非通工專業(yè)《現代通信網》第六章互聯網2

1、2022/9/8內容6.1 Internet概述6.2 互連的原理6.3 網絡層6.4 傳輸層6.5 應用層6.6 IPv62022/9/81、主要功能和協(xié)議網絡層的主要功能是實現主機到主機間的通信：1）選路功能2）轉發(fā)功能3）差錯報告路由表Routing protocols路徑選擇RIP, OSPF, BGP傳輸層: TCP, UDP數鏈層物理層網絡層ARP protocol 地址映射IP protocol地址格式數據報格式分組處理規(guī)則ICMP protocol差錯報告router “signaling”ARP緩存2022/9/8選路和轉發(fā)選路：路由器之間執(zhí)行路由協(xié)議，創(chuàng)建路由表，決定端到端

2、的分組轉發(fā)路徑的過程，選路過程通常需要多臺路由器之間的協(xié)作完成，屬于控制面的功能。 轉發(fā)：路由器從輸入接口接收一個分組后，根據分組目的地址查詢路由表，將分組轉發(fā)到指定的輸出接口的過程。轉發(fā)過程僅涉及一臺路由器，甚至是一個板卡，處理過程也相對簡單，屬于數據面的功能。 1230111分組頭中攜帶目的地址選路算法 本地路由表header valueoutput link010001010111100132212022/9/82、IPv4簡介 采用無連接的數據報服務模式：每一個數據報都包含選路轉發(fā)需要的全部信息。2022/9/8第一個字提供分組的概要描述信息： 版本（4bit）：分組的版本號。 頭部長

3、度（4bit）：以32比特為一個字的單位，描述分組頭部的長度 服務類型（8bit）：描述分組要求的服務類型，包括可靠性，優(yōu)先級，時延，吞吐量等，但目前沒有被路由設備廣泛支持?？傞L度（16bit）：該字段以8比特為單位描述包括頭部和數據部分的分組總長度，分組總長度不能超過64kB。第二個字的信息用于進行分片處理：標識符 (16 bits): 該字段幫助在任意一對源、目的IP地址對之間唯一地確定一個分組。無論是否分片，該字段是始終保持不變的。分片標志 (3 bits): 目前僅使用了兩個比特，MF 比特(More Fragment)置1，代表該分片是分組中的一片，置0則代表該分片是分組的最后一片；

4、DF 比特(Dont Fragment)置1，代表該分組不允許被中間路由器分片，置0則允許分片。 分片偏移量 (13 bits): 以8字節(jié)為單位描述分片在原分組中的位置，目的端主機根據這個信息可以進行分片重裝。 參數的含義2022/9/8第三個字：生存期TTL：路由器每處理一個數據報，必須將其TTL值減1，當TTL0時則丟棄分組。協(xié)議：指明目的端傳送層的協(xié)議類別。 TCP = 6, ICMP = 1, UDP = 17頭部校驗和：該值在每一個路由器上都要進行從新計算和生成。第四、五個字：源和目地地址：32bit的地址，指明主機和其所在網絡的位置?？蛇x項：允許IP頭部被擴展，但出于性能上的考慮

5、，目前很少使用，IPV6中則完全取消。參數的含義2022/9/8協(xié)議類型字段編碼2022/9/8IP分組的分片:Fragmentation每個網絡都有自己的MTU（ Maximum Transmission Unit ）。如Ethernet為1500字節(jié)，多數廣域網鏈路則不超過576字節(jié)。信源無法預先獲知所有中間網絡的MTU。IP解決方案：分片hosthostrouterrouterMTU = 4000MTU = 1500MTU = 20002022/9/8與分片相關的字段LengthIP分片的長度Identification 與其它分片進行匹配FlagsDont fragment flagM

6、ore fragments flagFragment offset本分片在整個分組中的位置以64bit為計數單位 (13 bit長)2022/9/8IP分片 例1hostrouterMTU = 4000IPHeaderIPDataLength = 3820, MF=02022/9/8 IP 分片例2routerrouterMTU = 2000IPHeaderIPDataLength = 3820, MF=03800 bytesIPHeaderIPDataLength =1940, MF=1, Offset = 01920 bytesIPDataIPHeaderLength = 1900, MF

7、=0, Offset = 2401880 bytes除最后一個分片外，所有分片的數據字段必須是8字節(jié)的整數倍2022/9/8IP分片例3IPHeaderIPDataLength = 1940, MF=1, Offset = 01920 bytesIPDataIPHeaderLength = 1900, MF=0, Offset = 2401880 byteshostrouterMTU = 1500IPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 01440 bytesIPHeaderIPDataLength = 500, MF=1, Offset = 18

8、0480 bytesIPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 2401440 bytesIPHeaderIPDataLength = 460, MF=0, Offset = 420440 bytes2022/9/8IP 重裝-目的端由于分片到達的順序可能是亂的因此最后一個分片到達前，很難確分組的實際長度。有些分片可能重復只保留一個拷貝某些分片可能丟失丟棄整個分組IPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 0IPHeaderIPDataLength = 500, MF=1, Offset = 180IPHe

9、aderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 240IPHeaderIPDataLength = 460, MF=0, Offset = 420IPDataIPDataIPDataIPData2022/9/8Ethereal抓包IP分組2022/9/83、IPv4編址兩個基本功能：唯一地標識主機; 幫助路由器快速地找到目的主機的位置，即選路問題。IP地址結構：一個IP地址由兩部分組成，表示成， 。接口（Interface）：一個IP地址只能用來唯一地標識一個網絡接口?！叭?”代表“本”， “全1”代表“全部”。2022/9/8IPv4分類編址Network I

10、DHost IDNetwork IDHost ID816A類320B類10C類110Multicast AddressesD類1110Reserved for experimentsE類1111242022/9/8首字節(jié)規(guī)則A類: 7比特網絡前綴, 24比特主機號，有126個網絡，每個網絡16,777,214 臺主機。 B類: 14比特網絡前綴, 16比特主機號，有16,384網絡，每個網絡65,534臺主機。C類: 21比特網絡前綴, 8比特主機號，有2,097,512網絡，每個網絡254臺主機。以上合計約40億地址。四類地址首字節(jié)取值范圍如下： A類地址: 1 - 126B類地址:128

11、- 191C類地址: 192 - 223D類地址: 224 - 239例如，根據首字節(jié)規(guī)則，路由器可以很快確定222.24.9.5 是一個 C 類的地址，其網絡前綴是222.24.9，主機號是5。2022/9/8特殊地址與保留地址 RFC1918中規(guī)定如下地址是私有地址： 一個A類地址10.0.0.0， 16個B類地址172.16.0.0172.31.0.0， 256個C類地址192.168.0.0192.168.255.0 2022/9/8IP子網與子網劃分路由器每個接口連接一個IP子網，編址時，同一個子網的接口要求具備相同網絡前綴。2022/9/8子網編址 分類編址的缺陷兩層結構的限制A,

12、B,C類網絡規(guī)模劃分不合理，大多數公司的網絡多在3001000主機規(guī)模 。1985年，RFC950子網編址，三級結構 2022/9/8子網計算和表示法 全“0”和全“1”子網的問題： 考慮網絡地址 10.0.0.0，假如進行了子網劃分，那么如何區(qū)分它是一個A類網絡 10 ? 還是一個子網 10.0 ? 廣播地址 10.255.255.255，它是對整個網絡“10”的定向廣播? 還是僅對子網10.255的廣播 ? 2022/9/8子網劃分例子例1，假設某大型機構分配了一個B 類地址塊175.32.0.0/16。該機構的網絡規(guī)劃了10個IP子網，每個子網的主機數基本相當。根據需求先確定子網號的位數

13、，取子網號為4個比特，24=16，保留全“0”子網，和全“1”子網，可用子網號為14個。 2022/9/8子網劃分例子2022/9/8VLSM-變長子網劃分例2，假設一個擁有C類網絡202.117.15.0/24的小型機構，有6個部門，每個部門要求劃分成一個子網。其中4個子網主機數不超過10，一個子網的主機數是60，一個子網的主機數是100，整個網絡容量不超過200主機，一個C類網絡的地址容量可以滿足需求。 2022/9/82022/9/8Classless Inter-Domain Routing(CIDR)實際建網面臨的問題 Internet規(guī)模激增，A,B類IP地址資源緊張，路由表增長過

14、快子網編址允許一個機構內部網絡結構任意復雜，但不能限制骨干網路由表的大小。CIDR包含三部分內容： 拓撲相關的無分類地址分配策略。支持無分類地址的域間選路。地址匯聚機制（超網）。2022/9/8CIDR編址的特點IETF在1993【rfc1519】將其標準化,對子網概念的進一步擴展。CIDR型IP地址的網絡部分可以任意長：使用地址塊的公共部分做為網絡前綴。地址格式：a.b.c.d/x表示,其中x表示32bit的地址中，前x bit為網絡部分。分配給同一機構的地址空間必須保持連續(xù)（2的冪次）以實現地址聚集。11001000 00010111 00010000 00000000前綴部分主機部分20

15、0.23.16.0/232022/9/8C類地址的分區(qū)194.0.0.0195.255.255.255 歐洲198.0.0.0199.255.255.255 北美200.0.0.0201.255.255.255 中南美202.0.0.0203.255.255.255 亞太示例：在某路由器中，去往歐洲地區(qū)的路由項 可聚集為一項194.0.0.0/7,相應的網絡掩碼可寫為254.0.0.02022/9/8如何獲取網絡地址？強調位置相關的分配原則：機構通常從其ISP處獲取IP地址。ISP本身則從全球型的權威地址管理機構ICANN獲取地址（Internet Corporation for Assign

16、 Names and Numbers).Regional Internet Registries (RIRs) ARIN (North America, Southern Africa), APNIC (Asia-Pacific), RIPE (Europe, Northern Africa), LACNIC (South America)ICANN同時負責管理DNS根服務器，分配域名，解決域名紛爭問題。2022/9/82022/9/8CIDR路由匯聚與“超網”例如：一個小型規(guī)模的ISP分配有連續(xù)的32個C類地址塊222.24.0.0222.24.31.255。 2022/9/8分層編址: 更

17、具體的路由ISP2擁有到機構1更具體的路由信息！“向我發(fā)送以 200.23.16.0/20”開頭的任何東西200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23ISP1機構0機構7Internet機構1ISP2“向我發(fā)送以 199.31.0.0/16或200.23.18.0/23” 開頭的任何東西200.23.20.0/23機構2.2022/9/8CIDR：最長前綴匹配Destination =12.5.9.16- payload Prefix Interface Next Hop 12.0.0.0/8 10.14.22.19 ATM 5/0/8 12.4.0.0

18、/15 12.5.8.0/23 attached Ethernet 0/1/3 Serial 1/0/7 10.1.3.77 IP Forwarding Table 0.0.0.0/0 10.14.11.33 ATM 5/0/9 OKbetterbest!2022/9/8編址方式與網絡結構的變遷2022/9/84、轉發(fā)功能逐跳轉發(fā) “逐跳”指發(fā)送一個分組時無需確切指定到達目的地的完整路徑，僅需指定到達目的地的下一跳設備即可，當分組轉發(fā)到下一跳后，再由下一跳設備為該分組執(zhí)行相同的轉發(fā)過程，直至將分組交付到目的主機。兩步：選路決策，轉發(fā)直接交付Vs間接交付 2022/9/8路由表的結構router

19、#show ip routeIPv4 Routing Table:Dest Mask Gw Interface Owner pri metric10.26.32.0 255.255.255.0 10.26.245.5 fei_1/1 bgp 200 0 10.26.33.253 255.255.255.255 10.26.245.5 fei_1/1 ospf 110 14 10.26.33.254 255.255.255.255 10.26.245.5 fei_1/1 ospf 110 13 10.26.36.0 255.255.255.248 10.26.36.2 gei_5/2.1 dir

20、ect 0 0 10.26.36.2 255.255.255.255 10.26.36.2 gei_5/2.1 address 0 0 10.26.36.24 255.255.255.248 10.26.36.26 gei_5/2.4 direct 0 0 10.26.245.4 255.255.255.252 10.26.245.6 fei_1/1 direct 0 0 10.26.245.6 255.255.255.255 10.26.245.6 fei_1/1 address 0 0 2022/9/8路由表項的產生由以下三種方式之一產生：直連路由：當設備接口上正確配置了IP地址，則相應信

21、息自動出現在路由表中并與接口關聯,該類路由項由設備鏈路層發(fā)現，鏈路層只能發(fā)現本接口所屬網段。靜態(tài)路由：由系統(tǒng)管理員手工設置的路由稱之為靜態(tài)路由，它不隨網絡拓撲結的改變而改變。動態(tài)路由：由路由協(xié)議生成，能夠根據網絡的拓撲變化調整相應的路由信息。適用于大規(guī)模和復雜的網絡。2022/9/8同一網段-直接交付IP地址：192.168.1.2MAC地址：00:20:AF:00:00:02IP地址：192.168.1.1MAC地址：00:20:AF:00:00:01以太網IP層封裝IP包包發(fā)往IP地址192.168.1.2以太網IP層封裝MAC幀幀發(fā)往MAC地址00:20:AF:00:00:02封裝MAC幀收到MAC幀ARP拆封IP包收到IP包AB網絡情況協(xié)議層次2022/9/8以太網以太網接口不同網段-間接交付以太網IP層MAC幀IP層串行接口以太網接口IP層網絡情況協(xié)議層次PPP分組IP包IP包發(fā)送端主機A接收端主機B路由器EthernetPPPHOST AHOST Bfei-1/1e1_2/1Ethernetfei-1/1e1_2/1IP層路由器PPP幀IP包IP包串行接口MAC幀IP包IP包20.1.1.220.1