”。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 17
9.2 因特网的互连协议 IP
? 子网掩码和 IP地址结合使用，对子网掩码和 IP地址进
行, 按位与, 运算，可以分出一个 IP地址的网络号和主
机号。下表是一个例子,IP地址为 141.58.97.235的主机，
如采用的子网掩码是 255.255.240.0，通过, 与, 运算，
可以断定该主机是 141.58.96.0网络中的第 491号主机。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 18
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 4）子网划分的规则
? RFC 950中的规则
RFC 950规定了子网划分的规范，其中对网络地址中
的子网号作了如下的规定,由于网络号全为, 0”代
表的是本网络，所以网络地址中的子网号也不能全
为, 0”，子网号全为, 0”时，表示本子网网络；网
络号全为, 1”表示的是广播地址，所以网络地址中
的子网号也不能全为, 1”，全为, 1”的地址用于向
子网广播。 所以，在划分子网时需要考虑子网号不
能全取,1” 和,0” 。
以下通过 例子 依据 RFC 950中的规定说明划分子网
的具体步骤。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 19
9.2 因特网的互连协议 IP
某单位现有 100台计算机需要联网，要求每个子
网内的主机数不少于 40台，问使用一个 C类
地址如何划分子网？
? 第一步，确定需要划分的子网数。 使用一个 C类
地址划分子网，必然要从代表主机号的第四个
字节中取出若干位用于划分子网。若取出 1位，
根据子网划分规则，无法使用。若取出 3位，可
以划分 出 8个子网，但每个子网容纳主机数为 30，
而实际要求是每个子网内的主机不少于 40台。
若取出 2位，可以划分 出 2个 可用 子网，每个子
网可容纳 62个主机号，因此取出 2位划分子网是
可行的。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 20
9.2 因特网的互连协议 IP
? 第二步，确定子网掩码。按照子网掩码的取值
规则，子网掩码为 255.255.255.192。如下图所
示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 21
9.2 因特网的互连协议 IP
? 第三步,确定标识每一个子网的网络地址。如
下图所示，两个子网的网络地址分别为
192.168.1.64和 192.168.1.128。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 22
9.2 因特网的互连协议 IP
? 第四步，确定每一个子网的主机地址范围。如
下图所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 23
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 4）子网划分的规则
? RFC 1878中的规则
1985年制定的 RFC 950中阻止使用全 0全 1的子网号以
便与老式的路由器兼容，所以上例中的 4个子网还
要减去两个。但现在新的路由器大都支持 CIDR
（ Classless Inter-Domain Routing:无类域间路由 ）
协议,CIDR摒弃了传统基于类的地址分配方式，规
定可以使用任意长度的网络地址部分，因此在 1995
年制定的 RFC 1878(IPv4可变长子网表 )中允许使用
全 0和全 1的子网号，所以上例中对 C类网络使用子
网掩码 255.255.255.192划分出的 4个子网都可以使
用，每个子网的网络地址和主机 IP地址范围如下表
所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 24
9.2 因特网的互连协议 IP
? 上例中每个子网的网络地址和主机地址范围。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 25
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 5）默认网关（ Default Gateway）
为了使一台计算机能在 TCP/IP环境中正常工作, 必须
提供如下地址信息：
① 计算机的 IP地址：用于标识网络中的每一台计算机；
② 计算机所在网络的子网掩码：用于区分 IP地址中的网
络 ID和主机 ID；
③一个默认网关的 IP地址：用于将子网掩码过滤出的 IP分
组导向目的主机。
发往同一个子网上的数据分组可以直接流向目的地，而对于
那些目的地不是本地网络上的计算机的数据分组，就需
要一个默认的网关，把这些分组导向另一个子网中的目
标系统。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 26
9.3 网络互连设备
网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持
的协议可分为四种类型：
? 中继器
? 网桥 /第二层交换机
? 路由器 /第三层交换机
? 网关
2010-5-15 计算机网络技术及应用 27
9.3 网络互连设备
1 中继器 (Repeater)
? 中继器的功能
由于信号在介质上传输时，其
幅度将不断地衰减，中继器
是在物理层上实现局域网网
段互连的，用于扩展局域网
的距离，其具体功能是接收
从一条电缆上传输过来的信
号，并将其放大后，再发送
到另一条电缆上。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 28
9.3 网络互连设备
? 中继器的选择
根据不同的用户需求和用途，市场上的中继器产品有多
种类型：双口中继器、多口中继器、集线器（ HUB）
和多路复用器等。 双口中继器是最常用的中继器，可用
于扩展两个 10 BASE-2或 10 BASE-5网段的同轴电缆长度。
集线器是一种多口中继器，主要用于 10 BASE-T网络中
双绞线的连接。 多路复用器主要用来提高物理介质的利
用率。
? 中继器的使用限制
事实上，并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互
连起来。 IEEE802.3规定，最多只能用 4个中继器来连接
5段同轴电缆的网段，以保证信号质量和传输速率。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 29
9.3 网络互连设备
2 网桥 (Bridge)
网桥是一种帧存储转发设备，用来连接两个
相似类型的局域网。从协议的层次看，网桥
是在 MAC层对数据帧进行存储转发 。
? 网桥的使用方式
从硬件配置的位置来分，网桥通常分为内部
网桥和外部网桥两种。组成内部网桥的网卡
安装在文件服务器内，如图 9-12所示。外部
网桥则是专用作网桥的 PC或其他硬件设备，
如图 9-13所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 30
9.3 网络互连设备
? 内部网桥和外部网桥示意图。
? 网桥的功能
? 过滤和转发
? 协议转换
? 缓冲管理
2010-5-15 计算机网络技术及应用 31
9.3 网络互连设备
3 路由器 (Router)
? 路由器的功能
路由器工作在 OSI模型的网络层 。 由于它比网桥工作在
更高一层, 因此路由器的功能比网桥更强, 它除了
具有网桥的全部功能外, 还应具有路径选择, 流量
控制及网络管理等功能 。
? 路由器产品
路由器产品的性能参数主要有：吞吐量, 时延, 支持
的路由协议, 网络传输协议, 网络管理平台, 广域
网接口类型和服务类型, 局域网接口类型及数据压
缩能力等 。 按照性能和价格的高低, 路由器可分成
高档, 中档和低档等三种类型 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 32
9.3 网络互连设备
? 用路由器连接 LAN-WAN示意图
2010-5-15 计算机网络技术及应用 33
9.3 网络互连设备
4 交换机（ Switch）
市场上用于计算机网络的交换机主要分为 3种：
? ATM交换机
? 第二层交换机 （ 又称 LAN交换机 ）
? 第三层交换机
其中第二层交换机和第三层交换机主要采用分组交换，
ATM交换机主要采用信元交换。 最初的交换机相当于
多端口的网桥，称为第二层交换机, 第二层交换机已
经取代了集线器和网桥。目前常用的第三层交换机增
加了路由选择功能 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 34
9.3 网络互连设备
（ 1）第二层交换机
第二层交换机实质上是多端口网桥。在交换
机中保存一张端口地址映射表，用来映射
MAC地址和与之对应的端口，这张表是通过
检查进入端口的帧的源 MAC地址而建立起来
的。交换机的工作是首先检查目标 MAC地址，
并与端口地址映射表中的端口地址相匹配，
如果匹配成功，该帧就被转发到对应的端口。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 35
9.3 网络互连设备
（ 2）第三层交换机
? 第三层交换本质上是完成路由器功能。第三层交换
机与第二层交换机一样需要建立地址映射表，不同
的是第二层交换机建立端口与 MAC地址的映射关系，
而第三层交换机建立端口与网络层地址（如 IP地址）
之间的映射关系。
? 把第二层交换和第三层路由组合到一个设备中，就
形成第三层交换机。与路由器相比的优势是：路由
器是通过软件交换数据包，其配置和管理技术复杂，
而第三层交换机是一个基于硬件的设备，数据包交
换速度通常要比路由器快得多 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 36
9.3 网络互连设备
（ 3）交换机的性能指标
? 端口支持
? 吞吐率
? 背板速率
? 延迟
? 帧丢失率
? 交换机的交换方式
? 存储转发（ Store-and-forward）
? 直通（ Cut Through）
? 碎片丢弃（ Fragment Free）
2010-5-15 计算机网络技术及应用 37
9.3 网络互连设备
（ 4）交换机产品
? 从交换机产品结构上分，交换机分为模块化交换机
和可堆叠集成式交换机。
? 从交换机端口速率上分，交换机产品可分为 10Mb/s、
100Mb/s,1000Mb/s及混合支持的产品。如 3COM的
SuperStackⅡ1100 支持 10Mb/s的端口速率，
SuperStackⅡ3300 支持 10/100Mb/s自适应的端口速
率,SuperStackⅡ3900 提供 10/100/1000Mb/s不同
速率的端口,SuperStackⅡ9300 只支持 1000Mb/s的
端口速率。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 38
9.3 网络互连设备
5 网关 (Gateway)
网关又称为协议转换器，一般是指用于连接不同体
系结构网络（简称异构网络）的软件，而不是指它
的物理设备。
（ 1） 网关的功能
? 网关的基本功能是实现不同网络协议之间的转换，
实现在 OSI传输层及以上层次上的互连，网关是互
连设备中最为复杂的设备。
? 网关除提供互联网间协议转换的基本功能外，还执
行报文存储转发及流量控制功能；提供虚电路接口
及相应的服务；支持应用层互通及互联网的网络管
理功能。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 39
9.3 网络互连设备
（ 2）网关的用途
网关可用于以下几种场合的网络互连，它们均
属于异构网络互连。
? 异构型 LAN互连
? LAN与 WAN互连
? WAN与 WAN互连
网关被广泛用在广域网之间或广域网与局域网
之间的互连上，它解决了 LAN和 WAN之间由于
协议不同而不能直接通信的问题。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 40
9.3 网络互连设备
6 网络互连设备的对比
以上各种网络互连设备的对比见下表所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 41
9.4 网络互连实例
某企业的内部网采用 ATM+Ethernet的混合技术实现。
ATM技术是当前网络发展的主要方向之一，以太网
技术已经得到广泛应用，用户和网络管理人员更熟
悉以太网。两者的结合体现了先进性和实用性统一
的原则。
1 三级网络结构
? 一级主干网
以总部为中心节点，以主楼、办公楼和实验中心为
主连接节点，采用双三角连接，用 12芯光缆互连上
述四个楼宇，构筑一级主干网。该结构具有安全而
实用的双重特征，从安全角度看，五组光缆线路中，
任何一组光缆出现故障都不会导致一级主干网瘫痪。
一级主干网使用 622Mb/s ATM技术。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 42
9.4 网络互连实例
? 二级主干网
分别以总部和主楼为中心用 8芯光缆连接全企业其他
楼宇，构筑二级主干网。二级主干网比较复杂。首
先，以总部为中心，使用 155Mb/s ATM技术连接计
算中心、科研所楼、图书馆等楼宇；其次，以主楼
为中心，使用 100Mb/s交换以太网技术连接行政楼、
教学楼等楼宇。
? 楼内局域网
在各楼内局域网中，均使用 100Mb/s交换以太网技术
为主连接技术，使用 10Mb/s交换以太网技术为桌面
连接技术。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 43
9.4 网络互连实例
2 网络互连设备选型
? 网络互连设备主要选择 3COM公司的 ATM/Ethernet交换
机,NetBuilderⅡ 路由器和 Cisco公司的 3600路由器。
? 3COM公司的交换机都具有模块化结构，可以根据需要
同时配置 ATM模块和以太网模块，从而实现两种类型的
网络技术之间的相互结合。如选用的 CoreBuilder
7000HD（核心交换机）,SuperStackⅡ3000 （分支交
换机）,SuperStackⅡ1100 （桌面交换机）等交换机
都可以根据需要配置不同速率的 ATM模块和不同速率的
以太网模块。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 44
9.4 网络互连实例
? 内部路由器 用于企业网中各虚拟局域网
（ VLAN）之间信息交换的内部路由器，采用
3COM公司的 NetBuilderⅡ,直接连到总部的
CoreBuilder 7000HD交换机上。
? 外部路由器 用于与 Internet互连的外部路
由器，采用 Cisco公司的 3600路由器，通过
100Mb/s光缆连接到 CHINANET。对企业网外
任何站点的访问都通过外部路由器
Cisco3600。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 45
9.4 网络互连实例
3 网络互连
? 首先是楼宇之间的互连问题。总部配置 3个 622Mb/s
ATM端口，分别通过光缆与主楼、办公楼和实验中
心的 CoreBuilder 7000HD上的 ATM端口相连，构成
一级主干网 。
? 其次总部还配置有 12个 155Mb/s ATM端口，其中 7个
与计算中心、科研所楼、图书馆等 7个楼宇相连，
是二级主干网的重要组成部分。
? 最后要考虑楼宇内部各配线之间的互连问题。在考
虑互连设备配置时，除了考虑端口类型之外，还要
考虑端口数量，连接到桌面的端口数量是由信息点
数决定的。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 46
9.4 网络互连实例
4 网络互连实例示意图
第九章 网络互连
本章主要内容
?网络互连的概述
?因特网的互连协议 IP
?网络互连设备
?网络互连实例
2010-5-15 计算机网络技术及应用 2
9.1 网络互连的概述
1 互联网的概念
? 计算机网络往往由许多种不同类型的网络互
连而成，即从功能上和逻辑上看，这些计算
机网络已经组成了一个大型的计算机网络，
称为 互连网络 （ internetwork），也简称为
互联网。
? 将网络互相连接起来要使用一些互连设备
（中间设备），常用的网络互连设备有中继
器、网桥、路由器、交换机和网关等。
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9.1 网络互连的概述
2 网络互连的方式
? LAN-LAN
? 互连层次
LAN-LAN网络互连发生在 OSI/RM的数据链路层。
? 互连设备
LAN-LAN网络的互连设备是网桥、中继器或路由器。
? LAN-WAN
? 互连层次
LAN-WAN的互连发生在网络层。
? 互连设备
LAN-WAN的互连设备是路由器。
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9.1 网络互连的概述
? WAN-WAN
? 互连层次
WAN-WAN互连发生在 OSI/RM的传输层及其上层 。
? 互连设备
WAN-WAN的互连设备是网关。
网络互连的层次 关系见下图。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 5
9.2 因特网的互连协议 IP
互连网协议 IP是 TCP/IP体系中两个最重要的协
议之一，与 IP协议配套使用的还有三个协议：
? 地址转换协议 ARP（ Address Resolution
Protocol）。
? 反向地址转换协议 RARP（ Reverse Address
Resolution Protocol）。
? Internet控制报文协议 ICMP（ Internet Control
Message Protocol）。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 6
9.2 因特网的互连协议 IP
1 IP地址及转换
(1)IP地址及其表示方法
Internet识别网络的方法是给网络上的每一台计算机分配
一个 IP地址。 IP地址就是给每个连接在 Internet上的主
机分配一个在全世界范围内唯一的 32位二进制标识符。
由于 32位的二进制数字形式不适合阅读和记忆，为了
便于用户阅读和理解 IP地址,Internet管理委员会采
用了一种, 点分十进制, 方法表示 IP地址。如下图所
示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 7
9.2 因特网的互连协议 IP
(2)网络地址和主机地址
? IP地址被分为网络地址（ net-id）和主机地址
（ host-id）两部分。
? IP地址的格式可表示为：网络地址 +主机地址。
? IP地址的这种结构使我们在 Internet上很方便地
进行寻址，先按 IP地址中的网络号 net-id把网络
找到，再按主机号 host-id把主机找到。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 8
9.2 因特网的互连协议 IP
(3)IP地址的分类
为了便于对 IP地址进行管
理，同时还考虑到网络的
差异很大，将 IP地址分为
5类，即 A类,B类,C类、
D类和 E类，其中 D类地址
是组播地址,E类地址保
留今后使用。目前使用的
IP地址仅 A至 C三类。
在 IP地址的开头用 1位或
几位以标识 IP地址的类型，
如右图所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 9
9.2 因特网的互连协议 IP
(4)IP地址类型的识别
A类地址,第一个数的范围在 0～ 127之间,
地址 范围从 1.0.0.1至 126.255.255.254。
B类地址,第一个数的范围在 128～ 191之间,
地 址范围从 128.1.0.1至 191.255.255.254。
C类地址,第一个数的范围在 192～ 223之间,
地 址范围从 192.0.1.1至 223.255.255.254。
例如,IP地址是 138.10.118.25，它是一个 B类地址，
网络 ID是 138.10，主机 ID是 118.25。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 10
9.2 因特网的互连协议 IP
(5)内部网可用 IP地址
为了避免某个单位 内部网 选择任意网络地址，
造成与合法的 Internet地址发生冲突,IETF
分配了具体的 A类,B类和 C类地址供单位内
部网使用，这些地址为：
A类, 10.0.0.0～ 10.255.255.255
B类, 172.16.0.0～ 172.31.255.255
C类, 192.168.0.0～ 192.168.255.255
2010-5-15 计算机网络技术及应用 11
9.2 因特网的互连协议 IP
(6)IP地址与硬件地址
IP地址放在 IP数据报的首部，而硬件地址则放在 MAC
帧的首部。 IP地址与硬件地址的关系如下图。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 12
9.2 因特网的互连协议 IP
(7)地址的转换
? 每一个 Internet上的主机都有与之对应的三个地址，
即物理地址（硬件地址）,IP地址和主机域名。
? 主机的物理地址是网卡制造者制作在网卡上的无法
改变的地址码。
? IP地址是一种二进制数的网络标识和主机标识, 数
字型标识对计算机网络是最有效的, 但对使用网络
的人却不愿意使用难于记忆的 IP地址, 为此人们研
究出一种字符型标识，这就是主机的域名。
? 主机域名,IP地址和物理地址之间的关系如下图。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 13
9.2 因特网的互连协议 IP
图 9-6 主机域名,IP地址与物理地址之间的转换
www.cumtb.edu.cn
DNS
202.112.209.88
ARP RARP
0020ED5240F3
主机域名
IP地址
硬件地址
2010-5-15 计算机网络技术及应用 14
9.2 因特网的互连协议 IP
2 子网划分技术
（ 1）子网的概念
? 传统的 IP地址 用 A,B,C等 类划分，网络号与主机号
的分隔必须固定在某个点分符上，在 IP地址越来越
紧张的时候这个问题就很突出了。可变长子网掩码
VLSM(RFC1009)允许在主机号的比特位中继续定
义子网掩码 /子网扩展前缀，分隔不必在点分符上。
用 IP地址中的主机号（ host-id）字段中的前若干
比特位作为, 子网号字段,,后面剩下的仍为主机
号字段，再通过路由器将划分出的子网互连形成单
位内部网，便于网络的管理和使用。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 15
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 2）子网的划分方法
? 子网的划分方法是将单个网络号对应的主机
号分为两个部分，其中一部分用于子网号编
址，另一部分用于主机号编址，如下图所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 16
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 3）子网掩码（ Subnet Mask）
? 在划分子网时,TCP/IP使用了子网掩码。子网掩码
也是一个 32位的二进制数，其形式与 IP地址相同。
它主要有两大 功能,一是通过子网掩码，可以区分
一个 IP地址中的哪些位对应于网络地址（包括子网
地址）、哪些位对应于主机地址；二是将网络分为
多个子网。
? 子网掩码的取值，通常是将对应于 IP地址中网络地
址（网络号和子网号）的所有位都设置为, 1”，对
应于主机地址（主机号）的所有位都设置为, 0”。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 17
9.2 因特网的互连协议 IP
? 子网掩码和 IP地址结合使用，对子网掩码和 IP地址进
行, 按位与, 运算，可以分出一个 IP地址的网络号和主
机号。下表是一个例子,IP地址为 141.58.97.235的主机，
如采用的子网掩码是 255.255.240.0，通过, 与, 运算，
可以断定该主机是 141.58.96.0网络中的第 491号主机。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 18
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 4）子网划分的规则
? RFC 950中的规则
RFC 950规定了子网划分的规范，其中对网络地址中
的子网号作了如下的规定,由于网络号全为, 0”代
表的是本网络，所以网络地址中的子网号也不能全
为, 0”，子网号全为, 0”时，表示本子网网络；网
络号全为, 1”表示的是广播地址，所以网络地址中
的子网号也不能全为, 1”，全为, 1”的地址用于向
子网广播。 所以，在划分子网时需要考虑子网号不
能全取,1” 和,0” 。
以下通过 例子 依据 RFC 950中的规定说明划分子网
的具体步骤。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 19
9.2 因特网的互连协议 IP
某单位现有 100台计算机需要联网，要求每个子
网内的主机数不少于 40台，问使用一个 C类
地址如何划分子网？
? 第一步，确定需要划分的子网数。 使用一个 C类
地址划分子网，必然要从代表主机号的第四个
字节中取出若干位用于划分子网。若取出 1位，
根据子网划分规则，无法使用。若取出 3位，可
以划分 出 8个子网，但每个子网容纳主机数为 30，
而实际要求是每个子网内的主机不少于 40台。
若取出 2位，可以划分 出 2个 可用 子网，每个子
网可容纳 62个主机号，因此取出 2位划分子网是
可行的。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 20
9.2 因特网的互连协议 IP
? 第二步，确定子网掩码。按照子网掩码的取值
规则，子网掩码为 255.255.255.192。如下图所
示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 21
9.2 因特网的互连协议 IP
? 第三步,确定标识每一个子网的网络地址。如
下图所示，两个子网的网络地址分别为
192.168.1.64和 192.168.1.128。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 22
9.2 因特网的互连协议 IP
? 第四步，确定每一个子网的主机地址范围。如
下图所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 23
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 4）子网划分的规则
? RFC 1878中的规则
1985年制定的 RFC 950中阻止使用全 0全 1的子网号以
便与老式的路由器兼容，所以上例中的 4个子网还
要减去两个。但现在新的路由器大都支持 CIDR
（ Classless Inter-Domain Routing:无类域间路由 ）
协议,CIDR摒弃了传统基于类的地址分配方式，规
定可以使用任意长度的网络地址部分，因此在 1995
年制定的 RFC 1878(IPv4可变长子网表 )中允许使用
全 0和全 1的子网号，所以上例中对 C类网络使用子
网掩码 255.255.255.192划分出的 4个子网都可以使
用，每个子网的网络地址和主机 IP地址范围如下表
所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 24
9.2 因特网的互连协议 IP
? 上例中每个子网的网络地址和主机地址范围。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 25
9.2 因特网的互连协议 IP
（ 5）默认网关（ Default Gateway）
为了使一台计算机能在 TCP/IP环境中正常工作, 必须
提供如下地址信息：
① 计算机的 IP地址：用于标识网络中的每一台计算机；
② 计算机所在网络的子网掩码：用于区分 IP地址中的网
络 ID和主机 ID；
③一个默认网关的 IP地址：用于将子网掩码过滤出的 IP分
组导向目的主机。
发往同一个子网上的数据分组可以直接流向目的地，而对于
那些目的地不是本地网络上的计算机的数据分组，就需
要一个默认的网关，把这些分组导向另一个子网中的目
标系统。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 26
9.3 网络互连设备
网络互连设备根据它工作的网络层次和所支持
的协议可分为四种类型：
? 中继器
? 网桥 /第二层交换机
? 路由器 /第三层交换机
? 网关
2010-5-15 计算机网络技术及应用 27
9.3 网络互连设备
1 中继器 (Repeater)
? 中继器的功能
由于信号在介质上传输时，其
幅度将不断地衰减，中继器
是在物理层上实现局域网网
段互连的，用于扩展局域网
的距离，其具体功能是接收
从一条电缆上传输过来的信
号，并将其放大后，再发送
到另一条电缆上。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 28
9.3 网络互连设备
? 中继器的选择
根据不同的用户需求和用途，市场上的中继器产品有多
种类型：双口中继器、多口中继器、集线器（ HUB）
和多路复用器等。 双口中继器是最常用的中继器，可用
于扩展两个 10 BASE-2或 10 BASE-5网段的同轴电缆长度。
集线器是一种多口中继器，主要用于 10 BASE-T网络中
双绞线的连接。 多路复用器主要用来提高物理介质的利
用率。
? 中继器的使用限制
事实上，并不能利用任意多个中继器将任意多个网段互
连起来。 IEEE802.3规定，最多只能用 4个中继器来连接
5段同轴电缆的网段，以保证信号质量和传输速率。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 29
9.3 网络互连设备
2 网桥 (Bridge)
网桥是一种帧存储转发设备，用来连接两个
相似类型的局域网。从协议的层次看，网桥
是在 MAC层对数据帧进行存储转发 。
? 网桥的使用方式
从硬件配置的位置来分，网桥通常分为内部
网桥和外部网桥两种。组成内部网桥的网卡
安装在文件服务器内，如图 9-12所示。外部
网桥则是专用作网桥的 PC或其他硬件设备，
如图 9-13所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 30
9.3 网络互连设备
? 内部网桥和外部网桥示意图。
? 网桥的功能
? 过滤和转发
? 协议转换
? 缓冲管理
2010-5-15 计算机网络技术及应用 31
9.3 网络互连设备
3 路由器 (Router)
? 路由器的功能
路由器工作在 OSI模型的网络层 。 由于它比网桥工作在
更高一层, 因此路由器的功能比网桥更强, 它除了
具有网桥的全部功能外, 还应具有路径选择, 流量
控制及网络管理等功能 。
? 路由器产品
路由器产品的性能参数主要有：吞吐量, 时延, 支持
的路由协议, 网络传输协议, 网络管理平台, 广域
网接口类型和服务类型, 局域网接口类型及数据压
缩能力等 。 按照性能和价格的高低, 路由器可分成
高档, 中档和低档等三种类型 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 32
9.3 网络互连设备
? 用路由器连接 LAN-WAN示意图
2010-5-15 计算机网络技术及应用 33
9.3 网络互连设备
4 交换机（ Switch）
市场上用于计算机网络的交换机主要分为 3种：
? ATM交换机
? 第二层交换机 （ 又称 LAN交换机 ）
? 第三层交换机
其中第二层交换机和第三层交换机主要采用分组交换，
ATM交换机主要采用信元交换。 最初的交换机相当于
多端口的网桥，称为第二层交换机, 第二层交换机已
经取代了集线器和网桥。目前常用的第三层交换机增
加了路由选择功能 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 34
9.3 网络互连设备
（ 1）第二层交换机
第二层交换机实质上是多端口网桥。在交换
机中保存一张端口地址映射表，用来映射
MAC地址和与之对应的端口，这张表是通过
检查进入端口的帧的源 MAC地址而建立起来
的。交换机的工作是首先检查目标 MAC地址，
并与端口地址映射表中的端口地址相匹配，
如果匹配成功，该帧就被转发到对应的端口。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 35
9.3 网络互连设备
（ 2）第三层交换机
? 第三层交换本质上是完成路由器功能。第三层交换
机与第二层交换机一样需要建立地址映射表，不同
的是第二层交换机建立端口与 MAC地址的映射关系，
而第三层交换机建立端口与网络层地址（如 IP地址）
之间的映射关系。
? 把第二层交换和第三层路由组合到一个设备中，就
形成第三层交换机。与路由器相比的优势是：路由
器是通过软件交换数据包，其配置和管理技术复杂，
而第三层交换机是一个基于硬件的设备，数据包交
换速度通常要比路由器快得多 。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 36
9.3 网络互连设备
（ 3）交换机的性能指标
? 端口支持
? 吞吐率
? 背板速率
? 延迟
? 帧丢失率
? 交换机的交换方式
? 存储转发（ Store-and-forward）
? 直通（ Cut Through）
? 碎片丢弃（ Fragment Free）
2010-5-15 计算机网络技术及应用 37
9.3 网络互连设备
（ 4）交换机产品
? 从交换机产品结构上分，交换机分为模块化交换机
和可堆叠集成式交换机。
? 从交换机端口速率上分，交换机产品可分为 10Mb/s、
100Mb/s,1000Mb/s及混合支持的产品。如 3COM的
SuperStackⅡ1100 支持 10Mb/s的端口速率，
SuperStackⅡ3300 支持 10/100Mb/s自适应的端口速
率,SuperStackⅡ3900 提供 10/100/1000Mb/s不同
速率的端口,SuperStackⅡ9300 只支持 1000Mb/s的
端口速率。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 38
9.3 网络互连设备
5 网关 (Gateway)
网关又称为协议转换器，一般是指用于连接不同体
系结构网络（简称异构网络）的软件，而不是指它
的物理设备。
（ 1） 网关的功能
? 网关的基本功能是实现不同网络协议之间的转换，
实现在 OSI传输层及以上层次上的互连，网关是互
连设备中最为复杂的设备。
? 网关除提供互联网间协议转换的基本功能外，还执
行报文存储转发及流量控制功能；提供虚电路接口
及相应的服务；支持应用层互通及互联网的网络管
理功能。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 39
9.3 网络互连设备
（ 2）网关的用途
网关可用于以下几种场合的网络互连，它们均
属于异构网络互连。
? 异构型 LAN互连
? LAN与 WAN互连
? WAN与 WAN互连
网关被广泛用在广域网之间或广域网与局域网
之间的互连上，它解决了 LAN和 WAN之间由于
协议不同而不能直接通信的问题。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 40
9.3 网络互连设备
6 网络互连设备的对比
以上各种网络互连设备的对比见下表所示。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 41
9.4 网络互连实例
某企业的内部网采用 ATM+Ethernet的混合技术实现。
ATM技术是当前网络发展的主要方向之一，以太网
技术已经得到广泛应用，用户和网络管理人员更熟
悉以太网。两者的结合体现了先进性和实用性统一
的原则。
1 三级网络结构
? 一级主干网
以总部为中心节点，以主楼、办公楼和实验中心为
主连接节点，采用双三角连接，用 12芯光缆互连上
述四个楼宇，构筑一级主干网。该结构具有安全而
实用的双重特征，从安全角度看，五组光缆线路中，
任何一组光缆出现故障都不会导致一级主干网瘫痪。
一级主干网使用 622Mb/s ATM技术。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 42
9.4 网络互连实例
? 二级主干网
分别以总部和主楼为中心用 8芯光缆连接全企业其他
楼宇，构筑二级主干网。二级主干网比较复杂。首
先，以总部为中心，使用 155Mb/s ATM技术连接计
算中心、科研所楼、图书馆等楼宇；其次，以主楼
为中心，使用 100Mb/s交换以太网技术连接行政楼、
教学楼等楼宇。
? 楼内局域网
在各楼内局域网中，均使用 100Mb/s交换以太网技术
为主连接技术，使用 10Mb/s交换以太网技术为桌面
连接技术。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 43
9.4 网络互连实例
2 网络互连设备选型
? 网络互连设备主要选择 3COM公司的 ATM/Ethernet交换
机,NetBuilderⅡ 路由器和 Cisco公司的 3600路由器。
? 3COM公司的交换机都具有模块化结构，可以根据需要
同时配置 ATM模块和以太网模块，从而实现两种类型的
网络技术之间的相互结合。如选用的 CoreBuilder
7000HD（核心交换机）,SuperStackⅡ3000 （分支交
换机）,SuperStackⅡ1100 （桌面交换机）等交换机
都可以根据需要配置不同速率的 ATM模块和不同速率的
以太网模块。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 44
9.4 网络互连实例
? 内部路由器 用于企业网中各虚拟局域网
（ VLAN）之间信息交换的内部路由器，采用
3COM公司的 NetBuilderⅡ,直接连到总部的
CoreBuilder 7000HD交换机上。
? 外部路由器 用于与 Internet互连的外部路
由器，采用 Cisco公司的 3600路由器，通过
100Mb/s光缆连接到 CHINANET。对企业网外
任何站点的访问都通过外部路由器
Cisco3600。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 45
9.4 网络互连实例
3 网络互连
? 首先是楼宇之间的互连问题。总部配置 3个 622Mb/s
ATM端口，分别通过光缆与主楼、办公楼和实验中
心的 CoreBuilder 7000HD上的 ATM端口相连，构成
一级主干网 。
? 其次总部还配置有 12个 155Mb/s ATM端口，其中 7个
与计算中心、科研所楼、图书馆等 7个楼宇相连，
是二级主干网的重要组成部分。
? 最后要考虑楼宇内部各配线之间的互连问题。在考
虑互连设备配置时，除了考虑端口类型之外，还要
考虑端口数量，连接到桌面的端口数量是由信息点
数决定的。
2010-5-15 计算机网络技术及应用 46
9.4 网络互连实例
4 网络互连实例示意图
