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1、 高级计算机网络高级计算机网络2023/5/141史忠植 高级计算机网络内容提要内容提要4.1 4.1 互连网互连网 4.2 4.2 网际协议网际协议IP IP 4.3 4.3 基本路由选择基本路由选择 4.4 4.4 路由器路由器 4.5 4.5 下一代网际协议下一代网际协议IPv6 IPv6 4.6 4.6 传输控制协议传输控制协议TCPTCP4.7 4.7 TCP/IP TCP/IP 与与 ATMATM结合结合4.8 4.8 IP over SDHIP over SDH4.94.9基于基于IPIP交换的集群路由交换的集群路由 2023/5/142史忠植 高级计算机网络4.1 4.1 互连
2、网互连网互互连连网网(internet)internet)是是泛泛指指由由多多个个计计算算机机网网络络互互连连而而成成的的计计算算机机网网络络,它它使使得得互互连连接接的的计计算算机机用用户户可可以以进进行行通通信信，即即从从功功能能上上和和逻逻辑辑上上看看，这这些些机机器器互互连连在在一一起起，组组成成一一个个网网络络系系统统。要要使使网网络络互互连连在在一一起起，必必须须要要通通过过中中继继系系统统。根根据据中中继继系系统统的的所所在的在的层层次，分次，分为为下列五种中下列五种中继继系系统统：（1 1）物理物理层层中中继继系系统统，即，即转发转发器（器（repeaterrepeater）。
3、）。（2 2）数据数据链链路路层层中中继继系系统统，即网，即网桥桥或或桥桥接器（接器（bridgebridge）。）。（3 3）网网络层络层中中继继系系统统，即路由器（，即路由器（routerrouter）。）。（4 4）网网桥桥和路由器的混合物和路由器的混合物桥桥路器（路器（brouterbrouter）。）。(5)(5)网络层以上的中继系统，即称为网关（网络层以上的中继系统，即称为网关（gatewaygateway）。）。2023/5/143史忠植 高级计算机网络4.1 4.1 互连网互连网当当前前世世界界最最大大的的、开开放放的的互互连连网网是是因因特特网网，即即Internet,Int
4、ernet,由由众众多多网网络络相相互互连连接接而而成成的的特特定定的的计计算算机机网网络络，采采用用TCP/IPTCP/IP协协议议族族。InternetInternet使使得得世世界界各各地地的的计计算算机机用用户户通通过过高高速速网网络络共共享享信信息息资资源。源。Internet网网始始于于 60 年年代代,前前身身是是由由美美国国联联邦邦政政府府开开发发的的ARPANET网网。1965年年MIT林林肯肯实实验验室室的的TX-2和和系系统统开开发发公公司司SantaMonica的的AN/FSQ-32通通过过一一根根专专用用1200bps电电话话线线(没没有有分分组组交交换换)直直接接连
5、连接接;后后来来数数据据设设备备公公司司DEC的的计计算算机机加加入入以以形形成成实实验验网网络络。1967年年第第一一份份有有关关ARPANET的的设设计计论论文文由由LarryRoberts发发表表出出版版:多多计计算算机机网网络络与与计计算算机机间间通通信信,三三支独立的分组网络队伍支独立的分组网络队伍(RAND、NPL、ARPA)首次会合。首次会合。2023/5/144史忠植 高级计算机网络4.1 4.1 互连网互连网位位于于英英格格兰兰Middlesex的的英英国国国国家家物物理理研研究究所所(NPL)在在DonaldWattsDavies的的努努力力下下开开发发了了NPL数数据据网
6、网络络。NPL网网络络是是在在分分组组交交换换上上的的一一次次实实验验,使使用用了了768kbps的的带带宽宽。1968年年BoltBeranek&Newman公公司司(BBN)赢赢得得ARPANET承承包包工工程程。BBN选选择择了了Honeywell微微型型计计算算机机来来作作为为创创建建交交换换机机的的基基础础。1969年年ARPANET网网络络于于1969年年建建成成,连连接接了了四四个个节节点点:洛洛杉杉矶矶的的加加利利福福尼尼亚亚大大学学、斯斯坦坦福福的的SRI、圣圣巴巴巴巴拉拉的的加加利利福福尼尼亚亚大大学学和和犹犹他他大大学学。该该网网络络通通过过50Kbps电电路路接接通通。
7、1970年年在在春春季季联联合合计计算算机机会会议议(SJCC)上上首首次次发发表表原原始始ARPANET主主机机-主主机机协协议议ARPA网网络络中中的的主主机机-主主机机通通信信协协议议。第第一一个个无无线线电电分分组组网网络络,AKIGA网网于于7月月开开始始运运行行。它它是是由由夏夏威威夷夷大大学学的的NormanAbramson发发 展展 而而 来来 的的。于于 1972年年 与与 ARPANET相相 连连 接接,ARPANET的的主主机机开开始始使使用用第第一一个个主主机机-主主机机协协议议,即即网网络络控控制制协议协议(NCP)。2023/5/145史忠植 高级计算机网络4.1
8、4.1 互连网互连网19711971年年 BBNBBN的的Ray Ray TomlinsonTomlinson发发明明了了电电子子邮邮件件程程序序,可可以以通通过过分分布布式式网网络络发发送送信信息息。最最初初的的电电子子邮邮件件程程序序是是从从两两个个其其他他程程序序中中派派生生出出来来的的。它它们们是是:机机器器内内电电子子邮邮件件程程序序(SENDMSG)SENDMSG)和和实实验验性性的的文文件件传传送送程程序序(CPYNET)CPYNET)。19721972年年BBNBBN的的Ray Ray TomlinsonTomlinson又又为为ARPANETARPANET修修改改了了电电子子
9、邮邮件件程程序序,它它很很快快就就风风行行起起来来。TomlinsonTomlinson从从模模型型3333电电传传打打字字机机的的符符号号键键中中选选中中 来来表表示示 在在 的的意意思思。19731973年年ARPANETARPANET第第一一次次实实现现国国际际连连接接,是是在在英英国国伦伦敦敦大大学学与与挪挪威威NORSARNORSAR之之间间。来来自自斯斯坦坦福福的的Vint Vint CerfCerf和和DARPADARPA的的Bob Bob KahnKahn开开始始领领导导一一个个小小组组开开发发后后来来被被称称为为TCP/IPTCP/IP的的协协议议。利利用用这这种种新新的的协
10、协议议可可以以实实现现不不同同计计算算机机网网络络的的互互连连。CerfCerf和和KahnKahn于于9 9月月在在英英国国布布赖赖顿顿的的SussexSussex大大学学国国际际网网络络工工作作小小组组中中提提出出了了基基本本的的互互连连思思想。想。2023/5/146史忠植 高级计算机网络4.1 4.1 互连网互连网19811981年年由由计计算算机机科科学学家家与与DelawareDelaware、PurduePurdue大大学学、WisconsinWisconsin大大学学、RANDRAND公公司司和和BBNBBN联联合合开开发发建建立立CSNET(CSNET(计计算算机机科科学学网
11、网),),使使用用的的是是NSFNSF批批准准的的种种子子基基金金。它它的的用用途途是是为为大大学学科科学学家家们们提提供供网网络络服服务务(特特别别是是电电子子邮邮件件),),它它没没有有对对ARPANETARPANET的的访访问问权权。CSNETCSNET后后来来成成为为著著名名的的计计算算机机与与科科学学网网。DCADCA和和ARPAARPA制制定定传传输输控控制制协协议议(TCP)TCP)和和互互联联网网协协议议(IP),IP),它它们们一一起起做做为为一一个个协协议议组组合合被被人人们们普普遍遍 视视 为为 用用 于于 ARPANETARPANET网网 的的 TCP/IPTCP/IP
12、。这这 样样 一一 来来 就就 出出 现现 了了 对对 InternetInternet的的最最早早一一个个定定义义,即即为为网网络络的的连连接接组组合合,特特别别是是指指那那些些使使用用TCP/IPTCP/IP的的网网络络,也也就就是是说说 InternetInternet是是连连接接起起来来的的TCP/IPTCP/IP互互连连网网络络。19831983年年与与ARPANETARPANET联联网网的的每每台台机机器器都都必必须须使使用用TCP/IPTCP/IP。TCP/IPTCP/IP成成为为核核心心InternetInternet协协议议,彻彻底底取取代代NCPNCP。威威斯斯康康星星大大
13、学学创创建建域域名名系系统统(DNS)DNS)。该该系系统统使使包包可可以以定定向向传传输输到到一一个个域域名名,服服务务器器数数据据库库将将把把域域名名转转换换成成相相应应的的IPIP数数字字。这这样样,由由于于人人们们不不必必再再记忆记忆数字数字,访问访问其它服其它服务务器就容易得多。器就容易得多。2023/5/147史忠植 高级计算机网络4.1 4.1 互连网互连网ARPANET分分成成ARPANET和和MILNET。后后者者与与头头一一年年创创建建的的国国防防数数据据网网合合并并。113个个现现存存网网点点中中的的68个个网网点点归归于于MILNET。MILNET为为军军方方服服务务,
14、ARPANET支支持持先先进进研研究究部部门门,国国防防部部继继续续对对这这两两个个网网络络提提供供支支持持。1984年年引引入入域域名名系系统统(DNS)。1985年年USC的的信信息息科科学学机机构构(ISI)负负责责通通过过DCA对对DNS进进行行基基本本管管理理,SRI负负责责DNS NIC注注册册。3月月15日日第第一一个个注注册册域域名名问问世世,即即S,其其他他最最先先注注册册的的还还有有:cmu.edu,碍碍purdue.edu,rice.edu,ucla.edu,css.gov,mitre.org.uk。1986年年 创创 建建 了了NSFNET(基基干干速速度度为为56Kb
15、ps),NSF建建立立了了五五个个超超级级计计算算中中心心以以提提供供高高计计算算能能力力。这这五五个个中中心心分分别别为为位位于于普普林林斯斯顿顿的的JVNC、兹兹堡堡的的PSC、UCSD的的SDSC、UIUN的的NCSA、科科内内尔尔的的理理论论中心。这样就使得连接的数量迅猛增大中心。这样就使得连接的数量迅猛增大,特别是来自大学的连接。特别是来自大学的连接。2023/5/148史忠植 高级计算机网络4.1 4.1 互连网互连网19901990年年Tim Tim Berners-LeeBerners-Lee和和日日内内瓦瓦的的CERNCERN实实施施了了一一种种超超文文本本系系统统,向向国国
16、际际高高能能物物理理界界提提供供高高效效的的信信息息访访问问。CRENCREN的的一一个个关关键键特特征征是是,它它的的运运行行成成本本完完全全由由会会员员机机构构支支付付的的费费用用来来承承担担。19911991年年CERNCERN发发布布了了环环球球信信息息网网(WWW)WWW)，开开发发者者是是Tim Tim Berners-LeeBerners-Lee，这这使使Internet Internet 飞飞速速发发展。展。网网络络层层是是传传输输载载体体和和用用户户之之间间的的接接口口，是是通通信信子子网网的的边边界界。由由于于通通信信子子网网通通常常由由异异种种网网络络构构成成，因因此此网
17、网络络层层协协议议必必须须隐隐藏藏低低层层物物理理网网络络的的细细节节，把把通通信信问问题题从从细细节节中中解解放放出出来来，通通过过提提供供通通用用的的网网络络服服务务，使使得得低低层层网网络络向向用用户户和和应应用用程程序序透透明明。网网络络层层的服的服务应满务应满足：足：服服务务与与通通信信子子网网无无关关，即即通通信信子子网网的的数数量量、类类型型和和拓拓扑扑结结构构对传输层来说是透明的；对传输层来说是透明的；传传输输层层所所获获得得的的网网络络地地址址是是统统一一编编号号的的，即即使使传传输输过过程程中中跨跨越了多个越了多个LANLAN或或WANWAN。2023/5/149史忠植 高
18、级计算机网络4.1 4.1 互连网互连网因因特特网网中中的的通通信信工工作作方方式式如如下下：传传输输层层从从上上层层应应用用程程序序获获取取数数据据流流并并其其分分成成最最大大长长度度为为6464KBKB的的数数据据报报。每每个个数数据据报报经经过过一一个个或或者者多多个个同同构构或或者者异异构构网网络络的的传传输输，其其间间可可能能会会被被分分为为更更小小的的分分段段。当当所所有有的的分分段段都都到到达达目目的的地地的的时时候候，由由网网络络层层把把它它们们重重组组为为原原来来的的数数据据报报。数数据据报报完完整整地地传传到到传传输输层层后后，被被插插入入传传输输层进程的输入流中。层进程的
19、输入流中。所所以以在在网网络络层层，因因特特网网可可以以被被看看作作一一组组相相互互连连接接的的子子网网或或自自治治系系统统。将将因因特特网网连连接接在在一一起起的的是是网网络络互互连连协协议议（IPIP）。IPIP服服务务是是不不可可靠靠的的，即即它它不不能能保保证证数数据据无无差差错错地地到到达达目目的的端端，也也不不保保证顺证顺序到达，由序到达，由传输层负责传输层负责恢复各种可能的恢复各种可能的错误错误。2023/5/1410史忠植 高级计算机网络4.2 4.2 网际协议网际协议IPIP因因特特网网中中的的通通信信工工作作方方式式如如下下：传传输输层层从从上上层层应应用用程程序序获获取取
20、数数据据流流并并其其分分成成最最大大长长度度为为6464KBKB的的数数据据报报。每每个个数数据据报报经经过过一一个个或或者者多多个个同同构构或或者者异异构构网网络络的的传传输输，其其间间可可能能会会被被分分为为更更小小的的分分段段。当当所所有有的的分分段段都都到到达达目目的的地地的的时时候候，由由网网络络层层把把它它们们重重组组为为原原来来的的数数据据报报。数数据据报报完完整整地地传传到到传传输输层层后后，被被插插入入传传输输层进程的输入流中。层进程的输入流中。所所以以在在网网络络层层，因因特特网网可可以以被被看看作作一一组组相相互互连连接接的的子子网网或或自自治治系系统统。将将因因特特网网
21、连连接接在在一一起起的的是是网网络络互互连连协协议议（IPIP）。IPIP服服务务是是不不可可靠靠的的，即即它它不不能能保保证证数数据据无无差差错错地地到到达达目目的的端端，也也不不保保证顺证顺序到达，由序到达，由传输层负责传输层负责恢复各种可能的恢复各种可能的错误错误。2023/5/1411史忠植 高级计算机网络4.2 4.2 网际协议网际协议IPIPIPIP是是Internet Internet ProtocolProtocol的的缩缩写写。IPIP协协议议是是InternetInternet一一系系列列协协议议的的核核心心内内容容,主主要要负负责责无无连连接接的的数数据据报报传传输输,从
22、从而而实实现现广广域域异异种种 网网 络络 的的 互互 连连。目目 前前 InternetInternet使使 用用 的的 IPIP协协 议议 是是 IPv4(IP IPv4(IP version version 4)4)。IPv4IPv4协协议议是是InternetInternet标标准准制制定定组组织织在在19811981年年9 9月月确确定定的的正正式式标标准准,即即第第5 5呈呈标标准准(RFC RFC 791 791 Internet Internet Protocol)Protocol)。现现在在，IPIP协协议议已已经经是是InternetInternet上上广广泛泛应应用用的的
23、标标准准。据据统统计计，在在19971997年年企企业业和和服服务务提提供供商商的的网网络络中中,IPIP协协议议在在其其中中所所占占比比重重超过超过70%70%。与与IPIP协议配套使用的还有三个协议：协议配套使用的还有三个协议：地址解析协议地址解析协议ARPARP（Address Resolution ProtocolAddress Resolution Protocol）；）；反反向向地地址址解解析析协协议议RARP(Reverse RARP(Reverse Address Address Resolution Resolution Protocol)Protocol)；Internet
24、Internet控控制制报报文文协协议议ICMP(Internet ICMP(Internet Control Control Message Message Protocol)Protocol)。2023/5/1412史忠植 高级计算机网络IPIP协议及其配套协议协议及其配套协议2023/5/1413史忠植 高级计算机网络IPIP地址地址IPIP协协议议是是数数据据流流动动的的中中心心。IPIP地地址址就就是是给给每每一一个个连连接接在在InternetInternet上上的的主主机机分分配配一一个个在在全全世世界界范范围围唯唯一一的的地地址址。IPIP地地址址的的寻寻址址过过程程是是这这样
25、样的的：先先按按IPIP地地址址中中的的网网络络号号net-idnet-id把把网网络络找找到到，再再按按主主机机号号host-idhost-id把把主主机机找找到到。IPIP地地址址指指出出了了连连接接到到某某个网络上的某个计算机。个网络上的某个计算机。这这了了便便于于管管理理，IPIP地地址址分分为为A A、B B、C C、D D、E E五五类类。常常用用的的A A类类、B B类类和和C C类类地地址址都都由由两两个个字字段段组组成成，即即：网网络络号号字字段段net-idnet-id。A A类类、B B类类和和C C类类地地址址的的网网络络号号字字段段分分别别为为1 1，2 2和和3 3
26、字字节节长长，在在网网络络号号字字段段的的最最前前面面有有1313bitbit的的类类别别比比特特，其其数数值值规规定定为为0,100,10和和110110。主主机机号号字字段段host-idhost-id。A A类类、B B类类和和C C类类地地址址的的主主机机号号字字段段分分别为别为3 3，2 2和和1 1字字节长节长。D D类类地址是多播地址，地址是多播地址，E E类类地址地址预预留。留。2023/5/1414史忠植 高级计算机网络IPIP地址地址2023/5/1415史忠植 高级计算机网络IPIP地址地址一一般般常常用用3232bitbit的的IPIP地地址址中中的的每每8 8 个个比
27、比特特的的等等效效十十进进制制表表示示IPIP地地址址，产产并并且且在在这这些些数数 字字 之之 间间 加加 上上 一一 个个 点点。如如 地地 址址127.11.3.30 127.11.3.30 表表 示示 地地 址址 10000000 10000000 00001011 00000011 0001111000001011 00000011 00011110。2023/5/1416史忠植 高级计算机网络IPIP地址地址TCP/IP体体系系规规定定用用一一个个32bit的的子子网网掩掩码码来来表表示示子子网网号号字字段段的的长长度度。具具体体做做法法是是：子子网网掩掩码码由由一一连连串串的的“
28、1”和和一一连连串串的的“0”组组成成。“1”对对应应于于网网络络号号和和子子网网号号字字段段，而而“0”对对应应于于主主机机号号字字段段。例例如如子子网网掩掩码码为为：11111111111111111111111100000000，前前三三个个字字节节全全1，代代表表对对应应IP地地址址中中最最高高的的三三个个字字节节为为网网络络地地址址；后后一一个个字字节节全全0，代代表表对对应应IP地地址址中中最最后后的的一一个个字字节节为为主主机机地地址址。这这种种位位模模式式叫叫做做子子网网掩掩码码。为为了了使使用用的的方方便便，常常常常使使用用“点点分分整整数数表表示示法法”来来表表示示一一个个
29、IP地地址址和和子子网网掩掩码码，例例如如B类类地地址址子子网网掩掩码码（）为为：255.255.255.0。2023/5/1417史忠植 高级计算机网络IPIP地址地址子子网网掩掩码码与与IP地地址址子子网网掩掩码码与与IP地地址址结结合合使使用用，可可以以区区分分出出一一个个网网络络地地址址的的网网络络号号和和主主机机号号。例例如如：有有一一个个C类类地地址址为为：192920013其其缺缺省省的的子子网网掩掩码码为为：2552552550则则它它的的网网络络号号和和主主机机号号可可按按如如下下方方法法得得到到：首首先先将将IP地地址址192920013转转换换为为二二进进制制110000
30、00000010011100100000001101，然然后后将将子子网网掩掩码码2552552550转转换换为为二二进进制制1111111111111111 11111111 00000000；再再 将将 两两 个个 二二 进进 制制 数数 逻逻 辑辑 与与（AND）运运算算后后得得出出的的结结果果即即为为网网络络部部分分11000000000010011100100000000000结结果果为为，即即网网络络号号为为；将将子子网网掩掩码码取取反反再再与与IP地地址址逻逻辑辑与与（AND）后后得得到到的的结结果果即即为为主主机机部部分分0000000000000000000000000000
31、1101结果为，即主机号为结果为，即主机号为13。2023/5/1418史忠植 高级计算机网络IPv4IPv42023/5/1419史忠植 高级计算机网络IPv4IPv4一一个个IPIP数数据据报报由由头头部部和和数数据据两两部部分分组组成成。头头部部包包括括源源IPIP地地址址、目目的的地地IPIP地地址址和和类类型型域域。源源IPIP地地址址域域含含有有发发送送方方的的IPIP地地址址，目目的地址域含有接受方的的地址域含有接受方的IPIP地址，类型域指明数据的类型。地址，类型域指明数据的类型。数数据据报报头头部部里里的的每每个个域域都都有有固固定定的的大大小小。版版本本号号用用来来指指明明
32、数数据据报报IPIP版版本本，头头部部长长度度指指明明数数据据报报长长度度。服服务务类类型型域域包包含含的的值值指指明明发发送送方方是是否否希希望望以以一一条条低低延延迟迟的的路路径径或或是是以以一一条条高高吞吞吐吐量量的的路路径径来来传传送送该该数数据据报报。当当一一个个路路由由器器知知道道多多条条通通往往目目的的地地的的路路径径时时，就就可可以以靠靠这这个个域域对对路路径径加加以以选选择择。总总长长域域为为1616位位的的整整数数，指指出出以以字字节节记记的的数数据据报报总总长长度度，包包括括头头部部长长度度和和数数据据长长度度，标标识识是是为为了了使使分分段段后后的的各各数数据据报报段段
33、最最后后能能准准确确地地重重装装成成为为原原来来的的数据数据报报。标标志占三位，目前只有两位有意志占三位，目前只有两位有意义义。2023/5/1420史忠植 高级计算机网络IPv4IPv4最最低低位位记记为为MFMF（More More FragmentFragment）。MF=1MF=1表表示示后后面面还还有有分分段段的的数数据据报报；MF=0MF=0表表示示已已是是最最后后一一个个数数据据段段，中中间间的的一一位位记记为为DFDF（Dont Dont FragmentFragment）。只只有有当当DF=0DF=0时时才才允允许许分分段段。段段偏偏移移指指出出该该段段在在原原始始数数据据报
34、报中中的的位位置置。生生存存时时间间用用来来阻阻止止数数据据报报在在一一条条包包含含环环路路的的路路径径上上永永远远的的传传送送。当当软软件件发发生生故故障障或或管管理理人人员员错错误误地地配配置置路路由由器器时时，就就会会产产生生这这样样的的路路径径。发发送送方方负负责责初初始始化化生生存存时时间间域域。这这是是一一个个从从1 1到到255255之之间间的的整整数数。头头部部校校验验和和域域确确保保头头部部在在传传送送过过程程中中不不被被改改变变。为为了了保保证证数数据据报报不不扩扩大大，IPIP定定义义了了一一套套可可选选项项。当当一一个个IPIP数数据据报报没没有有可可选选项项时时，头头
35、部部长长度度域域的的值值为为5 5。头头部部以以目目的的地地址址域域作作为为结结束束。因因为为头头部部长长度度总总为为3232的的倍倍数数。如如果果可可选选项项达达不不到到3232的的整整数数倍倍，全全0 0的的填填充充域域会会被被加入以保加入以保证头证头部部长长度是度是3232的整数倍。的整数倍。2023/5/1421史忠植 高级计算机网络4.3 4.3 基本路由基本路由选择选择IPIP路路由由选选择择是是指指寻寻找找一一条条将将数数据据报报从从信信源源机机传传往往信信宿宿机机的的最最佳佳传传输输路路径径的的过过程程，而而传传输输路路径径上上往往往往由由一一系系列列路路由由器器组组成成，因因
36、此此IPIP路路由由选选择择实实质质是是在在不不同同的的路路由由器器之之间间作作出出选选择择，选选择择数数据据报报传传输输过过程程中中的的下下一一个个路路由由器器，从从而而获获得得最最佳佳传传输输路路径径。我我们们通通过过一一个个例例子子来来说说明明路路由由器器工作原理。工作原理。-站站点点A A需需要要向向站站点点B B传传送送信信息息(并并假假定定站站点点B B的的IPIP地地址址为为120.0.5)120.0.5)，它它们们之之间间需需要要通通过过多多个个路由器的接力传递路由器的接力传递。2023/5/1422史忠植 高级计算机网络4.3 4.3 基本路由基本路由选择选择2023/5/1
37、423史忠植 高级计算机网络工作原理工作原理（1 1）站站点点A A将将站站点点B B的的地地址址120.0.5120.0.5连连同同数数据据信信息息以以数数据据报报的形式的形式发发送送给给路由器路由器1 1。（2 2）路路由由器器1 1收收到到站站点点A A的的数数据据报报后后，先先从从报报头头中中取取出出地地址址120.0.5120.0.5，并并根根据据路路径径表表计计算算出出发发往往站站点点B B的的最最佳路径佳路径:R1R2R5B;R1R2R5B;并将数据并将数据报发报发往路由器往路由器2 2。（3 3）路路由由器器2 2重重复复路路由由器器1 1的的工工作作，并并将将数数据据报报转转
38、发发给给路由器路由器5 5。（4 4）路路由由器器5 5同同样样取取出出目目的的地地址址，发发现现120.0.5120.0.5就就在在该该路路由由器器所所连连接接的的网网段段上上，于于是是将将该该数数据据报报直直接接交交给给工作站工作站B B。（5 5）站站点点B B收收到到站站点点A A的的数数据据报报，一一次次通通信信过过程程宣宣告告结结束。束。2023/5/1424史忠植 高级计算机网络工作原理工作原理IPIP路由表的结构如下：路由表的结构如下：信宿网络号信宿网络号直接直接/间接标志间接标志路由器路由器IPIP地址地址网络接口号网络接口号路由表的作用是为路由表的作用是为IPIP路由选择提
39、供两种信息：路由选择提供两种信息：发送数据报时使用的网络接口信息；发送数据报时使用的网络接口信息；放入本地数据放入本地数据报头标报头标志的信宿地址即路径信息。志的信宿地址即路径信息。2023/5/1425史忠植 高级计算机网络路由算法路由算法（1 1）从从数数据据报报的的头头部部提提取取目目的的站站的的IPIP地地址址D D，得得出目的站的网络号为出目的站的网络号为N N。（2 2）若若N N就就是是与与此此路路由由器器直直接接相相连连的的某某一一个个网网络络号号，则则不不需需要要再再经经过过其其它它的的路路由由器器，而而直直接接通通过过该该网网络络将将数据报交付给目的站数据报交付给目的站D
40、D；否则，执行（否则，执行（3 3）。）。（3 3）若若路路由由表表中中有有目目的的地地址址为为D D的的指指明明主主机机路路由由，则则将将数数据据报报传传送送给给路路由由表表中中所所指指明明的的下下一一站站路路由由器器；否否则，执行（则，执行（4 4）。）。（4 4）若若路路由由表表中中有有到到达达网网络络N N的的路路由由，则则将将数数据据报报传传送送给给路路由由表表中中所所指指明明的的下下一一站站路路由由器器；否否则则，执执行行（5 5）。）。2023/5/1426史忠植 高级计算机网络路由算法路由算法（5 5）若若路路由由表表中中有有子子网网掩掩码码一一项项，须须对对路路由由表表中中的
41、的每每一一行行，用用子子网网掩掩码码进进行行和和目目的的站站IPIP地地址址相相“与与”的的运运算算，社社得得出出结结果果为为M M。若若M M等等于于这这一一行行中中的的目目的的站站网网络络号号，则则将将数数据据报报传传送送给给路路由由表表中中所所指指明明的的下下一一站站路由器；否则，执行（路由器；否则，执行（6 6）。）。（6 6）若若路路由由表表中中有有一一个个默默认认路路由由，则则将将数数据据报报传传送送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（7 7）。）。（7 7）报告路由选择出错。）报告路由选择出错。2023/5/1427史忠植 高级计算
42、机网络路由路由选择协议选择协议（1 1）内内 部部 网网 关关 协协 议议 IGPIGP（Interior Interior Gateway Gateway ProtocolProtocol）即即在在一一个个自自治治系系统统内内部部使使用用的的路路由由选选择择协协议议。具具体体的的协协议议有有路路由由信信息息协协议议RIPRIP（Routing Routing Information Information ProtocolProtocol）、HELLOHELLO协协议议、开开放放最最短短通通路优先协议路优先协议OSPF(Open Short Path First)OSPF(Open Shor
43、t Path First)。（2 2）内内 部部 网网 关关 协协 议议 EGPEGP（External External Gateway Gateway ProtocolProtocol）当当源源站站和和目目的的站站处处在在不不同同的的自自治治系系统统中中，若若数数据据报报传传到到一一个个自自治治系系统统的的边边界界时时，就就需需要要使使用用一一种种协协议议将将路路由由选选择择信信息息传传递递到到另另一一个个自自治治系系统统中中。这这种种协议协议就是内部网关就是内部网关协议协议。具体的。具体的协议协议有有BGPBGP。2023/5/1428史忠植 高级计算机网络路由路由选择协议选择协议 In
44、ternetInternet最最常常采采用用的的路路由由算算法法是是动动态态路路由由算算法法，它它分分为为两两种种：向向量量-距距离离（V-DV-D）算算法法和和链链路路-状状态态（L-SL-S）算算法法。向向量量-距距离离的的思思想想是是给给表表中中的的每每一一个个目目的的地地址址指指定定一一个个距距离离度度量量，通通常常是是从从本本地地主主机机到到目目的的地地址址的的站站点点个个数数。理理论论上上选选择择经经过过站站点点数数最最少少的的路路径径。这这样样要要交交换换的的信信息息量量极极大大。为为了了克克服服这这个个缺缺点点，在在链链路路-状状态态算算法法中中，定定义义了了一一个个网网络络拓
45、拓扑扑数数据据库库，因因此此结结点点只只要要发发送送数数量量少少得得多多的的信信息息就就可可以以确确定定路路由由路路径径。对对应应于于不不同同路路由由选选择择算算法法、使使用用场场合合等等存存在在着着许许多多不不同同的的路路由由选选择择协协议议，IPIP路路由由选选择择就就是是靠靠这这些些路路由由算算法法、协议获协议获取路径信息而取路径信息而维护维护路由表的完整性的。路由表的完整性的。2023/5/1429史忠植 高级计算机网络路由路由选择协议选择协议2023/5/1430史忠植 高级计算机网络4.4 4.4 路由器路由器 路由器的功能分成两大路由器的功能分成两大类类:-1.1.数数据据通通道
46、道功功能能：指指施施加加在在每每个个数数据据包包上上的的操操作作。这这些些功功能能一一般般用用特特定定的的硬硬件件来来完完成成，功功能能包包括括转转发发决决定、背板定、背板转发转发以及以及输输出出链链路路调调度等。度等。-2.2.控控制制功功能能：指指一一些些相相对对不不常常使使用用的的功功能能。这这些些功功能能一一般般用用软软件件来来实实现现，包包括括与与相相邻邻路路由由器器之之间间的的信信息交换、系统配置、系统管理等。息交换、系统配置、系统管理等。2023/5/1431史忠植 高级计算机网络4.4 4.4 路由器路由器2023/5/1432史忠植 高级计算机网络数据通道功能 转发决定：当数
47、据包抵达路由器时，它首先在转发表中查找它的转发决定：当数据包抵达路由器时，它首先在转发表中查找它的目的地址。若找到目的地址，那么就在数据包的前部添加下一跳的目的地址。若找到目的地址，那么就在数据包的前部添加下一跳的MACMAC地址，地址，IPIP数据包头的数据包头的TTLTTL（TimeTimetotoLiveLive）域开始减数，并计域开始减数，并计算新的校验和（算新的校验和（checksumchecksum）。）。背板转发：数据包通过背板被转发到它的输出端口。当数据包等背板转发：数据包通过背板被转发到它的输出端口。当数据包等待通过背板转发时，数据包需要进行排队：若排队空间不足，那么待通过背
48、板转发时，数据包需要进行排队：若排队空间不足，那么可能需要丢弃该包，或替代别的数据包。可能需要丢弃该包，或替代别的数据包。输出链路调度：当数据包抵达输出端口时，它需要按顺序等待以输出链路调度：当数据包抵达输出端口时，它需要按顺序等待以便传送到输出链路上。在大多数路由器中，输出端口保持先到先服便传送到输出链路上。在大多数路由器中，输出端口保持先到先服务队列，按数据包抵达的次序进行传送。更先进的路由器可将数据务队列，按数据包抵达的次序进行传送。更先进的路由器可将数据包分成不同的流量队列和优先级，并精心安排每个数据包的离开时包分成不同的流量队列和优先级，并精心安排每个数据包的离开时间以便满足服务质量
49、（间以便满足服务质量（QoSQoS）要求。要求。2023/5/1433史忠植 高级计算机网络路由器体系结构(a)2023/5/1434史忠植 高级计算机网络路由器体系结构(a)采用共享中央总线、中央采用共享中央总线、中央CPUCPU、内存及外围线卡。内存及外围线卡。中央中央CPUCPU必须执行：过滤必须执行：过滤/转发数据包，根据需要修转发数据包，根据需要修改数据包头标，更新路由及地址数据库，解释管理改数据包头标，更新路由及地址数据库，解释管理数据包，响应数据包，响应SNMPSNMP请求，生成管理数据包以及处理请求，生成管理数据包以及处理其他业务等功能；每块线卡执行其他业务等功能；每块线卡执行
50、MACMAC层功能，用于层功能，用于将系统连至外面的链路。从输入链路上抵达的数据将系统连至外面的链路。从输入链路上抵达的数据包穿过共享总线抵达中央包穿过共享总线抵达中央CPUCPU，CPUCPU做出转发决定。做出转发决定。然后，数据包再次通过总线传送到它的输出线卡上。然后，数据包再次通过总线传送到它的输出线卡上。2023/5/1435史忠植 高级计算机网络路由器体系结构(a)主要局限是：主要局限是：CPUCPU必必须处须处理每一个数据包，从而限理每一个数据包，从而限制了系制了系统统的吞吐量；即使所有数据包是抵达同一的吞吐量；即使所有数据包是抵达同一线线卡中的网卡中的网络络接口，它接口，它们们也