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四、CIDR与路由聚合 五、DHCP协议 六、网络地址转换（NAT）
四、CIDR与路由聚合
无类域间路由（CIDR，Classless InterDomain Routing），消除传统的A、B、C类地址界限，NetID+SubID→Network Prefix（简称Prefix）可以任意长度，融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。无类地址格式a.b.c.d/x，其中x为前缀长度。例如11001000 00010111 00010000 00000000，200.23.16.0/23，将两个C类地址融合在一起200.23.16.0和200.23.17.0。子网201.2.3.64，255.255.255.192→201.2.3.64/26。
CIDR提高IPv4 地址空间分配效率；提高路由效率，将多个子网聚合为一个较大的子网，构造超网（supernetting），在路由转发表可以面向更大的子网记录路由转发信息（路由聚合route aggregation），使路由表减小。
五、DHCP协议
一个主机如何获得IP地址？“硬编码”，每个主机从网络管理员获取IP地址，通过静态配置完成地址信息获取；动态地址配置，动态主机配置协议（DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol），从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关地址（当该子网中的数据报要离开子网时进行转发的接口）、DNS服务器名称与IP地址。DHCP“即插即用”、允许地址重用、支持在用地址续租、支持移动用户加入网络。
如果在一个网络中配置了DHCP服务器，网络地址是223.1.2.5，端口号67。当新接入的用户期望通过动态方式获取IP地址相关信息，通过客户主机上运行的DHCP客户端，基于DHCP协议与DHCP服务器进行报文交换完成地址的申请和分配。
a. 主机广播“DHCP discover”（发现报文）
b. DHCP服务器利用“DHCP offer”（提供报文）进行响应
c. 主机请求IP地址“DHCP request”（请求报文）
d. DHCP服务器分配IP地址“DHCP ack”（确认报文）
DHCP协议在应用层实现，通过应用进程按照客户-服务器的方式实现。请求报文封装到UDP数据报中，到链路层的数据帧，IP广播，通常映射为链路层广播（如以太网广播）。到达服务器后还原到应用层DHCP协议，DHCP服务器构造ACK报文，包括分配给客户的IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器地址。
六、网络地址转换（NAT）
IPv4地址耗尽，一个内部网络只需/能从ISP申请一个IP地址，其中的主机使用私有地址，与公共互联网通信时，需将私有地址更替。本地网络设备IP地址的变更，无需通告外界网络。变更ISP时，无需修改内部网络设备IP地址。内部网络设备对外界网络不可见，即不可直接寻址（安全）。
“替换-记录-替换”。利用（NAT IP地址，新端口号）替换每个外出IP数据报的（源IP地址，源端口号）；将每对（NAT IP地址，新端口号）与（源IP地址，源端口号）的替换信息存储到NAT转换表中；根据NAT转换表，利用（源IP地址，源端口号）替换每个进入内网IP数据报的（NAT IP地址，新端口号）。
16-bit端口号字段，可以同时支持60,000多并行连接！NAT主要争议：路由器应该只处理第3层功能；违背端到端通信原则，应用开发者必须考虑到NAT的存在，如P2P应用；地址短缺问题应该由IPv6来解决。
NAT穿透问题，客户期望连接内网地址为10.0.0.1的服务器，却不能直接利用地址10.0.0.1直接访问服务器，对外唯一可见的地址是NAT地址138.76.29.7。解决方案（1）静态配置NAT，将特定端口的连接请求转发给服务器，如138.76.29.7,2500总是转发给10.0.0.1,25000；（2）利用UPnP（Universal Plug and Play）互联网网关设备协议（IGD-Internet Gateway Device）自动配置，内部服务器自动获取或学习到NAT公共IP地址（138.76.29.7），在NAT转换表中，增删端口映射；（3）中继（如Skype），NAT内部的客户与中继服务器建立连接，外部客户也与中继服务器建立连接，中继服务器桥接两个连接的分组。
七、ICMP协议
互联网控制报文协议（ICMP，Internet Control Message Protocol）支持主机或路由器完成差错（或异常）报告、网络探询。两类ICMP 报文：差错报告报文（5种）和网络探询报文（2组）。
差错报告报文：IP数据报在传输过程中出现差错或异常，把数据报丢弃，向主机发送ICMP差错报告报文。目的不可达，到达或已经到达目的主机，无法成功交付；源抑制（Source Quench），路由器缓存已满，希望源主机降低发送报文的速度，但现实未使用该方式进行拥塞控制；超时/超期，TTL减为0，路由器不再转发IP数据报；参数问题，头部字段有问题；重定向（Redirect），一个路由器认为该IP数据报不应该由该路由器进行转发，应该由该网络的另一个网关进行转发。
网络探询报文：由主机或路由器主动发送的ICMP报文，接收响应，对网络进行探寻。回声（Echo）请求与应答报文（Reply）；时间戳请求与应答报文。
ICMP报文
| 类型（Type） |
编码（Code） |
description |
| 0 |
0 |
回声应答（ping） |
| 3 |
0 |
目的网络不可达 |
| 3 |
1 |
目的主机不可达 |
| 3 |
2 |
目的协议不可达 |
| 3 |
3 |
目的端口不可达 |
| 3 |
6 |
目的网络未知 |
| 3 |
7 |
目的主机未知 |
| 4 |
0 |
源抑制（拥塞控制） |
| 8 |
0 |
回声请求（ping） |
| 9 |
0 |
路由通告 |
| 10 |
0 |
路由发现 |
| 11 |
0 |
TTL超期 |
| 12 |
0 |
IP首部错误 |
几种不发送 ICMP差错报告报文的特殊情况：ICMP差错报告报文出错；除第1个IP数据报分片外的所有后续分片；所有多播IP数据报；对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的IP数据报。几种ICMP报文已不再使用：信息请求与应答报文、子网掩码请求和应答报文、路由器询问和通告报文。
ICMP报文的格式：ICMP报文封装到IP数据报中传输。ICMP差错报告报文的数据部分包括UDP或TCP头部的8个字节，包括源和目的端口号等。
ICMP的应用举例Traceroute工具，用于网络路径跟踪（经过的路由器等）。源主机向目的主机发送一系列UDP数据报，第1组IP数据报TTL =1，第2组IP数据报TTL=2, etc，目的端口号为不可能使用的端口号（>30000）。当第n组数据报（TTL=n）到达第n个路由器时，路由器丢弃数据报，向源主机发送ICMP报文（type=11，code=0），ICMP报文携带路由器名称和IP地址信息。当ICMP报文返回到源主机时，记录RTT。停止准则，UDP数据报最终到达目的主机，目的主机返回“目的端口不可达”ICMP报文（type=3，code=3），源主机停止。
八、IPv6协议简介
32位IPv4地址空间已分配殆尽；改进首部格式，实现快速处理/转发数据报，支持QoS。
IPv6数据报格式：固定长度的40字节基本首部，路由器主要处理基本首部，便于快速处理数据报；可通过多个扩展首部支持不同的选项，选项首部大部分情况下不需要路由器处理；不允许分片，如果需要由源主机分。
优先级（priority），标识数据报的优先级。流标签（flow Label），标识同一“流”（从特定主机到特定目的）中的数据报。下一个首部（next header），标识下一个选项首部或上层协议首部（如TCP首部）。
其它改变vs IPv4：校验和（checksum），彻底移除，以减少每跳处理时间。选项（options），允许，但是从基本首部移出，定义多个选项首部，通过“下一个首部”字段指示。ICMPv6，新版ICMP，附加报文类型e.g.“Packet Too Big”，多播组管理功能。
IPv6地址表示形式：
一般形式1080:0:FF:0:8:800:200C:417A
压缩形式FF01:0:0:0:0:0:0:43→FF01::43（::只能使用一次，代表多个连续的0）
IPv4-嵌入形式0:0:0:0:0:FFFF:13.1.68.3或::FFFF:13.1.68.3
地址前缀2002:43c:476b::/48（注：IPv6不再使用掩码!）
URLs：http://[3FFE::1:800:200C:417A]:8000（用[]括住IPv6地址避免歧义）
IPv6基本地址类型：单播（unicast），一对一通信；多播（multicast），一对多通信；任意播（anycast），一对一组之一（最近一个）通信。
IPv4向IPv6过渡，不可能在某个时刻所有路由器同时被更新为IPv6，IPv4和IPv6路由器共存的网络如何运行？隧道（tunneling），IPv6数据报作为IPv4数据报的载荷进行封装，穿越IPv4网络。
例题
