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1、路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由与交换技术-第5章要点路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术5.1 5.1 网络互连网络互连本节主要内容本节主要内容n网络互连需要解决的问题；网络互连需要解决的问题；n信件投递过程启示；信件投递过程启示；n端到端传输思路；端到端传输思路；nIPIP实现网络互连机制；实现网络互连机制；n数据报数据报IPIP分组交换网络；分组交换网络；n路由器结构。路由器结构。路由器和网络互连路由器和网络互连路
2、由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术 终端终端A A至终端至终端B B数据传输路径由两个不同类型的传数据传输路径由两个不同类型的传输网络组成：输网络组成：n源终端路径选择问题；源终端路径选择问题；n目的终端地址标识问题；目的终端地址标识问题；n数据封装问题。数据封装问题。一、网络互连需要解决的问题一、网络互连需要解决的问题网络互连结构网络互连结构路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、信件投递过程启示二、信件投递过程启示n不同运输系统有着不同的封装信件的形式和标
3、识始站与终站的方式；不同运输系统有着不同的封装信件的形式和标识始站与终站的方式；n信件上收信人和寄信人地址是统一的，和实际提供运输服务的运输系统标识始信件上收信人和寄信人地址是统一的，和实际提供运输服务的运输系统标识始站与终站的方式无关；站与终站的方式无关；n信件是一种标准的封装形式，和实际提供运输服务的运输系统封装信件的形式信件是一种标准的封装形式，和实际提供运输服务的运输系统封装信件的形式无关；无关；n南京根据信件上的收信人地址确定下一站：上海，同样，上海也是根据信件上南京根据信件上的收信人地址确定下一站：上海，同样，上海也是根据信件上的收信人地址确定下一站：长沙，信件在南京至长沙的传输过
4、程中是不变的；的收信人地址确定下一站：长沙，信件在南京至长沙的传输过程中是不变的；n由实际的运输系统提供当前站至下一站的运输服务。由实际的运输系统提供当前站至下一站的运输服务。信件投递过程信件投递过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、端到端传输思路三、端到端传输思路IP分组IP AIP RIP BMAC帧PPP帧IP分组IP分组独立于传输网络、全网络独立于传输网络、全网络统一的地址：统一的地址：IPIP地址。地址。独立于传输网络，用独立于传输网络，用IPIP地地址表示发送端和接收端的址表示发送端和接收端的
5、IPIP分组。分组。网际协议网际协议IPIP！路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n端到端传输数据封装成与传输网络无关的格式：端到端传输数据封装成与传输网络无关的格式：IPIP分组，用两端分组，用两端IPIP地址作为地址作为IPIP分组的源和目的地址；分组的源和目的地址；n源终端和端到端路径经过的路由器须能根据目的终端源终端和端到端路径经过的路由器须能根据目的终端IPIP地址确定下一跳的地址确定下一跳的IPIP地址；地址；n当前跳须能经过连接当前跳和下一跳的传输网络实现当前跳须能经过连接当前跳和下一跳的传输网络
6、实现IPIP分组的逐跳传输；分组的逐跳传输；nIPIP分组经过不同的传输网络传输时，需封装成传输网络对应格式。分组经过不同的传输网络传输时，需封装成传输网络对应格式。三、端到端传输思路三、端到端传输思路路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术四、四、IPIP实现网络互连机制实现网络互连机制n规定了统一的且与传输网络地址标识方式无关的规定了统一的且与传输网络地址标识方式无关的IPIP地地址格式；址格式；n规定了统一的且与传输网络数据封装格式无关的规定了统一的且与传输网络数据封装格式无关的IPIP分分组格式；组格式；n
7、源终端和路由器必须建立用于指明通往目的终端的路源终端和路由器必须建立用于指明通往目的终端的路由表；由表；n必须由单个传输网络连接当前跳和下一跳，通过传输必须由单个传输网络连接当前跳和下一跳，通过传输网络实现网络实现IPIP分组当前跳至下一跳的传输过程；分组当前跳至下一跳的传输过程；nIPIP分组经过逐跳传输，实现源终端至目的终端的传输分组经过逐跳传输，实现源终端至目的终端的传输过程。过程。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术五、数据报五、数据报IPIP分组交换网络分组交换网络n路由器是路由器是IPIP分组交换设
8、备；分组交换设备；n路由器互连多个传输网络构成互连网；路由器互连多个传输网络构成互连网；n如果将传输网络作为互连路由器的链路，互连网就是数如果将传输网络作为互连路由器的链路，互连网就是数据报据报IPIP分组交换网络。分组交换网络。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n传输网络本身可能传输网络本身可能就是一个分组交换就是一个分组交换网络；网络；nIPIP分组传输路径分分组传输路径分为两层，一是由源为两层，一是由源和目的终端及中间和目的终端及中间经过的路由器构成经过的路由器构成IPIP网络传输路径，网络传输路径，二
9、是由传输网络实二是由传输网络实现的当前结点至连现的当前结点至连接在同一传输网络接在同一传输网络上的下一跳结点之上的下一跳结点之间传输路径。间传输路径。五、数据报五、数据报IPIP分组交换网络分组交换网络路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术六、路由器结构六、路由器结构n路由器是路由器是IPIP分组交换设备；分组交换设备；n线卡完成和传输媒体的连接和传输网络对应的链路层和物线卡完成和传输媒体的连接和传输网络对应的链路层和物理层功能；理层功能；n路由模块建立路由表；路由模块建立路由表；n交换模块实现交换模块实现IPI
10、P分组输入端口至输出端口的传输过程。分组输入端口至输出端口的传输过程。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术5.2 5.2 网际协议网际协议本节主要内容本节主要内容nIPIP地址分类；地址分类；nIPIP地址分层分类的原因和缺陷；地址分层分类的原因和缺陷；n无分类编址；无分类编址；nIPIP分组格式。分组格式。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术5.2 5.2 网际协议网际协议IPIP主要内容主要内容nIPIP地址地址nIPIP分
11、组格式分组格式固定地址分类的缺陷固定地址分类的缺陷n无法有效减少路由项无法有效减少路由项n无法任意划分子网无法任意划分子网无分类编址无分类编址路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、一、IPIP地址分类地址分类nIPIP地址分为单播、组播和广播地址。地址分为单播、组播和广播地址。n单播地址分成单播地址分成A A、B B、C C三类。三类。n每一类单播地址分成网络地址和主机地址两每一类单播地址分成网络地址和主机地址两部分（地址分层结构）。部分（地址分层结构）。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器
12、和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、二、IPIP地址分层分类的原因和缺陷地址分层分类的原因和缺陷q准考证号分为考场号和考号准考证号分为考场号和考号q同一考场的考生具有相同的同一考场的考生具有相同的考场号考场号q考场号随机分配考场号随机分配根据考场分布给根据考场分布给出的路由信息出的路由信息U N IV E R S IT Y841xxx 642xxx 443xxx 244xxx751xxx552xxx353xxx154xxx841xxx642xxx443xxx244xxx751xxx552xxx353xxx154xxx751xxx552xxx353xxx154x
13、xx841xxx642xxx443xxx244xxx244xxx154xxx路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术IPIP地址为什么分层？地址为什么分层？分层使地址分配有了限制，分层使地址分配有了限制，地址有了组织结构。地址有了组织结构。地址有了组织结地址有了组织结构的最大好处是构的最大好处是便于选择路径。便于选择路径。单个路由项可以单个路由项可以指明属于同一组指明属于同一组织的所有地址的织的所有地址的路径。路径。二、二、IPIP地址分层分类的原因和缺陷地址分层分类的原因和缺陷路由器和网络互连路由器和网络互连路由
14、器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术IPIP地址为什么分类？地址为什么分类？n因为每一个组织的终端数是不同的。如终因为每一个组织的终端数是不同的。如终端数小于端数小于254254的组织可以用的组织可以用C C类地址，大于类地址，大于254254，小于，小于2 216162 2可以用可以用B B类地址，大于类地址，大于2 216162 2用用A A类地址。类地址。IPIP地址的分层和分类似乎使它成为一种完地址的分层和分类似乎使它成为一种完美的地址结构，事实并非如此！美的地址结构，事实并非如此！二、二、IPIP地址分层分类的原因和缺陷地址分层分类的原
15、因和缺陷路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术q准考证号分为主考区号、次考准考证号分为主考区号、次考区号、考场号和考号。区号、考场号和考号。q同一考区的考场具有相同的区同一考区的考场具有相同的区号，同一考场的考生具有相同号，同一考场的考生具有相同的考场号。的考场号。根据考场分布给根据考场分布给出的路由信息出的路由信息U N IV E R S IT Y641xxx 642xxx 643xxx 644xxx651xxx652xxx653xxx654xxx6xxxxx65xxxx64xxxx644xxx654xxx6x
16、xxxx6xxxxx64xxxx64xxxx65xxxx65xxxx虽然是两层地址结构，如虽然是两层地址结构，如果严格限制考场分配，仍果严格限制考场分配，仍然可以有多层地址结构的然可以有多层地址结构的路由功能。路由功能。651xxx二、二、IPIP地址分层分类的原因和缺陷地址分层分类的原因和缺陷前提是用于比较的前提是用于比较的考号位数可变！考号位数可变！路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n组织的终端数是随意的，很难符合三类地址的终组织的终端数是随意的，很难符合三类地址的终端数，如端数，如10001000台终端
17、，用台终端，用C C类地址不够，用类地址不够，用B B类地类地址浪费。址浪费。二、二、IPIP地址分层分类的原因和缺陷地址分层分类的原因和缺陷缺陷缺陷n不能有效聚合路由项；不能有效聚合路由项；n不能任意划分子网。不能任意划分子网。n根源在于固定的网络字段和主机字段位数。根源在于固定的网络字段和主机字段位数。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术这种通过子网掩码方式动态确定网络地址这种通过子网掩码方式动态确定网络地址和主机地址位数的方式称为无分类编址，和主机地址位数的方式称为无分类编址，因为它去除了分类编址固定的网
18、络地址和因为它去除了分类编址固定的网络地址和主机地址位数的限制。主机地址位数的限制。二、二、IPIP地址分层分类的原因和缺陷地址分层分类的原因和缺陷消除分类编址固定的网络地址和主机地址消除分类编址固定的网络地址和主机地址位数的限制，能够动态设置网络地址和主位数的限制，能够动态设置网络地址和主机地址的位数。机地址的位数。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、无分类编址三、无分类编址无分类编址无分类编址n标识网络号的网络前缀是任意长度的。标识网络号的网络前缀是任意长度的。无分类编址的好处无分类编址的好处n减少路由
19、项减少路由项n任意划分子网任意划分子网路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术子网掩码举例子网掩码举例n10.1.1.8/255.255.255.010.1.1.8/255.255.255.0n10.1.1.8/255.255.0.010.1.1.8/255.255.0.0n10.0.0.0/255.0.0.010.0.0.0/255.0.0.0n10.0.0.0/810.0.0.0/8n10/810/8三、无分类编址三、无分类编址路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和
20、交换技术路由和交换技术路由和交换技术nIPIP地址动态分层功能，不同层次地址动态分层功能，不同层次的路径，路标的地址位数不同，的路径，路标的地址位数不同，用于选择路径的地址位数也不同。用于选择路径的地址位数也不同。用子网掩码给出对应的地址部分用子网掩码给出对应的地址部分三、无分类编址三、无分类编址路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术任意划分子网举例任意划分子网举例假定某个单位有假定某个单位有120120台计算机，这些计算机被分台计算机，这些计算机被分成成6 6组，其中组，其中1 1组分配组分配2020台计算机，
21、台计算机，2 2组分配组分配1212台台计算机，计算机，3 3组分配组分配4545台计算机，台计算机，4 4组分配组分配2727台计算台计算机，机，5 5组分配组分配6 6台计算机，台计算机，6 6组分配组分配1010台计算机，台计算机，这这6 6组计算机属于组计算机属于6 6个子网，如何分配个子网，如何分配IPIP地址才能地址才能使得路由表中的路由项最少？假定允许的地址范使得路由表中的路由项最少？假定允许的地址范围是围是192.1.2.0/24192.1.2.0/24。三、无分类编址三、无分类编址路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由
22、和交换技术路由和交换技术00000000000000000000111111111111（0 06363）分分配配给给3 3组组4545台台计计算算机机，网网络络前缀为前缀为192.1.2.0/26192.1.2.0/26；01001000000000000100101111111111（64649595）分分配配给给4 4组组2727台台计计算算机机，网网络络前缀为前缀为192.1.2.64/27192.1.2.64/27；01101100000000000110111111111111（9696127127）分分配配给给1 1组组2020台台计计算算机机，网网络前缀为络前缀为192.1.2
23、.96/27192.1.2.96/27；10001000000000001000100011111111（128128143143）分分配配给给2 2组组1212台台计计算算机机，网网络前缀为络前缀为192.1.2.128/28192.1.2.128/28；10011001000000001001100111111111（144144159159）分分配配给给6 6组组1010台台计计算算机机，网网络前缀为络前缀为192.1.2.144/28192.1.2.144/28；10100101000000001010010100111111（160160167167）分配给）分配给5 5组组6 6台
24、计算机，网台计算机，网络前缀为络前缀为192.1.2.160/29192.1.2.160/29；任意划分子网举例任意划分子网举例三、无分类编址三、无分类编址路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、无分类编址三、无分类编址n路由器路由器R1两项路由项和目的两项路由项和目的IP地址地址192.1.2.150匹配；匹配；n选择网络前缀最长的路由项作选择网络前缀最长的路由项作为最终匹配路由项。为最终匹配路由项。最长前缀匹配最长前缀匹配路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交
25、换技术路由和交换技术路由和交换技术n默认路由项的目的地址为默认路由项的目的地址为0.0.0.0，子网掩码为，子网掩码为0.0.0.0，表明和所有目的，表明和所有目的IP地址匹配；地址匹配；n只有当目的只有当目的IP地址和所有其他路由项均不匹配的情况下，和默认路由项匹地址和所有其他路由项均不匹配的情况下，和默认路由项匹配；配；n常用默认路由项指向通往多个具有相同下一跳的网络的传输路径。常用默认路由项指向通往多个具有相同下一跳的网络的传输路径。三、无分类编址三、无分类编址默认路由项默认路由项路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路
26、由和交换技术四、四、IPIP分组格式分组格式IPIP分组首部分组首部4 4或或6 6表明是表明是IPv4IPv4和和IPv6IPv6，这里讨，这里讨论的是论的是IPv4IPv44 4位，以位，以4 4字节为单位，字节为单位，给出首部长度，由于首给出首部长度，由于首部最大长度是部最大长度是60B60B，表明，表明可选部分不能超过可选部分不能超过40B40B。表明表明IPIP分组的服务分组的服务类型和服务优先级，类型和服务优先级，如高速、高可靠性如高速、高可靠性等。等。以字节为单位给出以字节为单位给出IPIP分组总长度，最分组总长度，最长可达长可达64KB64KB。同一同一IPIP分组分段后分组分
27、段后的数据片的标识均的数据片的标识均相同。相同。DF=1DF=1，不允许分片。，不允许分片。MF=0,MF=0,最后一片。最后一片。以以8 8个字节为单位给个字节为单位给出当前数据片在原出当前数据片在原始始IPIP分组中的位置分组中的位置IPIP分组在网络中的分组在网络中的生存时间，目前通生存时间，目前通常为最大跳数。常为最大跳数。IPIP分组所包含的数分组所包含的数据类型据类型用于对首部字段进用于对首部字段进行检错。行检错。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术分片原理分片原理四、四、IPIP分组格式分组格式n
28、IP分组总长可达分组总长可达64KB，但许多传输网络的最大传送单元（，但许多传输网络的最大传送单元（MTU）远小于）远小于64KB，如以太网，如以太网1500B；n需要将需要将IP分组数据分成多片，每一片长度分组数据分成多片，每一片长度IP首部小于对应传输网络的首部小于对应传输网络的MTU。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术分片举例分片举例四、四、IPIP分组格式分组格式路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术5.3 5.3 路由
29、表和路由表和IPIP分组端到端传输过程分组端到端传输过程本讲主要内容本讲主要内容n路由表建立过程；路由表建立过程；nIPIP分组端到端传输过程；分组端到端传输过程；nARPARP和地址解析过程。和地址解析过程。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、路由表建立过程一、路由表建立过程n逐跳转发，每一跳给出下一跳地址。逐跳转发，每一跳给出下一跳地址。n通过不同的运输系统到达下一跳，信件按运输系统要求通过不同的运输系统到达下一跳，信件按运输系统要求封装；封装；n逐跳转发的关键是路由表。逐跳转发的关键是路由表。路由器和
30、网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n路由项的通用格式为路由项的通用格式为 n路由器每一个接口连接一个网络，该网络路由器每一个接口连接一个网络，该网络的网络地址由配置给该路由器接口的的网络地址由配置给该路由器接口的IPIP地地址和子网掩码决定址和子网掩码决定 。一、路由表建立过程一、路由表建立过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术第一层路径：第一层路径：IPIP传输路径传输路径192.1.1.1192.1.1.1192.1.1.254
31、 192.1.1.254 192.2.1.2 192.2.1.2 192.2.2.2 192.2.2.2 192.1.2.1192.1.2.1第二层路径：第二层路径：IP over IP over 以太网以太网一、路由表建立过程一、路由表建立过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由器建立路由表的过程就是路由器建立路由表的过程就是找出通往各个子网的最短路径找出通往各个子网的最短路径的过程。的过程。一、路由表建立过程一、路由表建立过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术
32、路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术IPIP传输路径建立过程传输路径建立过程n终端通过配置的默认网关地址获得第一跳路由器地址。终端通过配置的默认网关地址获得第一跳路由器地址。n路路由由器器通通过过根根据据IPIP分分组组的的目目的的地地址址检检索索路路由由表表获获取取下下一一跳跳路路由由器地址。器地址。n最后一跳路由器给出的下一跳地址为直接，即是目的终端地址。最后一跳路由器给出的下一跳地址为直接，即是目的终端地址。n建立建立IPIP传输路径的关键是建立路由器中的路由表。传输路径的关键是建立路由器中的路由表。二、二、IPIP分组传输过程分组传输过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网
33、络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术n确定源终端和目的终端是否在同一个网络；确定源终端和目的终端是否在同一个网络；n根据默认网关地址找到第一跳路由器；根据默认网关地址找到第一跳路由器；n路由器逐跳转发；路由器逐跳转发；n直接交付。直接交付。二、二、IPIP分组传输过程分组传输过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、三、ARPARP和地址解析过程和地址解析过程IP over IP over 以太网的前提是已经知以太网的前提是已经知道下一跳的道下一跳的IPIP地址，如何
34、通过以地址，如何通过以太网把太网把IPIP分组传输给下一跳？分组传输给下一跳？根据下一跳的根据下一跳的IPIP地址获取下地址获取下一跳的一跳的MACMAC地址，这是关键。地址，这是关键。将将IPIP分组封装成分组封装成MACMAC帧。帧。将封装将封装IPIP分组的分组的MACMAC帧经过以帧经过以太网传输给下一跳。太网传输给下一跳。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、三、ARPARP和地址解析过程和地址解析过程终端终端A A广播广播ARPARP请求帧，请请求帧，请求帧中给出终求帧中给出终端端B B的的IPI
35、P地址。地址。由于是广播地址，网由于是广播地址，网络中的所有终端都接收请络中的所有终端都接收请求帧，并根据请求帧中给求帧，并根据请求帧中给出的出的IPIP地址确定自己是否地址确定自己是否是目的终端。目的终端回是目的终端。目的终端回复复MACMAC地址。地址。终端终端A A解析服务器解析服务器B B的的MACMAC地址的过程地址的过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术三、三、ARPARP和地址解析过程和地址解析过程nARPARP的主要用途是在知道下一跳的的主要用途是在知道下一跳的IPIP地址的前提下，获取地址的
36、前提下，获取下一跳的下一跳的MACMAC地址。地址。nARPARP只能在同一个广播域内作用，意味着下一跳和当前结只能在同一个广播域内作用，意味着下一跳和当前结点必须属于同一个广播域。点必须属于同一个广播域。nARPARP通过广播通过广播ARPARP请求帧来寻找下一跳结点，因此，广播请求帧来寻找下一跳结点，因此，广播域中所有终端都接收域中所有终端都接收ARPARP请求帧，但只有和请求帧中请求帧，但只有和请求帧中IPIP地地址相同的结点才回复响应帧。址相同的结点才回复响应帧。n如果连续向同一个下一跳结点发送数据，没有必要每一如果连续向同一个下一跳结点发送数据，没有必要每一次都解析地址，可以在次都解
37、析地址，可以在ARPARP缓存中保留缓存中保留IPIP地址和地址和MACMAC地址地址之间的关联。但这种关联是有时效性的。之间的关联。但这种关联是有时效性的。nARPARP请求中给出源终端的请求中给出源终端的IPIP地址和地址和MACMAC地址，就是用于广地址，就是用于广播域中其他终端在播域中其他终端在ARPARP缓存中记录下它们的关联。缓存中记录下它们的关联。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术nARPARP的另一个用途测试的另一个用途测试IPIP地址是否重复。地址是否重复。IPIP网络网络中是不允许两个结点
38、有同样的中是不允许两个结点有同样的IPIP地址，因此，在地址，因此，在对终端分配了对终端分配了IPIP地址后，终端通过地址后，终端通过ARPARP测试广播测试广播域中是否存在具有相同地址的终端。域中是否存在具有相同地址的终端。nARPARP广播一个广播一个ARPARP请求帧，该请求帧，该ARPARP请求帧中的源终请求帧中的源终端地址为端地址为0.0.0.00.0.0.0，表明是未知地址，下一跳地，表明是未知地址，下一跳地址是终端自身的址是终端自身的IPIP地址。地址。n如果源终端接收到响应帧，意味着已经广播域中如果源终端接收到响应帧，意味着已经广播域中已经有终端使用了该已经有终端使用了该IPI
39、P地址。终端报错。地址。终端报错。三、三、ARPARP和地址解析过程和地址解析过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术终端终端A A向默认网关发送向默认网关发送IPIP分组的过程分组的过程三、三、ARPARP和地址解析过程和地址解析过程路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术5.4 虚拟路由器冗余协议虚拟路由器冗余协议本讲主要内容本讲主要内容n容错网络结构容错网络结构nVRRPVRRP工作原理工作原理nVRRPVRRP应用实例应用实
40、例路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术一、容错网络结构一、容错网络结构每一个以太网内部每一个以太网内部通过链路冗余和生通过链路冗余和生成树协议保证在发成树协议保证在发生单条链路故障的生单条链路故障的情况下仍然保持连情况下仍然保持连接在同一以太网上接在同一以太网上的终端之间的连通的终端之间的连通性。同时，路由器性。同时，路由器R1R1和和R2R2分别有接口分别有接口连接到两个以太网，连接到两个以太网，保证在其中一个路保证在其中一个路由器发生故障的情由器发生故障的情况下仍然保持连接况下仍然保持连接在不同以太网上的在
41、不同以太网上的终端之间的连通性终端之间的连通性 。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术二、二、VRRP工作原理工作原理本讲主要内容本讲主要内容nVRRPVRRP工作环境工作环境n路由器初始配置路由器初始配置nVRRPVRRP报文格式报文格式n主路由器产生过程主路由器产生过程n主路由器和备份路由器功能主路由器和备份路由器功能n虚拟虚拟IPIP地址解析过程地址解析过程n交换机转发表更新过程交换机转发表更新过程n负载均衡负载均衡路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技
42、术路由和交换技术路由和交换技术1 1VRRPVRRP工作环境工作环境多个有接口连接在同一个网络上的多个有接口连接在同一个网络上的VRRPVRRP路由器构成一个虚拟路由器，路由器构成一个虚拟路由器，这些这些VRRPVRRP路由器中只有一个路由器中只有一个VRRPVRRP路路由器是主路由器，其他路由器为备由器是主路由器，其他路由器为备份路由器份路由器 ，每一个虚拟路由器分配，每一个虚拟路由器分配唯一的唯一的8 8位二进制数的虚拟路由器标位二进制数的虚拟路由器标识符识符 ，对虚拟路由器配置多虚拟，对虚拟路由器配置多虚拟IPIP地址，虚拟地址，虚拟IPIP地址与地址与MACMAC地址地址00-00-0
43、0-00-5E-00-01-VRID 5E-00-01-VRID 绑定。绑定。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术2路由器初始配置路由器初始配置n分别在路由器分别在路由器R1R1和和R2R2创建创建VRIDVRID为为2 2的虚拟路的虚拟路由器由器 n分别为路由器分别为路由器R1R1和和R2R2的接口的接口1 1分配分配IPIP地址地址 n为路由器为路由器R1R1和和R2R2的接口的接口1 1分配优先级分配优先级 n为为VRIDVRID为为2 2的虚拟路由器分配虚拟的虚拟路由器分配虚拟IPIP地址该地址该IPI
44、P地址成为连接在网络上的终端的默认网地址成为连接在网络上的终端的默认网关地址关地址 n虚拟路由器根据虚拟路由器根据VRID=2VRID=2生成虚拟生成虚拟MACMAC地址地址00-00-5E-00-01-0200-00-5E-00-01-02 路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术3VRRP报文格式报文格式路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术4 4主路由器产生过程主路由器产生过程每一个每一个VRRPVRRP路由器启动路由器启动后，
45、处于初始化状态，后，处于初始化状态，如果该如果该VRRPVRRP路由器是路由器是IPIP地址拥有者，立即成为地址拥有者，立即成为主路由器，发送图主路由器，发送图VRRPVRRP报文，然后，周期性地报文，然后，周期性地发送发送VRRPVRRP报文报文 主路由器接收到主路由器接收到VRRPVRRP报文，如果发送报文，如果发送VRRPVRRP报文的路由器的优先报文的路由器的优先级更高，主路由器立即转换为备份路由器，停止发送级更高，主路由器立即转换为备份路由器，停止发送VRRPVRRP报文报文备份路由器接收到备份路由器接收到VRRPVRRP报文，如果备份路由器的优先级更高，报文，如果备份路由器的优先级
46、更高，且备份路由器允许抢占方式，转换为主路由器，发送且备份路由器允许抢占方式，转换为主路由器，发送VRRPVRRP报文报文 路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术5 5主路由器和备份路由器功能主路由器和备份路由器功能n主路由器功能主路由器功能n必须对请求解析虚拟必须对请求解析虚拟IPIP地址的地址的ARPARP请求报文做出响应；请求报文做出响应；n必须对封装在以虚拟必须对封装在以虚拟MACMAC地址为目的地址为目的MACMAC地址的地址的MACMAC帧帧中的中的IPIP分组进行转发操作；分组进行转发操作；n在成为
47、主路由器时，立即发送将所有虚拟在成为主路由器时，立即发送将所有虚拟IPIP地址绑定地址绑定到虚拟到虚拟MACMAC地址的地址的ARPARP报文，使得网络内的所有终端将报文，使得网络内的所有终端将默认网关地址与虚拟默认网关地址与虚拟MACMAC地址绑定在一起。地址绑定在一起。n备份路由器功能备份路由器功能n不对请求解析虚拟不对请求解析虚拟IPIP地址的地址的ARPARP请求报文做出响应；请求报文做出响应；n丢弃接收到的以虚拟丢弃接收到的以虚拟MACMAC地址为目的地址的地址为目的地址的MACMAC帧；帧；n丢弃接收到的以虚拟丢弃接收到的以虚拟IPIP地址为目的地址的地址为目的地址的IPIP分组。
48、分组。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术6虚拟虚拟IP地址解析过程地址解析过程n如果终端在如果终端在ARPARP缓存中找不到与默认网关地缓存中找不到与默认网关地址绑定的址绑定的MACMAC地址，会发送一个请求解析该地址，会发送一个请求解析该默认网关地址的默认网关地址的ARPARP请求报文，该请求报文，该ARPARP请求请求报文在终端所连接的网络中广播，连接在报文在终端所连接的网络中广播，连接在该网络上的所有该网络上的所有VRRPVRRP路由器都接收到该路由器都接收到该ARPARP请求报文，但只有主路由器对该请
49、求报文，但只有主路由器对该ARPARP请求报请求报文做出响应，并在文做出响应，并在ARPARP响应报文中将虚拟响应报文中将虚拟MACMAC地址与默认网关地址绑定在一起。地址与默认网关地址绑定在一起。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术7 7交换机转发表更新过程交换机转发表更新过程当路由器当路由器R2R2成为主路由器时，立成为主路由器时，立即发送一个即发送一个VRRPVRRP报文，该报文，该VRRPVRRP报报文最终被封装成以虚拟文最终被封装成以虚拟MACMAC地址地址00-00-5E-00-01-0200-00
50、-5E-00-01-02为源为源MACMAC地址，地址，以组地址以组地址01-00-5E-00-00-1201-00-5E-00-00-12为目为目的的MACMAC地址的地址的MACMAC帧，该帧，该MACMAC帧在以帧在以太网中广播，以太网中所有交换太网中广播，以太网中所有交换机都接收到该机都接收到该MACMAC帧，通过地址学帧，通过地址学习，在转发表中建立新的转发项。习，在转发表中建立新的转发项。路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由器和网络互连路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术路由和交换技术8 8负载均衡负载均衡创建两个创建两个VRIDVRID分别为分别为2 2和和