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1、第第8章章 网络互联与因特网基础网络互联与因特网基础8.1 网络互连的基本概念网络互连的基本概念8.2 因特网的体系结构因特网的体系结构8.3 因特网接入技术因特网接入技术8.4 因特网的链路层与网络层因特网的链路层与网络层 8.4.1 点对点协议 8.4.2 因特网的网络层与IP协议 8.4.3 因特网的IP路由技术 8.4.4 ARP协议和RARP协议 8.4.5 ARP与IP的交互 8.4.6 IP地址的获取(DHCP)8.4.7 ICMP协议 8.4.8*IPv6 8.4.9*从IPv4转移到IPv68.5 因特网传输层协议因特网传输层协议 8.5.1 传输层对多任务处理的支持 8.5
2、.2 无连接的传输:UDP 8.5.3 TCP协议18.1 网络互联的基本概念?网络互联的动力:更大范围的资源共享网络互联的动力:更大范围的资源共享网络互联:网络互联:HOST-LAN、LANLAN/WAN21.网络互联层次从从网络体系结构的层次观点来考察,网络互联网络体系结构的层次观点来考察,网络互联可在四个层次上实现:可在四个层次上实现:物理层物理层 数据链路层数据链路层 网络层网络层 网络层以上网络层以上3 物理层:中继器物理层:中继器/集线器集线器 在电缆段之间复制比特流。没有地址概念,因此从本质上不能算是网络互连。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网
3、络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层 物理层物理层中继器中继器集线器集线器电缆段电缆段2电缆段电缆段14物理层物理层 数据链路层:网桥数据链路层:网桥/交换机交换机 在网段之间转发数据帧。根据数据帧中的信息(MAC地址)进行转发。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层网桥网桥交换机交换机数据链路层数据链路层网段网段1网段网段25链路层链路层物理层物理层 网络层:路由器网络层:路由器 在网络之间转发报文分组。根据分组中的逻辑地址(IP地址)进行转
4、发。网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层应用层应用层物理层物理层路由器路由器链路层链路层网络层网络层网络网络2网络网络16 更高层:网关更高层:网关 连接不同体系结构的网络网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层/传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层应用层应用层/传输层传输层物理层物理层网关网关链路层链路层网络层网络层网络网络1应用层应用层/传输层传输层物理层物理层链路层链路层网络层网络层网络网络272.LAN的互联 本地互联本地互联 特点:范围有限、主干(特点:范围有限
5、、主干(Backbone)采用局域网技术,采用局域网技术,如如FDDI、Ethernet、Token Ring 互联层次:链路层(网络层)互联层次:链路层(网络层)互联设备:网桥、交换机(有时可采用路由器)互联设备:网桥、交换机(有时可采用路由器)远程互联远程互联 特点:范围大、主干采用广域网技术,如特点:范围大、主干采用广域网技术,如ISDN、X.25、DDN、ATM、FR、ADSL等等 互联层次:网络层或更高层(链路层)互联层次:网络层或更高层(链路层)互联设备:路由器、网关(有时可采用远程网桥)互联设备:路由器、网关(有时可采用远程网桥)8LAN1LAN2中继器中继器或或HUBLAN1L
6、AN2网桥或网桥或交换机交换机LAN1LAN2路由器路由器LAN1路由器路由器LAN2路由器路由器WAN本地本地远程远程9远程访问 移动用户、远程用户远程访问企业局域网移动用户、远程用户远程访问企业局域网 特点:远程结点,可以没有特点:远程结点,可以没有IP地址(动态分配地址(动态分配)如如PSTN、ISDN、X.25、ADSL等等 层次:网络层(链路层)层次:网络层(链路层)设备:路由器、访问服务器(设备:路由器、访问服务器(RAS)LAN路由器路由器或或RASWAN108.2 因特网体系结构因特网是世界上最大的互联网络,具有开放性。因特网是世界上最大的互联网络,具有开放性。1974年,斯坦
7、福大学的两位研究员瑟夫(年,斯坦福大学的两位研究员瑟夫(cerf)和康恩(和康恩(kahn)提出了开放网络的四项原则:提出了开放网络的四项原则:小型化、自治:小型化、自治:每个网络可以自行运作,当需每个网络可以自行运作,当需要进行网间互联时无需改变其内部结构。要进行网间互联时无需改变其内部结构。尽力而为的服务:尽力而为的服务:互联网络仅提供尽力而为的互联网络仅提供尽力而为的服务,如果需要可靠的通信,则由发送端通过服务,如果需要可靠的通信,则由发送端通过重传丢失的报文来实现。重传丢失的报文来实现。无状态路由器:无状态路由器:互联网络中的路由器不保存任互联网络中的路由器不保存任何现行连接中已经发送
8、过的信息流状态。何现行连接中已经发送过的信息流状态。非集中控制:非集中控制:在互联网络中不存在全局性的控在互联网络中不存在全局性的控制机制。制机制。11因特网是一个开放网络的典型例子。因特网是一个开放网络的典型例子。为满足开放网络的要求,因特网为满足开放网络的要求,因特网从从19831983年开年开始引入并使用始引入并使用TCP/IP协议栈协议栈(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)。TCP/IP不是单一的协议,而是由数十个具有一定不是单一的协议,而是由数十个具有一定层次结构的协议组成的一个协议集。而层次结构的协议组成的一个协议集。而
9、TCP和和IP是该协议中两个最重要的协议。是该协议中两个最重要的协议。整个整个TCP/IP协议集的框架被称为协议集的框架被称为TCP/IP体系结体系结构或简称为构或简称为TCP/IP。由于由于TCP/IP协议在因特网中的广泛使用,现协议在因特网中的广泛使用,现在人们常常把在人们常常把TCP/IP协议称为因特网协议。协议称为因特网协议。12 因特网协议栈和协议数据单元138.3 因特网的接入因特网的接入是指如何把用户的计算机连接因特网的接入是指如何把用户的计算机连接到因特网的接入点到因特网的接入点因特网的边缘路由器因特网的边缘路由器因特网接入采用了广域网连接技术。因特网接入采用了广域网连接技术。
10、从用户类型划分,因特网接入分为:从用户类型划分,因特网接入分为:住宅(居民区)接入住宅(居民区)接入机构接入机构接入移动用户接入移动用户接入14居民区因特网接入:点对点访问拨号访问拨号访问与路由器的连接速率可达与路由器的连接速率可达56kb/s(理论上)理论上)ISDN(一线通一线通):与路由器的连接为与路由器的连接为128kb/s的全数字化连接的全数字化连接 ADSL(非对称用户线路非对称用户线路):asymmetric digital subscriber line上行可达上行可达1Mb/s:home-to-router下行可达下行可达8Mb/s:router-to-homeADSL的应用
11、:的应用:已经普及已经普及因特网因特网15居民区因特网接入:线缆调制解调器HFC:hybrid fiber coax(光纤同轴电缆混合光纤同轴电缆混合网络)网络)非对称:下行可达非对称:下行可达10Mb/s,上行为上行为1Mb/sHFC将家庭用户连接到将家庭用户连接到 ISP的路由器的路由器若干个家庭用户共享若干个家庭用户共享10Mb/s访问带宽;访问带宽;关注点:拥塞,规模控制问题关注点:拥塞,规模控制问题。应用:在国内的个别地区试点。应用:在国内的个别地区试点。16居民区接入:线缆调制解调器Diagram:http:/ digital packet data):通过蜂窝式:通过蜂窝式网络无
12、线访问网络无线访问ISP路由器路由器basestationmobilehostsrouter因特网因特网198.4 因特网的链路层和网络层因特网的链路层协议包括:因特网的链路层协议包括:SLIP、PPP、HDLC相关的议题还包括:通过局域网接入因特网时相关的议题还包括:通过局域网接入因特网时ARP与与IP的交互问题。的交互问题。因特网的网络层协议主要包括:因特网的网络层协议主要包括:互联网络协议互联网络协议IP网络控制信息协议网络控制信息协议ICMP路由协议路由协议组播协议组播协议IGMP208.4.1 点对点的数据链路协议一方发,一方收;一条链路:比广播信道简单的多一方发,一方收;一条链路:
13、比广播信道简单的多无需介质访问控制无需介质访问控制不必进行不必进行MAC寻址寻址e.g.,拨号链路,拨号链路,ISDN 线路等线路等常见的点对点数据链路控制协议:常见的点对点数据链路控制协议:SLIP(Serial Line Internet Protocol)PPP(Point-to-Point Protocol)SDLC:Synchronous Data Link Control(SNA的的面向比特的数据链路规程面向比特的数据链路规程)HDLC:High level data link control(ISO高级数高级数据链路控制据链路控制)21PPP 设计要求 RFC 1557帧帧封装封
14、装:将网络层的分组封装到数据链路层的帧中将网络层的分组封装到数据链路层的帧中 同时同时可以承载任意网络协议的网络层数据可以承载任意网络协议的网络层数据(不不仅仅是仅仅是 IP)提供向上分用的能力提供向上分用的能力位流透明位流透明:在数据字段中,必须能携带任意组合的在数据字段中,必须能携带任意组合的位流位流错误检测错误检测(但无需校正但无需校正)网络层地址协商网络层地址协商:客户端可以学习客户端可以学习/配置对方提供配置对方提供的网络地址的网络地址22PPP无需做的工作错误校正错误校正/恢复恢复流量控制流量控制有序递交有序递交 支持多点链路支持多点链路(e.g.,轮询轮询)错误恢复错误恢复、流量
15、控制流量控制、分组的有序递交分组的有序递交都被移到都被移到更高层(在端点,或者说端到端)去解决了更高层(在端点,或者说端到端)去解决了!23PPP 数据帧Flag:帧定界符帧定界符(7EH)Address:固定为固定为FFHControl:缺省为缺省为03H,表示为无编号帧表示为无编号帧Protocol:数据类型,即帧中携带的数据属数据类型,即帧中携带的数据属于哪一个上层协议于哪一个上层协议(LCP,IP,IPCP,)24PPP 数据帧Info:所携带的上层数据所携带的上层数据Check:CRC校验和,用于进行错误检测校验和,用于进行错误检测25字节填充(Byte Stuffing)“数据透明
16、数据透明”要求:数据中必须可以包括帧要求:数据中必须可以包括帧中中flag字段的固定位模式:字段的固定位模式:01111110(7EH)Q:如何判断这个如何判断这个到底是数据还是到底是数据还是flag?A:异步链路采用字节填充法解决(同步链路则使异步链路采用字节填充法解决(同步链路则使用与用与HDLC相同的位填充法)相同的位填充法)发送方:发送方:数据中的所有数据中的所有字节都用字节都用2字节序列字节序列(7DH,5EH)代替代替数据中的所有数据中的所有(7DH)都用都用2字节序列字节序列(7DH,5DH)代替代替接收方:接收方:进行相反的操作进行相反的操作26字节填充Flag位模式出现在发送
17、数据中数据中的Flag位模式被转换成“双字节模式”101010278.4.2 因特网的网络层与IP协议因特网的网络层功能:因特网的网络层功能:路由表路由协议路由选择RIP,OSPF,BGPIP 协议地址转换数据报格式分组处理ICMP 协议错误报告路由器“信令”传输层传输层:TCP,UDP数据链路层数据链路层物理层物理层网络层网络层IGMP 协议组播信息交互组播路由选择28网络层协议组成因特网的网络层协议分成四部分:因特网的网络层协议分成四部分:网际协议(网际协议(IP)、路由选择协议路由选择协议、网络控制信息协议(网络控制信息协议(ICMP)和和组播组播协议(协议(IGMP)。网际协议网际协议
18、:决定了网络层的编址机制,数据报的格式:决定了网络层的编址机制,数据报的格式(网络层的(网络层的PDU),),各节点根据数据报的字段所应采取各节点根据数据报的字段所应采取的动作。的动作。IP协议有两个版本,协议有两个版本,IPv4 RFC 791和和IPv6 RFC 2373,RFC 2460。路路由选择协议由选择协议:决定数据报在发送过程中由信源到信宿:决定数据报在发送过程中由信源到信宿所经过的路由器。所经过的路由器。网络控制信息协议网络控制信息协议:可以为用户提供网络中的各种运行:可以为用户提供网络中的各种运行信息。信息。组播协议组播协议:由于数据报的发送无须建立过程和响应信息,:由于数据
19、报的发送无须建立过程和响应信息,因此可以支持因特网上的多点同时传送,但由于网络层因此可以支持因特网上的多点同时传送,但由于网络层协议设计上的限制,多点传送解决起来比较复杂。协议设计上的限制,多点传送解决起来比较复杂。29网际协议IPInternet ProtocolIP是因特网的网络层中最重要的协议是因特网的网络层中最重要的协议提供提供数据报数据报(Datagram)的投递服务(主机到主机)的投递服务(主机到主机)在不同的数据链路层上进行数据转发操作在不同的数据链路层上进行数据转发操作IP的的数据报投递服务是非连接的,不可靠的数据报投递服务是非连接的,不可靠的非连接非连接数据报之间没有相互的依
20、赖关系;数据报之间没有相互的依赖关系;不能保证报文的有序投递。不能保证报文的有序投递。不可靠不可靠数据报的投递没有任何品质保证(数据报的投递没有任何品质保证(QoSQoS),),数据报可能被正确投数据报可能被正确投递,可能被丢弃。递,可能被丢弃。30IP地址IP地址地址:32bit的逻辑地的逻辑地址址,用来标识主机或路用来标识主机或路由器的网络接口;由器的网络接口;网络接口网络接口:用于连接主用于连接主机与路由器之间的物理机与路由器之间的物理链路:链路:路由器有多个接口路由器有多个接口主机可能有一个,也可主机可能有一个,也可能有多个接口能有多个接口IP地址只与设备的网络地址只与设备的网络接口有
21、关接口有关IP地址书写方法:地址书写方法:32bit划分为划分为4个字节个字节写成点分的写成点分的4个十进制数个十进制数223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.1=11011111 00000001 00000001 0000000122311131IP地址IP地址包括地址包括2个部分个部分:网络地址网络地址(网络号)(网络号)主机地址主机地址(主机号)(主机号)网络是什么网络是什么?(从从 IP 地址的视角)地址的视角)具有相同网络地址
22、的具有相同网络地址的设备接口,或设备接口,或不经过路由器就可以不经过路由器就可以物理上相互通达的设物理上相互通达的设备备223.1.1.1223.1.1.2223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.9223.1.2.2223.1.2.1223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27由3个IP网络组成的互连网(对于以223开头的IP地址,前24位为网络地址)LAN32IP地址为讨论“网络”的说法,重新审视IP地址:“分类”编址:1.0.0.0 to126.255.255.255128.0.0.0 to191.255.255.255192.0.0.0 to223.255.255
23、.255224.0.0.0 to239.255.255.255Range0NetID10110NetID1110Multicast AddressHostIDNetIDHostIDHostIDClassABCD8 bits8 bits8 bits8 bits最大网络数=27-2=126最大主机数=224-2=16777214最大网络数=214=16384最大主机数=216-2=65534最大网络数=221=2097152最大主机数=28-2=25433保留的IP地址以下这些IP地址具有特殊的含义:00.00.00000000 .00000000 .000011.11.1111 1111 .11
24、111111 .1111本机本机本网中的主机本网中的主机局域网中的广播局域网中的广播回路回路(Loopback)00.00.0000主主 机机 号号1111 .11111111 .1111网络号127127任任 意意 值值0000 .00000000 .0000网络号对指定网络的广播对指定网络的广播网络地址网络地址一般来说,主机号部分为全一般来说,主机号部分为全“1”的的IP地址保留用作广播地址;地址保留用作广播地址;主机号部分为全主机号部分为全“0”的的IP地址保留用作网络地址。地址保留用作网络地址。34划分子网为什么要划分子网?为什么要划分子网?IP分类不合理,地址空间利用率低分类不合理,
25、地址空间利用率低美国的某些机构拥有的地址空间甚至比其他一些国家美国的某些机构拥有的地址空间甚至比其他一些国家的全部地址空间还大的全部地址空间还大每个网络都指定一个网络地址将使路由表太大每个网络都指定一个网络地址将使路由表太大增加了路由器成本增加了路由器成本查找路由耗时增加查找路由耗时增加路由器之间交换的路由信息增加路由器之间交换的路由信息增加两级两级IP地址不够灵活地址不够灵活不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络不能充分利用已申请到的地址资源扩充新的网络如何在现有的地址范围中建立多个网络?如何在现有的地址范围中建立多个网络?35划分子网(划分子网(Subnetting)又称子网寻址或子网
26、路由选择又称子网寻址或子网路由选择方法:方法:从从IP地址的主机编号部分地址的主机编号部分“借用借用”若干位作为子网编号若干位作为子网编号主机编号部分相应缩短主机编号部分相应缩短例如:例如:原来的网络:原来的网络:129.5.0.0借用借用2位划分子网后:位划分子网后:129.5.64.0和和129.5.128.0 子网的特点:子网的特点:多个子网可以运行在同一物理网络上。多个子网可以运行在同一物理网络上。划分子网后,原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络,划分子网后,原来的网络对外仍呈现为一个完整的网络,外面看不见其内部的子网结构。外面看不见其内部的子网结构。即:划分子网完全是该网络内部的事务
27、,与外部无关。即:划分子网完全是该网络内部的事务,与外部无关。1000001 00000101 xxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx 网络号网络号 主机号主机号子网1:1000001 00000101 01 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号子网2:1000001 00000101 10 xxxxxx xxxxxxxx网络号 子网号 主机号36Subnet 110.5.64.xSubnet 210.5.128.x路由器两个子网之间的通信必须通过路由器才能实现,但物理连接不一定非要通过路由器,子网可以运行在同一物理网络上。37在一个物理网络上运行多
28、个子网子网1的主机子网2的主机38划分子网后,网络对外仍是一个网络网络 129.5.0.0所有目的地址为129.5.x.x 的分组均到达此路由器.64.1.64.2.64.3.128.1.128.2.128.3.128.4.1.2.3子网129.5.64.0.1.2.3子网129.5.128.0.439子网掩码子网掩码的作用子网掩码的作用使网络内的计算机了解子网划分的结构使网络内的计算机了解子网划分的结构使边缘路由器了解子网划分的结构使边缘路由器了解子网划分的结构子网掩码的格式子网掩码的格式子网掩码也是子网掩码也是32bit长的二进制数,由一串连续的长的二进制数,由一串连续的1后跟一后跟一串连
29、续的串连续的0组成;组成;前面的前面的1与网络号和子网号对应,后面的与网络号和子网号对应,后面的0与主机号对应。与主机号对应。如前面的例子:如前面的例子:子网结构为:子网结构为:10000001 00000101 ss xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx子网掩码为:子网掩码为:11111111 11111111 11 xxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxx 写成十进制数为:写成十进制数为:255.255.192.040不划分子网时,各类不划分子网时,各类IP地址默认的子网掩码为:地址默认的子网掩码为:A类:类:255.0.0.0B类:类:255.25
30、5.0.0C类:类:255.255.255.0已知已知IP地址和子网掩码,如何计算子网地址?地址和子网掩码,如何计算子网地址?用子网掩码和用子网掩码和IP地址地址“相与相与”(AND操作),结果就是操作),结果就是子网地址。子网地址。例如:例如:IP地址地址129.5.100.1,子网掩码,子网掩码129.5.192.0。则可。则可计算出计算出129.5.100.1的子网地址为的子网地址为 10000001 00000101 01100000 00000001AND)11111111 11111111 11000000 00000000 10000001 00000101 01000000 0
31、0000000(=129.5.64.0)推论:若两个IP地址具有完全相同的子网地址,则它们在同一子网中。41Q.如何在网络拓扑图中如何在网络拓扑图中找出所有的网络找出所有的网络?拿掉路由器;拿掉路由器;整个网络形成了若干个整个网络形成了若干个“被隔离的网络孤岛被隔离的网络孤岛”;每个每个“孤岛孤岛”就是一个就是一个网络。网络。Q:右图中右图中1)包含了几个网络?)包含了几个网络?2)每个网络的子网地址分别)每个网络的子网地址分别是什么?是什么?(假定网络掩码为假定网络掩码为255.255.255.0)223.1.2.1223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.222
32、3.1.2.6223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.2223.1.7.0223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1223.1.9.1223.1.9.242IP编址:CIDR(无类域间路由)分类编址:分类编址:地址空间的利用率低,地址空间面临耗尽;地址空间的利用率低,地址空间面临耗尽;e.g.,一个一个B类网址可以容纳类网址可以容纳65K台主机台主机,但可能被一但可能被一个只有个只有2K台主机的企业占据。台主机的企业占据。CIDR:Classless InterDomain Routing地址的网络部分长度任意,不再分为固定的几种类型;地址的网络部分
33、长度任意,不再分为固定的几种类型;地址格式地址格式:a.b.c.d/x,x为地址中网络部分的位数。为地址中网络部分的位数。11001000 00010111 00010000 00000000networkparthostpart200.23.16.0/2343IP编址:言犹未尽.Q:ISP如何得到整块的地址如何得到整块的地址?A:ICANN:Internet Corporation for Assigned Names and Numbers(因特网名称和编号组织)因特网名称和编号组织)分配地址分配地址管理管理DNS批准域名,解决纷争批准域名,解决纷争Q:单位或企业如何获得网络地址单位或企业
34、如何获得网络地址?A:向向ISP申请(在单位内部,则向网络中心申请)申请(在单位内部,则向网络中心申请)44IP 数据报格式verTotal length32 bitsdata(可变长度,一般为一个 TCP 或UDP 数据段)16-bit identifierInternet checksumtime tolive32 bit source IP addressIP 协议版本号首部长度(bytes)余留步跳(每经过一个路由器都要减1)用于分段/重装数据报长度(bytes)数据对应的上层协议是什么head.lentype ofservice数据“类型”flgsfragment offsetupp
35、er layer32 bit destination IP addressOptions(if any)E.g.时间戳,记录路由标记,定义要访问的路由器校验和458.4.3 IP路由选择 为分组选择一条从源主机到目的主机的最佳路径。为分组选择一条从源主机到目的主机的最佳路径。可选路径不止一条可选路径不止一条路径可能要跨越多个网络路径可能要跨越多个网络 网络中实现路由选择功能的设备是网络中实现路由选择功能的设备是路由器路由器。对每一个接收到的分组,路由器必须确定从哪条路径将对每一个接收到的分组,路由器必须确定从哪条路径将其转发出去。其转发出去。路由器根据其内部保存的一张路由器根据其内部保存的一张
36、路由表路由表转发分组。转发分组。路由表中存放了到达其他网络的路由信息。路由表中存放了到达其他网络的路由信息。目的网络地址目的网络地址 下一跳(路由器)地址(下一跳(路由器)地址(Next Hop)其他(各种标志、子网掩码、接口、其他(各种标志、子网掩码、接口、)路由选择46路由表的基本内容202.168.0.0172.16.0.010.0.0.0R1R2R1的路由表.1.1.2.1目的网络目的网络下一跳路由器地址下一跳路由器地址172.16.0.010.0.0.0202.168.0.2202.168.0.0直接(从s0)直接(从s1)default202.168.0.2s0s147如何根据路由
37、表进行路由选择路由选择:根据路由表找到一条到达路由选择:根据路由表找到一条到达目的网络目的网络的路径(实际上是查找输的路径(实际上是查找输出接口)。出接口)。想一想:为何不是想一想:为何不是“找到一条到达目的主机的路径找到一条到达目的主机的路径”?从两个方面考虑:从两个方面考虑:如何减小路由表中的路径数量(在因特网的骨干链路中尤其重要)如何减小路由表中的路径数量(在因特网的骨干链路中尤其重要)与目的主机的连接只有两种类型:点到点链路和广播型网络(与目的主机的连接只有两种类型:点到点链路和广播型网络(LAN)有些情况下,路由表中也可设置到达目的主机的路由。有些情况下,路由表中也可设置到达目的主机
38、的路由。路由选择的基本方法:路由选择的基本方法:取出收到的分组中的目的取出收到的分组中的目的IPIP地址,并提取出地址,并提取出目的网络地址目的网络地址;用目的网络地址在路由表中查找:用目的网络地址在路由表中查找:若目的网络与路由器直接相连,则若目的网络与路由器直接相连,则“直接交付直接交付”;如果找到匹配的表项,则将分组发送到该表项指定的下一跳路由器;如果找到匹配的表项,则将分组发送到该表项指定的下一跳路由器;如果未找到,则搜索路由表中有无如果未找到,则搜索路由表中有无“default”的表项:的表项:如果有,就将将分组发送到该表项指定的下一跳路由器;如果有,就将将分组发送到该表项指定的下一
39、跳路由器;如果没有,则发送一个如果没有,则发送一个“主机不可达主机不可达”或或“网络不可达网络不可达”的出错信息给发出的出错信息给发出该分组的计算机。该分组的计算机。目的网络目的网络下一跳路由器地址下一跳路由器地址172.16.0.010.0.0.0202.168.0.2202.168.0.0直接(从s0)直接(从s1)default202.168.0.248路由表的维护路由表如何建立?如何根据网络的变化进行更新?路由表如何建立?如何根据网络的变化进行更新?静态路由静态路由:由网络管理员设置并随时更新:由网络管理员设置并随时更新网络管理员的工作负担重,容易出错,适应性差;网络管理员的工作负担重
40、,容易出错,适应性差;简单、开销小,只适用于小型网络。简单、开销小,只适用于小型网络。动态路由动态路由:路由器运行过程中根据网络情况动态地维护:路由器运行过程中根据网络情况动态地维护减轻了网络管理员的工作负担重;减轻了网络管理员的工作负担重;实时性好,适应性好;实时性好,适应性好;能够满足大型网络的需要;能够满足大型网络的需要;因要搜集网络运行状态,网络开销有所增加,实现也比较复杂因要搜集网络运行状态,网络开销有所增加,实现也比较复杂。因特网中的路由器采用的都是动态路由。因特网中的路由器采用的都是动态路由。49动态路由的实现动态路由(建立、维护、更新)需要借助路由协议动态路由(建立、维护、更新
41、)需要借助路由协议实现,路由协议有两大类:实现,路由协议有两大类:全局路由协议全局路由协议依据完整的网络全局拓扑信息计算到达各个网络的最佳路径。依据完整的网络全局拓扑信息计算到达各个网络的最佳路径。因为本协议需要了解每条网络链路的状态,故也称其为因为本协议需要了解每条网络链路的状态,故也称其为链路状态链路状态路由协议(路由协议(Link State Routing Protocol,L-S)。路由计算在所有路由器中完成,路由计算在所有路由器中完成,运行运行L-S协议协议的每个路由器都要的每个路由器都要向所有路由器发送与自己相邻的路由器的向所有路由器发送与自己相邻的路由器的链链路状路状态态信息信
42、息,内容包,内容包括:括:路由器所路由器所连连接的网接的网络络链链路;路;该链该链路的状路的状态态:连通性、开销、速度、距离、时延等信息:连通性、开销、速度、距离、时延等信息。通过互相通告链路状态,每个路由器最终都可以建立一个关于整通过互相通告链路状态,每个路由器最终都可以建立一个关于整个网络拓扑结构的数据库,再使用个网络拓扑结构的数据库,再使用Dijkstra算法算法即可计算出到达即可计算出到达各网络的最佳路径。各网络的最佳路径。典型的链路状态路由协议是典型的链路状态路由协议是OSPF(Open Shortest Path First)。Dijkstra算法是一种计算连通图中的最短路径的方法
43、。50局部路由协议局部路由协议通过一系列重复的、分布的方式来计算最佳路径。通过一系列重复的、分布的方式来计算最佳路径。每个路由器开始只知道与其直接相连的链路的信息。通过与相邻路由每个路由器开始只知道与其直接相连的链路的信息。通过与相邻路由器的通信和一系列反复的计算,路由器可以逐渐获得到达某些网络的器的通信和一系列反复的计算,路由器可以逐渐获得到达某些网络的最佳路径信息。最佳路径信息。因为需要了解每条链路的距离,故也称其为因为需要了解每条链路的距离,故也称其为距离矢量路由协议距离矢量路由协议(Distance Vector Routing Protocol,D-V)。距离矢量距离矢量协议协议计计
44、算网算网络络中中链链路的距离矢量,然后根据路的距离矢量,然后根据计计算算结结果构造路果构造路由表。由表。每一个每一个路由器工作路由器工作时时会定期向会定期向相相邻邻路由器路由器发发送消息,消息的内送消息,消息的内容就是自己的整个路由表,其中包括:容就是自己的整个路由表,其中包括:目的网络的地址;目的网络的地址;到达到达目的目的网网络络的下一的下一跳路由器跳路由器地址地址;到达到达目的目的网网络络所所经过经过的距离的距离。运行距离矢量协议的路由器会根据相邻路由器发送过来的信息,更新运行距离矢量协议的路由器会根据相邻路由器发送过来的信息,更新自己的路由表。自己的路由表。典型的距离矢量路由协议是典型
45、的距离矢量路由协议是RIP(Routing Information Protocol)。51IP路由协议具有的共性路由协议具有的共性动态地学习、计算到达网络中各子网的路由并插动态地学习、计算到达网络中各子网的路由并插入到路由表中。入到路由表中。如果到达一个子网有多条合法路由,那么将最好如果到达一个子网有多条合法路由,那么将最好的一条放到路由表中。的一条放到路由表中。当路由表中的路由不再合法时,则通告给其它路当路由表中的路由不再合法时,则通告给其它路由器,并从自己的路由表中删除该路由。由器,并从自己的路由表中删除该路由。尽快地加入新的路由,或者用更好的路由替代失尽快地加入新的路由,或者用更好的路
46、由替代失效的路由。效的路由。阻止循环路由。阻止循环路由。52IP路由协议的层次因特网被划分为许多自治系统(因特网被划分为许多自治系统(Autonomous System,AS),),每个每个AS都是一个互联网络。都是一个互联网络。AS的特点:的特点:它有权自主地决定在本系统内采用何种路由选择协议。它有权自主地决定在本系统内采用何种路由选择协议。一个一个AS内的所有网络都属于一个组织或机构管辖并在本内的所有网络都属于一个组织或机构管辖并在本AS内是连通的。内是连通的。根据路由协议是为根据路由协议是为AS内部的路由优化还是为内部的路由优化还是为AS之之间的路由优化,因特网把路由协议分为两大类:间的
47、路由优化,因特网把路由协议分为两大类:内部网关协议(内部网关协议(IGP):如):如RIP、OSPF等;等;外部网关协议(外部网关协议(EGP):如):如BGP(边界网关协议)。边界网关协议)。53AS、IGP和EGPAS1AS2AS3EGPEGPEGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGP548.4.4 ARP协议和RARP协议ARP将一个已知的IP地址映射到MAC地址。想一想:为何要进行映射?映射方法:已知:IP地址1)检查本地ARP高速缓存表,若找到IP地址对应的表项,则取出表项中的MAC地址;2)若IP地址不包含在表中,就向网上发广播来寻找。具有
48、该IP地址的目的站用其MAC地址作为响应。ARP只能用于具有广播能力的网络。只能用于具有广播能力的网络。55AC我需要我需要10.0.0.5的的MAC地址地址IP=10.0.0.5 IP=10.0.0.5 MAC=?MAC=?我就是,这是我就是,这是我的我的MAC地址!地址!IP=10.0.0.5IP=10.0.0.5MAC=08-00-00-20-2C-0AMAC=08-00-00-20-2C-0AB10.0.0.110.0.0.510.0.0.2ARP操作的例子:A想知道10.0.0.5的MAC地址56为什么需要地址解析协议?或者说,为何要进行地址映射?或者说,为何要进行地址映射?Answ
49、er:在因特网中,数据分组传输使用的是在因特网中,数据分组传输使用的是IP地址地址(逻辑地址);而在局域网中,传输数据时(逻辑地址);而在局域网中,传输数据时需要使用物理地址(需要使用物理地址(MAC地址)。地址)。许多因特网的主机位于局域网中,当数据分许多因特网的主机位于局域网中,当数据分组到达局域网时,需要组到达局域网时,需要把把IP地址转换成地址转换成MAC地址,然后把分组封装在局域网链路层的帧地址,然后把分组封装在局域网链路层的帧中,才能发送到该主机。中,才能发送到该主机。578.4.5 ARP与IP的交互例子:由R对A到B的数据包进行路由的过程ARB在LAN1中,所有的主机都具有11
50、1.111.111.xxx的IP地址形式。LAN2中的所有主机都具有222.222.222.xxx的IP地址形式。假设主机111.111.111.111要发送一个数据报到主机222.222.222.222。发送主机的链路层协议必需指出该目的主机的MAC地址。那么发送主机会使用哪个MAC地址?是222.222.222.222的MAC地址49-BD-D2-C7-56-2A吗?目的MAC地址为49-BD-D2-C7-56-2A的帧能穿越路由器吗?58实际上,发送主机在发送分组之前,就已经知道目实际上,发送主机在发送分组之前,就已经知道目的主机不在本地的主机不在本地LAN上(只要比较目的主机和发送上(