第四章網(wǎng)路層和路由法課件

第四章:網(wǎng)路層和路由法章節(jié)目標(biāo):

了解網(wǎng)路層服務(wù)背後的原則:網(wǎng)路層服務(wù)模型轉(zhuǎn)送v.s.路由路由器如何運(yùn)作路由(路徑選擇)有關(guān)擴(kuò)充進(jìn)階課題:IPv6,行動(dòng)網(wǎng)際網(wǎng)路上的例證、實(shí)作第四章:網(wǎng)路層和路由法章節(jié)目標(biāo):第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法網(wǎng)路層從傳送主機(jī)到接收主機(jī)傳輸?shù)馁Y料分段在傳送端將資料分段封裝在資料段中在接收端，將資料分段傳送到傳輸層每一臺(tái)主機(jī)、路由器中都有網(wǎng)路層協(xié)定路由器會(huì)檢查經(jīng)過(guò)它的所有IP資料段中的標(biāo)頭欄位網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層從傳送主機(jī)到接收主機(jī)傳輸?shù)馁Y料分段應(yīng)用層應(yīng)用層主要的網(wǎng)路層功能轉(zhuǎn)送:

將封包從路由器的輸入轉(zhuǎn)送到適當(dāng)?shù)穆酚善鬏敵雎酚?

決定封包從來(lái)源端到目的端的路由路由演算法比方:路由:計(jì)畫從來(lái)源到目的旅行的過(guò)程轉(zhuǎn)送:

經(jīng)過(guò)單一交流道的過(guò)程主要的網(wǎng)路層功能轉(zhuǎn)送:將封包從路由器的輸入轉(zhuǎn)送到適當(dāng)?shù)穆酚?230111到達(dá)封包的標(biāo)頭值路由演算法本機(jī)演算法標(biāo)頭值輸出連結(jié)01000101011110013221路由與轉(zhuǎn)送之間的交互作用1230111到達(dá)封包路由演算法本機(jī)演算法標(biāo)頭值輸出連結(jié)01建立連線在某些網(wǎng)路架構(gòu)中的第三個(gè)重要功能:ATM,framerelay,X.25在資料段傳送之前，兩個(gè)主機(jī)以及介於其間的路由器先建立虛擬連線路由器介入網(wǎng)路層以及傳輸層的連線服務(wù):網(wǎng)路層:

兩個(gè)主機(jī)之間傳輸層:

兩個(gè)行程之間建立連線在某些網(wǎng)路架構(gòu)中的第三個(gè)重要功能:網(wǎng)路服務(wù)模型Q:

有哪些服務(wù)模型提供給從傳送端到接收端傳輸資料段的通道?個(gè)別資料段的服務(wù)範(fàn)例:傳送保證小於40毫秒的傳送保證資料段流量的服務(wù)範(fàn)例:依序封包傳送流量的最低頻寬保證限制兩個(gè)封包之間間隔的改變網(wǎng)路服務(wù)模型Q:有哪些服務(wù)模型提供給從傳送端到接收端傳輸資網(wǎng)路層服務(wù)模型:網(wǎng)路架構(gòu)網(wǎng)際網(wǎng)路ATMATMATMATM服務(wù)模型盡全力服務(wù)CBRVBRABRUBR頻寬無(wú)常數(shù)速率保證速率保證最小速率無(wú)遺失無(wú)有有無(wú)無(wú)排序無(wú)有有有有時(shí)序無(wú)有有無(wú)無(wú)壅塞指示無(wú)(藉由遺失來(lái)推論)不發(fā)生壅塞不發(fā)生壅塞有無(wú)保證?網(wǎng)路層服務(wù)模型:網(wǎng)路服務(wù)頻寬遺失排序時(shí)序壅塞保證?第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法網(wǎng)路層連線以及非預(yù)接式服務(wù)資料段網(wǎng)路提供網(wǎng)路層的非預(yù)接式服務(wù)VC網(wǎng)路提供網(wǎng)路層的連線服務(wù)可與傳輸層服務(wù)類比，但是:服務(wù):主機(jī)對(duì)主機(jī)沒(méi)有選擇性:網(wǎng)路只提供其中一個(gè)實(shí)作:在核心網(wǎng)路層連線以及非預(yù)接式服務(wù)資料段網(wǎng)路提供網(wǎng)路層的非預(yù)接式服務(wù)虛擬線路在資料開(kāi)始傳送前，必須為每個(gè)連結(jié)建立連線，拆除每個(gè)封包會(huì)承載一個(gè)VC識(shí)別碼(並非目的端主機(jī)位址)在來(lái)源對(duì)目的的路徑上，每個(gè)路由器都必須維護(hù)每個(gè)經(jīng)過(guò)的連線的「狀態(tài)」連結(jié)和路由器的資源(頻寬、緩衝區(qū))可能會(huì)配置給VC“來(lái)源端到目的端的路徑，如同電話線路”效能良好沿著來(lái)源端到目的端路徑的網(wǎng)路行為虛擬線路在資料開(kāi)始傳送前，必須為每個(gè)連結(jié)建立連線，拆除“來(lái)源VC實(shí)作一個(gè)VC包含了:一條來(lái)源端至目的端間的路徑VC編號(hào)，路徑上的每一個(gè)連結(jié)都有一個(gè)編號(hào)路徑上的每一個(gè)路由器轉(zhuǎn)送表中的紀(jì)錄一個(gè)屬於虛擬線路的封包會(huì)載送一個(gè)VC編號(hào)在每一個(gè)連結(jié)，VC編號(hào)必須改變新的VC編號(hào)從轉(zhuǎn)送表中得來(lái)VC實(shí)作一個(gè)VC包含了:轉(zhuǎn)送表122232123VC編號(hào)介面號(hào)碼進(jìn)入介面進(jìn)入VC編號(hào)離開(kāi)介面

離開(kāi)介面號(hào)碼11232226311837217197387…………美國(guó)西部路由器的轉(zhuǎn)送表:路由器維護(hù)連線狀態(tài)資訊!轉(zhuǎn)送表122232123VC編號(hào)介面號(hào)碼進(jìn)入介面虛擬線路:訊號(hào)協(xié)定用來(lái)設(shè)定,維護(hù)及拆除VC用在ATM,frame-relay,X.25並沒(méi)有用在現(xiàn)今的網(wǎng)際網(wǎng)路中應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層1.初始連線2.進(jìn)入連線請(qǐng)求3.接受連線4.連線建立5.開(kāi)始傳送資料6.接受資料虛擬線路:訊號(hào)協(xié)定用來(lái)設(shè)定,維護(hù)及拆除VC應(yīng)用層應(yīng)用層資料段網(wǎng)路在網(wǎng)路層不需要建立連線路由器:沒(méi)有終端對(duì)終端的連線狀態(tài)沒(méi)有網(wǎng)路層的「連線」觀念使用目的端主機(jī)位址傳送封包在同一對(duì)來(lái)源-目的端之間的封包可能會(huì)使用不同的路徑應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)路層資料連結(jié)層實(shí)體層1.送出資料2.接收資料資料段網(wǎng)路在網(wǎng)路層不需要建立連線應(yīng)用層應(yīng)用層1.送出資料2轉(zhuǎn)送表

目的端位址區(qū)塊

連結(jié)介面11001000000101110001000000000000

至01100100000010111000101111111111111001000000101110001100000000000

至11100100000010111000110001111111111001000000101110001100100000000

至211001000000101110001111111111111

其它340億個(gè)可能的紀(jì)錄轉(zhuǎn)送表目的端位址區(qū)塊最長(zhǎng)前置代碼對(duì)應(yīng)

前置代碼對(duì)應(yīng)

連結(jié)介面110010000001011100010011001000000101110001100011100100000010111000112

其他3DA:11001000000101110001100010101010範(fàn)例DA:11001000000101110001011010100001哪一個(gè)介面?哪一個(gè)介面?最長(zhǎng)前置代碼對(duì)應(yīng)資料段或VC網(wǎng)路:為什麼?網(wǎng)際網(wǎng)路電腦之間的資料交換“彈性的”服務(wù),沒(méi)有嚴(yán)格的時(shí)限要求“聰明的”終端系統(tǒng)(電腦)能夠適應(yīng)、執(zhí)行控制、錯(cuò)誤復(fù)原網(wǎng)路內(nèi)部是簡(jiǎn)單的，邊緣是複雜的許多連結(jié)型態(tài)不同的特質(zhì)統(tǒng)一的服務(wù)困難ATM來(lái)自電話系統(tǒng)人類的對(duì)話:嚴(yán)格的時(shí)限,可靠性的要求保證服務(wù)的需求“愚笨的”終端系統(tǒng)電話網(wǎng)路內(nèi)部是複雜的資料段或VC網(wǎng)路:為什麼?網(wǎng)際網(wǎng)路ATM第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何？4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法路由器架構(gòu)綜觀兩個(gè)主要的路由器功能:

執(zhí)行路由演算法/協(xié)定(RIP,OSPF,BGP)將資料段從輸入轉(zhuǎn)送到輸出連結(jié)路由器架構(gòu)綜觀兩個(gè)主要的路由器功能:輸入埠功能非集中式的交換:

給定一個(gè)資料段目的端，使用輸入埠記憶體中的轉(zhuǎn)送表來(lái)尋找輸出埠目標(biāo):以「連線速度」完成輸入埠的處理過(guò)程排隊(duì):假如資料段的抵達(dá)速率快於轉(zhuǎn)送進(jìn)入交換結(jié)構(gòu)的速率實(shí)體層:位元層級(jí)的接收資料連結(jié)層:例如,乙太網(wǎng)路見(jiàn)第五章輸入埠功能非集中式的交換:實(shí)體層:資料連結(jié)層:三種交換結(jié)構(gòu)三種交換結(jié)構(gòu)經(jīng)由記憶體的交換機(jī)制第一代的路由器:

傳統(tǒng)的電腦，在CPU的直接控制下完成交換動(dòng)作封包複製到系統(tǒng)記憶體

速度會(huì)被記憶體頻寬所限制(一個(gè)資料段會(huì)經(jīng)過(guò)兩次匯流排)輸入埠輸出埠記憶體系統(tǒng)匯流排經(jīng)由記憶體的交換機(jī)制第一代的路由器:輸入埠輸出埠記憶體系統(tǒng)匯經(jīng)由匯流排的交換機(jī)制資料段經(jīng)由共享的匯流排從輸入埠記憶體送到輸出埠記憶體匯流排的競(jìng)爭(zhēng):

交換速度受限於匯流排頻寬1Gbps匯流排,Cisco1900:對(duì)存取及企業(yè)路由器是足夠的(非地區(qū)的或骨幹的)經(jīng)由匯流排的交換機(jī)制資料段經(jīng)由共享的匯流排從輸入埠記憶體送到經(jīng)由互連網(wǎng)路的交換機(jī)制克服匯流排的頻寬限制Banyan網(wǎng)路，其他的互連網(wǎng)路初始的建立，是將處理器連接到多處裡器更進(jìn)一步的設(shè)計(jì):將資料段分割成固定長(zhǎng)度的封包單位，將封包單位送入交換結(jié)構(gòu)中Cisco12000:經(jīng)由互連網(wǎng)路可達(dá)Gbps的交換速率經(jīng)由互連網(wǎng)路的交換機(jī)制克服匯流排的頻寬限制輸出埠需要緩衝區(qū)，當(dāng)資料段抵達(dá)結(jié)構(gòu)的速率大於傳送速率排程原則選擇佇列中的資料段加以傳送輸出埠需要緩衝區(qū)，當(dāng)資料段抵達(dá)結(jié)構(gòu)的速率大於傳送速率輸出埠佇列當(dāng)經(jīng)由交換器抵達(dá)的速率超過(guò)輸出連結(jié)的速度佇列排隊(duì)(延遲)以及因?yàn)檩敵霾旱木徯n區(qū)溢出導(dǎo)致的遺失!輸出埠佇列當(dāng)經(jīng)由交換器抵達(dá)的速率超過(guò)輸出連結(jié)的速度輸入埠佇列結(jié)構(gòu)速度慢於輸入埠的加總->可能在輸入佇列發(fā)生排隊(duì)的情形連線前端(HOL)阻塞:

在佇列最前端排隊(duì)的資料段會(huì)阻止佇列中的其他資料往前移動(dòng)佇列延遲以及導(dǎo)因於輸入緩衝區(qū)溢出的遺失!輸入埠佇列結(jié)構(gòu)速度慢於輸入埠的加總->可能在輸入佇列發(fā)生第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法網(wǎng)際網(wǎng)路的網(wǎng)路層轉(zhuǎn)送表主機(jī)，路由器的網(wǎng)路層功能:路由協(xié)定路徑選擇RIP,OSPF,BGPIP協(xié)定定址原則資料段格式封包處理原則ICMP協(xié)定錯(cuò)誤回報(bào)路由器“訊號(hào)”傳輸層:TCP,UDP連結(jié)層實(shí)體層網(wǎng)路層網(wǎng)際網(wǎng)路的網(wǎng)路層轉(zhuǎn)送表主機(jī)，路由器的網(wǎng)路層功能:路由協(xié)定IP第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法IP資料段格式版本資料段長(zhǎng)度32位元資料(不固定長(zhǎng)度，通常是TCP或UDP資料分段)16位元的識(shí)別碼網(wǎng)際網(wǎng)路檢查和生存期32位元來(lái)源端IP位址IP協(xié)定版本號(hào)碼標(biāo)頭長(zhǎng)度(位元組)剩餘站數(shù)的最大數(shù)量(經(jīng)過(guò)每一個(gè)路由器時(shí)減1)用來(lái)分割/重組資料段總長(zhǎng)度(位元組)傳送資料部分時(shí)所使用的上層協(xié)定標(biāo)頭長(zhǎng)度服務(wù)類型資料的“類型”

旗標(biāo)分割偏移量上層協(xié)定32位元目的端IP位址選項(xiàng)欄位(如果有的話)例如.時(shí)間戳記,路由紀(jì)錄,拜訪的路由器特定列表TCP有多少資源負(fù)擔(dān)?20位元組TCP20位元組IP=40位元組+應(yīng)用層的訊息負(fù)擔(dān)IP資料段格式版本資料段長(zhǎng)度32位元資料16位元的識(shí)別碼IP分割與重組網(wǎng)路連結(jié)層具有MTU(最大的可傳輸大小)–最大的連結(jié)層訊框不同的連結(jié)層型態(tài)，不同的MTU過(guò)大的IP資料段在網(wǎng)路內(nèi)被切分(分割)一個(gè)資料段變成好幾個(gè)資料段只在終點(diǎn)被“重組”IP標(biāo)頭位元用來(lái)識(shí)別，排序相關(guān)的分割分割:in:1個(gè)大的資料段out:3個(gè)小的資料段重組IP分割與重組網(wǎng)路連結(jié)層具有MTU(最大的可傳輸大小)IP分割與重組ID=xoffset=0fragflag=0length=4000ID=xoffset=0fragflag=1length=1500ID=xoffset=185fragflag=1length=1500ID=xoffset=370fragflag=0length=1040一個(gè)大的資料段變成數(shù)個(gè)小的資料段範(fàn)例4000位元組的資料段MTU=1500位元組資料欄位中有1480個(gè)位元組偏移量=1480/8IP分割與重組IDoffsetfragflaglengthI第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法IP定址法:簡(jiǎn)介IP位址:32位元的識(shí)別碼，做為主機(jī)、路由器的介面介面:

在主機(jī)/路由器以及實(shí)體連結(jié)的交界處路由器通常擁有多個(gè)介面主機(jī)通常擁有一個(gè)介面IP位址代表每個(gè)介面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=11011111000000010000000100000001223111IP定址法:簡(jiǎn)介IP位址:32位元的識(shí)別碼，做為主機(jī)子網(wǎng)路IP位址:

子網(wǎng)路部分(高階位元)主機(jī)部分(低階位元)什麼是子網(wǎng)路?IP具有相同子網(wǎng)路部分的裝置介面可以在沒(méi)有路由器的狀況下，實(shí)體地互相連結(jié)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包含3個(gè)子網(wǎng)路的網(wǎng)路子網(wǎng)路子網(wǎng)路IP位址:223.1.1.1223.1.1.222子網(wǎng)路223.1.1.0/24223.1.2.0/24223.1.3.0/24方法要決定子網(wǎng)路,將每一個(gè)介面和它的主機(jī)或路由器分開(kāi)，建立分離的網(wǎng)路。每一個(gè)分離的網(wǎng)路稱為一個(gè)子網(wǎng)路。子網(wǎng)路遮罩:/24子網(wǎng)路223.1.1.0/24223.1.2.0/24223子網(wǎng)路有幾個(gè)?223.1.1.1223.1.1.3223.1.1.4223.1.2.2223.1.2.1223.1.2.6223.1.3.2223.1.3.1223.1.3.27223.1.1.2223.1.7.0223.1.7.1223.1.8.0223.1.8.1223.1.9.1223.1.9.2子網(wǎng)路有幾個(gè)?223.1.1.1223.1.1.3223.1IP位址:CIDRCIDR:

無(wú)分級(jí)領(lǐng)域間路由法(ClasslessInterDomainRouting)位址內(nèi)任意長(zhǎng)度的子網(wǎng)路部分位址格式:a.b.c.d/x，其中x是位址的子網(wǎng)路部份的位元數(shù)量1100100000010111

0001000000000000子網(wǎng)路部分主機(jī)部分200.23.16.0/23IP位址:CIDRCIDR:無(wú)分級(jí)領(lǐng)域間路由法1100IP位址:如何取得?Q:

主機(jī)要如何取得IP位址?手動(dòng)設(shè)定在系統(tǒng)管理的檔案中Wintel:控制臺(tái)->網(wǎng)路->設(shè)定->tcp/ip->屬性UNIX:/etc/rc.configDHCP:

動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)定(DynamicHostConfigurationProtocol):動(dòng)態(tài)地由伺服器取得位址“隨插即用”(在下一章介紹)IP位址:如何取得?Q:主機(jī)要如何取得IP位址?IP位址:如何取得?Q:

網(wǎng)路要如何取得IP位址的子網(wǎng)路部分?A:

從ISP的位址空間中取得分配的部分ISP區(qū)塊11001000000101110001000000000000200.23.16.0/20組織011001000000101110001000000000000200.23.16.0/23組織111001000000101110001001000000000200.23.18.0/23組織211001000000101110001010000000000200.23.20.0/23...…..….….組織711001000000101110001111000000000200.23.30.0/23

IP位址:如何取得?Q:網(wǎng)路要如何取得IP位址的子網(wǎng)路部階層式定址法:路由集成“將任何位址開(kāi)頭是200.23.16.0/20的訊息傳給我”200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23Fly-By-Night-ISP組織0組織7網(wǎng)際網(wǎng)路組織1ISPs-R-Us“將任何位址開(kāi)頭是199.31.0.0/16的訊息傳給我”200.23.20.0/23組織2......階層式定址允許有效率的路由資訊傳播:階層式定址法:路由集成“將任何位址開(kāi)頭是200.23.16階層式定址法:更特定的路徑ISPs-R-Us擁有更特定的路徑到達(dá)組織1“將任何位址開(kāi)頭是200.23.16.0/20的訊息傳給我”200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23Fly-By-Night-ISP組織0組織7Internet組織1ISPs-R-Us“將任何位址開(kāi)頭是199.31.0.0/16或200.23.18.0/23的訊息傳給我”200.23.20.0/23組織2......階層式定址法:更特定的路徑ISPs-R-Us擁有更特定的IP位址:最後...Q:ISP如何取得一塊位址?A:ICANN:InternetCorporationforAssigned

NamesandNumbers配置位址管理DNS分派領(lǐng)域名稱，解決爭(zhēng)論IP位址:最後...Q:ISP如何取得一塊位址?NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯10.0.0.110.0.0.210.0.0.310.0.0.4138.76.29.7區(qū)域網(wǎng)路(例如，家庭網(wǎng)路)10.0.0/24網(wǎng)路的其他部分在這個(gè)網(wǎng)路中，來(lái)源端或目的端傳送的資料段，具有10.0.0/24的來(lái)源及主機(jī)位址(一般而言)所有離開(kāi)區(qū)域網(wǎng)路的資料段都具有相同的單一來(lái)源NATIP位址：138.76.29.7，不同的來(lái)源埠號(hào)NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯10.0.0.110.0.0.210.NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯動(dòng)機(jī):

區(qū)域網(wǎng)路對(duì)外界而言，通常只有一個(gè)IP位址:不需要從ISP取得一個(gè)範(fàn)圍的位址：只需要一個(gè)位址即可應(yīng)付所有裝置不需要通知外界，即可改變區(qū)域網(wǎng)路中的裝置位址不需要改變區(qū)域網(wǎng)路內(nèi)的裝置位址，即可變更ISP區(qū)域網(wǎng)路內(nèi)的裝置不需要明顯地被外面的世界定址、見(jiàn)到(增加安全性)NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯動(dòng)機(jī):區(qū)域網(wǎng)路對(duì)外界而言，通常只有一個(gè)NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯實(shí)作:NAT路徑必須:

送出的資料段:更換每一個(gè)送出的資料段(來(lái)源IP位址,埠號(hào))成為(NATIP位址,新埠號(hào))...遠(yuǎn)端用戶端/主機(jī)會(huì)使用(NATIP位址,新埠號(hào))做為目的端位址，來(lái)做回應(yīng)

記憶(在NAT轉(zhuǎn)譯表中)每一個(gè)(來(lái)源端IP位址,埠號(hào))到(NATIP位址,新埠號(hào))的轉(zhuǎn)譯對(duì)應(yīng)

進(jìn)入的資料段:更換每個(gè)進(jìn)入資料段目的欄位中的(NATIP位址,新埠號(hào))為儲(chǔ)存在NAT表中的對(duì)應(yīng)(來(lái)源端IP位址,埠號(hào))NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯實(shí)作:NAT路徑必須:

NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯10.0.0.110.0.0.210.0.0.3S:10.0.0.1,3345D:128.119.40.186,80110.0.0.4138.76.29.71:host10.0.0.1傳送資料段到128.119.40.186,80NAT轉(zhuǎn)譯表廣域網(wǎng)路端位址

區(qū)域網(wǎng)路端位址138.76.29.7,500110.0.0.1,3345…………S:128.119.40.186,80D:10.0.0.1,33454S:138.76.29.7,5001D:128.119.40.186,8022:NAT路由器將資料段中的來(lái)源位址從10.0.0.1,3345轉(zhuǎn)成138.76.29.7,5001,更新轉(zhuǎn)譯表S:128.119.40.186,80D:138.76.29.7,500133:

回應(yīng)抵達(dá)

目的端位址:138.76.29.7,50014:NAT路由器將資料段目的位址從138.76.29.7,5001轉(zhuǎn)成

10.0.0.1,3345

NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯10.0.0.110.0.0.210.0NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯16-位元的埠號(hào)欄位:利用單一的區(qū)域端位址，可提供60,000個(gè)同時(shí)連線!NAT是具有爭(zhēng)議性的:路由器只應(yīng)處理到第三層違反端點(diǎn)到端點(diǎn)的主張NAT可能會(huì)列入應(yīng)用程式的設(shè)計(jì)考量，例如P2P應(yīng)用程式位址不足的問(wèn)題應(yīng)該由IPv6來(lái)解決NAT:網(wǎng)路位址轉(zhuǎn)譯16-位元的埠號(hào)欄位:第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法ICMP:網(wǎng)際網(wǎng)路訊息控制協(xié)定主機(jī)和路由器使用來(lái)互相傳送網(wǎng)路層資訊的協(xié)定錯(cuò)誤回報(bào):無(wú)法到達(dá)主機(jī),網(wǎng)路,埠號(hào),協(xié)定回應(yīng)請(qǐng)求/回覆(由ping所使用)網(wǎng)路層，在IP“之上”:ICMP訊息在IP封包中載送ICMP訊息:

類型,代碼，加上導(dǎo)致錯(cuò)誤的IP資料段的前八個(gè)位元組類型

代碼

說(shuō)明00回應(yīng)訊息(ping)30目的端網(wǎng)路無(wú)法連上31目的端主機(jī)無(wú)法連上32目的端協(xié)定無(wú)法連上33目的端埠無(wú)法連上36目的端網(wǎng)路未知37目的端主機(jī)未知0來(lái)源抑制訊息(壅塞控制

–未使用)80回應(yīng)請(qǐng)求(ping)90路由器通告100路由器搜尋中110TTL過(guò)期120IP標(biāo)頭損毀ICMP:網(wǎng)際網(wǎng)路訊息控制協(xié)定主機(jī)和路由器使用來(lái)互相傳送網(wǎng)Traceroute與ICMP來(lái)源端傳送一系列的UDP資料分段給目的端第一個(gè)具有TTL=1第二個(gè)具有TTL=2,依此類推不可能的埠號(hào)當(dāng)?shù)趎個(gè)資料段抵達(dá)第n個(gè)路由器:路由器刪除資料段接著傳送一個(gè)ICMP訊息給來(lái)源端(類型11,代碼0)訊息中包含了路由器名稱以及IP位址當(dāng)ICMP訊息抵達(dá)時(shí)，來(lái)源端會(huì)計(jì)算RTTTraceroute會(huì)重複這個(gè)步驟三次停止的標(biāo)準(zhǔn)UDP資料分段最終會(huì)到達(dá)目的主機(jī)目的端會(huì)回傳ICMP“主機(jī)無(wú)法到達(dá)”封包(類型3,代碼3)當(dāng)來(lái)源端收到這個(gè)ICMP時(shí)，則會(huì)停止Traceroute與ICMP來(lái)源端傳送一系列的UDP資第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法IPv6一開(kāi)始的動(dòng)機(jī):

32位元的位址空間很快就使用殆盡了其他的動(dòng)機(jī):標(biāo)頭格式可以幫助處理/轉(zhuǎn)送更快速標(biāo)頭的改變可以幫助QOSIPv6資料段格式:

固定長(zhǎng)度的40位元組標(biāo)頭不允許切割I(lǐng)Pv6一開(kāi)始的動(dòng)機(jī):32位元的位址空間很快就使用殆盡了IPv6標(biāo)頭(續(xù))優(yōu)先權(quán):

辨識(shí)資料流中，資料封包間的優(yōu)先權(quán)資料流標(biāo)記:

辨識(shí)同一個(gè)「資料流」中的資料封包(「資料流」的概念沒(méi)有良好的定義)下接標(biāo)頭:

辨識(shí)資料的上層協(xié)定IPv6標(biāo)頭(續(xù))優(yōu)先權(quán):辨識(shí)資料流中，資料封包間的與IPv4的不同檢查和:

完全地移除，減少每一站的處理時(shí)間選項(xiàng):

允許，但在標(biāo)頭之外，由下接標(biāo)頭指向ICMPv6:

新版本的ICMP增加訊息類型,例如“封包太大”群體廣播群組管理功能與IPv4的不同檢查和:完全地移除，減少每一站的處理時(shí)從IPv4轉(zhuǎn)換成IPv6並不是所有的路由器可以同時(shí)升級(jí)無(wú)法使用“F日”假如網(wǎng)路的運(yùn)作混和了IPv4和IPv6的路由器會(huì)如何？建立通道:

在IPv4資料段的承載資料中，封裝完整的IPv6資料段，送往IPv4路由器。從IPv4轉(zhuǎn)換成IPv6並不是所有的路由器可以同時(shí)升級(jí)建立通道ABEFIPv6IPv6IPv6IPv6通道邏輯面:實(shí)際面:ABEFIPv6IPv6IPv6IPv6IPv4IPv4建立通道ABEFIPv6IPv6IPv6IPv6通道邏輯面:建立通道ABEFIPv6IPv6IPv6IPv6通道邏輯面:實(shí)際面:ABEFIPv6IPv6IPv6IPv6CDIPv4IPv4資料流:X來(lái)源端:A目的端:F資料資料流:X來(lái)源端:A目的端:F資料資料流:X來(lái)源端:A目的端:F資料來(lái)源端:B目的端:E資料流:X來(lái)源端:A目的端:F資料來(lái)源端:B目的端:EA-到-B:IPv6E-到-F:IPv6B-到-C:IPv6封裝在IPv4裡面B-到-C:IPv6封裝在IPv4裡面建立通道ABEFIPv6IPv6IPv6IPv6通道邏輯面:第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法1230111抵達(dá)封包的標(biāo)頭值路由演算法區(qū)域轉(zhuǎn)送表標(biāo)頭值輸出連結(jié)01000101011110013221路由和轉(zhuǎn)送的交互作用1230111抵達(dá)封包的標(biāo)頭值路由演算法區(qū)域轉(zhuǎn)送表標(biāo)頭值輸出uyxwvz2213112535圖形:G=(N,E)N=一組路由器={u,v,w,x,y,z}E=一組連結(jié)={(u,v),(u,x),(v,x),(v,w),(x,w),(x,y),(w,y),(w,z),(y,z)}抽象化圖形註:抽象化圖形在其它的網(wǎng)路應(yīng)用上也是很有用的例如:P2P,其中N為對(duì)等點(diǎn)的集合，而E為TCP連線的集合uyxwvz2213112535圖形:G=(N,E)抽抽象化圖形:成本uyxwvz2213112535

c(x,x’)=連結(jié)(x,x’)的成本-例如，c(w,z)=5

成本可能永遠(yuǎn)是1，或是相反地與頻寬相關(guān)，或是相反地與壅塞程度相關(guān)路徑(x1,x2,x3,…,xp)的成本=c(x1,x2)+c(x2,x3)+…+c(xp-1,xp)問(wèn)題:u和z之間的最小成本路徑為何?路由演算法:尋找最小成本路徑的演算法抽象化圖形:成本uyxwvz2213112535c(x,路由演算法的分類整體或分散式資訊?整體的:所有的路由器都擁有完整的拓樸及連結(jié)成本資訊“連結(jié)狀態(tài)”演算法分散式:

路由器知道實(shí)體連結(jié)的鄰居以及到鄰居的連結(jié)成本反覆地計(jì)算，以及與鄰居交換資訊“距離向量”演算法靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的?靜態(tài)的:

路徑隨著時(shí)間緩慢地改變動(dòng)態(tài)的:

較快速地改變路徑周期性的更新回應(yīng)連結(jié)成本的改變路由演算法的分類整體或分散式資訊?靜態(tài)的或動(dòng)態(tài)的?第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)路由演算法Dijkstra演算法已知所有節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)路拓樸，連結(jié)成本經(jīng)由「連結(jié)狀態(tài)廣播」完成每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有一樣的資訊從一個(gè)節(jié)點(diǎn)(來(lái)源端)開(kāi)始，到所有其他節(jié)點(diǎn)，計(jì)算最小成本路徑給定此節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)送表迴圈的:在k次迴圈以後，會(huì)知道k個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的最小成本路徑符號(hào):c(x,y):

從節(jié)點(diǎn)x到y(tǒng)的連結(jié)成本;=∞假如不是直接的鄰居D(v):

從來(lái)源端到目的端v目前的路徑成本值p(v):

沿著路徑上，從來(lái)源端到v的前一個(gè)節(jié)點(diǎn)N‘:

一組最小成本路徑已知的節(jié)點(diǎn)連結(jié)狀態(tài)路由演算法Dijkstra演算法符號(hào):Dijsktra演算法1Initialization:

2N'={u}3forallnodesv4ifvadjacenttou5thenD(v)=c(u,v)6elseD(v)=∞78Loop

9findwnotinN'suchthatD(w)isaminimum10addwtoN'11updateD(v)forallvadjacenttowandnotinN':12D(v)=min(D(v),D(w)+c(w,v))13/*newcosttoviseitheroldcosttovorknown14shortestpathcosttowpluscostfromwtov*/15untilallnodesinN'

Dijsktra演算法1Initialization:Dijkstra演算法:範(fàn)例Step012345N'uuxuxyuxyvuxyvwuxyvwzD(v),p(v)2,u2,u2,uD(w),p(w)5,u4,x3,y3,yD(x),p(x)1,uD(y),p(y)∞2,xD(z),p(z)∞∞4,y4,y4,yuyxwvz2213112535Dijkstra演算法:範(fàn)例StepN'D(v),p(vDijkstra演算法:範(fàn)例(2)uyxwvz結(jié)果：從u開(kāi)始的最短路徑樹:vxywz(u,v)(u,x)(u,x)(u,x)(u,x)目的連結(jié)結(jié)果：u的轉(zhuǎn)送表Dijkstra演算法:範(fàn)例(2)uyxwvz結(jié)果：Dijkstra演算法，討論演算法複雜度:n個(gè)節(jié)點(diǎn)每個(gè)迴圈:需要確認(rèn)不在N中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)wn(n+1)/2個(gè)比較:O(n2)可能更有效率的實(shí)作:O(nlogn)可能的擺動(dòng):例如，連結(jié)成本=該連結(jié)的載送負(fù)荷ADCB11+ee0e1100ADCB2+e0001+e1ADCB02+e1+e100ADCB2+e0e01+e1初始…重新計(jì)算路由…重新計(jì)算…重新計(jì)算Dijkstra演算法，討論演算法複雜度:n個(gè)節(jié)點(diǎn)AD第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法距離向量演算法Bellman-Ford方程式(動(dòng)態(tài)程式)定義dx(y):=從x到y(tǒng)之最小成本路徑的成本則dx(y)=min{c(x,v)+dv(y)}其中min符號(hào)作用於x的所有相鄰節(jié)點(diǎn)v距離向量演算法Bellman-Ford方程式(動(dòng)態(tài)程式Bellman-Ford範(fàn)例uyxwvz2213112535清楚地,dv(z)=5,dx(z)=3,dw(z)=3du(z)=min{c(u,v)+dv(z),c(u,x)+dx(z),c(u,w)+dw(z)}=min{2+5,1+3,5+3}=4可達(dá)成最小路徑的節(jié)點(diǎn)是最短路徑上的下一站

?轉(zhuǎn)送表B-F方程式說(shuō):Bellman-Ford範(fàn)例uyxwvz22131125距離向量演算法Dx(y)=從x到y(tǒng)的預(yù)估最小成本距離向量:Dx=[Dx(y):y?N]節(jié)點(diǎn)x知道到每一個(gè)鄰居v的成本:c(x,v)節(jié)點(diǎn)x維護(hù)Dx=[Dx(y):y?N]節(jié)點(diǎn)x也維護(hù)它的鄰居的距離向量對(duì)每一個(gè)鄰居v,x維護(hù)

Dv=[Dv(y):y?N]距離向量演算法Dx(y)=從x到y(tǒng)的預(yù)估最小成距離向量演算法(4)基本想法:

每一個(gè)節(jié)點(diǎn)定期地傳送它自己的距離向量預(yù)估值給鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)x收到來(lái)自鄰居的新DV預(yù)估值，它會(huì)使用B-F方程式更新它自己的DV:Dx(y)←minv{c(x,v)+Dv(y)}對(duì)每一個(gè)節(jié)點(diǎn)

y?N在一般的自然狀況下，預(yù)估的Dx(y)會(huì)涵蓋真正的最小成本

dx(y)距離向量演算法(4)基本想法:Dx(y)←minv{距離向量演算法(5)反覆的,非同步的:每一個(gè)地區(qū)性的迴圈皆導(dǎo)因於：地區(qū)連結(jié)的成本改變來(lái)自鄰居的DV更新訊息分散的:每個(gè)節(jié)點(diǎn)只在它的DV改變時(shí)，才會(huì)通知它的鄰居假如必要，鄰居節(jié)點(diǎn)才會(huì)再通知它的鄰居等待(鄰居節(jié)點(diǎn)的地區(qū)連結(jié)成本改變訊息)重新計(jì)算預(yù)估值假如到任何一個(gè)目的端的DV改變了，通知鄰居節(jié)點(diǎn)每一個(gè)節(jié)點(diǎn):距離向量演算法(5)反覆的,非同步的:每一個(gè)地區(qū)性的迴xyzxyz027∞∞∞∞∞∞來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)來(lái)源節(jié)點(diǎn)來(lái)源節(jié)點(diǎn)xyzxyz023來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz023來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz∞∞∞∞∞目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz027來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz023來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz023來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz027來(lái)源節(jié)點(diǎn)目的節(jié)點(diǎn)xyzxyz∞∞∞710目的節(jié)點(diǎn)∞201∞∞∞201710201710201310201310201310201310時(shí)序xz127y節(jié)點(diǎn)x的表節(jié)點(diǎn)y的表節(jié)點(diǎn)z的表Dx(y)=min{c(x,y)+Dy(y),c(x,z)+Dz(y)}

=min{2+0,7+1}=2Dx(z)=min{c(x,y)+

Dy(z),c(x,z)+Dz(z)}=min{2+1,7+0}=3xyzxyz027∞∞∞∞∞∞來(lái)源節(jié)點(diǎn)距離向量:連結(jié)成本改變連結(jié)成本改變:節(jié)點(diǎn)偵測(cè)到區(qū)域連結(jié)成本的改變更新路由資訊，重新計(jì)算距離向量假如DV改變，通知鄰居節(jié)點(diǎn)“好消息會(huì)以快速傳遞！”xz1450y1在時(shí)間點(diǎn)t0，y偵測(cè)到連結(jié)成本的變更，它會(huì)更新距離向量，並通知相鄰節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)t1，z接收來(lái)自y的更新訊息，更新自己的表格。它會(huì)計(jì)算出到x的新最小成本，並傳送給相鄰節(jié)點(diǎn)在時(shí)間點(diǎn)t2，y會(huì)接收到z的更新訊息，並且更新自己的距離表格。因?yàn)閥的最小成本並沒(méi)有改變，所以y不會(huì)傳送任何訊息給z。距離向量:連結(jié)成本改變連結(jié)成本改變:“好消息會(huì)xz1450距離向量:連結(jié)成本改變連結(jié)成本改變:好消息會(huì)以快速傳遞！壞消息會(huì)以慢速傳遞-“計(jì)算到無(wú)限大”的問(wèn)題!在演算法穩(wěn)定之前，需要44次迴圈:見(jiàn)課文抑制反轉(zhuǎn):

假如Z經(jīng)由Y到達(dá)目的端X:Z告訴Y它(Z)到達(dá)X的距離是無(wú)限大(因此Y不會(huì)試著經(jīng)由Z到達(dá)X)這個(gè)方法是否能完全解決「計(jì)算到無(wú)限大」的問(wèn)題呢？xz1450y60距離向量:連結(jié)成本改變連結(jié)成本改變:xz1450y60LS與DV演算法的比較訊息複雜度LS:n個(gè)節(jié)點(diǎn),E條連結(jié),O(nE)個(gè)傳送出去的訊息DV:只在鄰居之間交換收斂時(shí)間不固定收斂速度LS:O(n2)演算法需要O(nE)個(gè)訊息可能有擺動(dòng)DV:收斂速度不固定可能產(chǎn)生路由迴圈計(jì)算到無(wú)窮大的問(wèn)題強(qiáng)健性:

假如路由器故障會(huì)發(fā)生什麼問(wèn)題?LS:

節(jié)點(diǎn)可能會(huì)廣播不正確的連結(jié)成本每個(gè)節(jié)點(diǎn)只計(jì)算它自己的轉(zhuǎn)送表DV:DV節(jié)點(diǎn)可能會(huì)廣播不正確的路徑成本每個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)送表也被其他人所使用將錯(cuò)誤傳播到網(wǎng)路中LS與DV演算法的比較訊息複雜度強(qiáng)健性:假如路由器故第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法階層式路由規(guī)模:

具有兩億個(gè)目的端:無(wú)法將所有的目的端都儲(chǔ)存在路由器轉(zhuǎn)送表內(nèi)!路由表的交換將會(huì)淹沒(méi)所有連結(jié)!

自治管理權(quán)網(wǎng)際網(wǎng)路=網(wǎng)路的網(wǎng)路每個(gè)網(wǎng)路的管理者也許會(huì)想要控制自己網(wǎng)路中的路由我們所研究的路由到目前為止–理想化所有的路由器都相同網(wǎng)路是“平面的”…在現(xiàn)實(shí)中並非如此階層式路由規(guī)模:具有兩億個(gè)目的端:自治管理權(quán)我們所研究的路階層式路由將路由器聚集成區(qū)域,“自治系統(tǒng)”(AS)同樣AS中的路由器會(huì)執(zhí)行相同的路由協(xié)定“自治系統(tǒng)內(nèi)部”路由協(xié)定在不同AS間的路由器可以執(zhí)行不同的自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)定閘道路由器直接連結(jié)到另一個(gè)AS中的路由器階層式路由將路由器聚集成區(qū)域,“自治系統(tǒng)”(AS)閘道路3b1d3a1c2aAS3AS1AS21a2c2b1b自治系統(tǒng)內(nèi)部路由演算法自治系統(tǒng)間路由演算法轉(zhuǎn)送表3c互相連結(jié)的AS轉(zhuǎn)送表由自治系統(tǒng)內(nèi)部以及自治系統(tǒng)間的路由演算法兩者來(lái)設(shè)定自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)定設(shè)定內(nèi)部目的端的紀(jì)錄自治系統(tǒng)間以及自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)定設(shè)定外部目的端的紀(jì)錄3b1d3a1c2aAS3AS1AS21a2c2b1b自治系3b1d3a1c2aAS3AS1AS21a2c2b1b3c自治系統(tǒng)間的任務(wù)假設(shè)AS1中的路由器收到一個(gè)資料段，它的目的端在AS1外部路由器應(yīng)該要將封包轉(zhuǎn)送到其中一個(gè)閘道路由器，應(yīng)該是哪一個(gè)？AS1需要:學(xué)習(xí)哪一個(gè)目的端可以經(jīng)由AS2抵達(dá)，而哪一個(gè)可以經(jīng)由AS3抵達(dá)要傳播這個(gè)資訊到AS1中的所有路由器自治系統(tǒng)間路由器的工作!3b1d3a1c2aAS3AS1AS21a2c2b1b3c自範(fàn)例:設(shè)定路由器1d的轉(zhuǎn)送表假設(shè)AS1從自治系統(tǒng)間的路由協(xié)定學(xué)習(xí)到子網(wǎng)路

x

可以經(jīng)由AS3(閘道路由器1c)抵達(dá)，但是不可由AS2抵達(dá)。自治系統(tǒng)間路由協(xié)定將這個(gè)資訊傳播到所有的內(nèi)部路由器。路由器1d由自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由資訊決定，它的介面

I

在通往1c的最小成本路徑上。在轉(zhuǎn)送表中放入紀(jì)錄(x,I)。範(fàn)例:設(shè)定路由器1d的轉(zhuǎn)送表假設(shè)AS1從自治系統(tǒng)間的路從自治系統(tǒng)間的路由協(xié)定得知子網(wǎng)路x可經(jīng)由多個(gè)閘道到達(dá)使用自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)定資訊以決定到達(dá)每個(gè)閘道之最小成本路徑的成本燙手山芋路由法：選擇最小成本為最低的閘道路由器。由轉(zhuǎn)送表決定連結(jié)到該最小成本閘道的介面I。在轉(zhuǎn)送表中輸入(x,I)。範(fàn)例:由多個(gè)AS中做選擇現(xiàn)在假設(shè)AS1從自治系統(tǒng)間路由協(xié)定得知，子網(wǎng)路x

可以經(jīng)由AS3以及AS2到達(dá)。要設(shè)定轉(zhuǎn)送表，路由器1d必須決定它要經(jīng)由哪一個(gè)閘道路由器轉(zhuǎn)送到目的

x的封包。這也是自治系統(tǒng)間路由協(xié)定的工作!燙手山芋路由法:

將封包經(jīng)由兩個(gè)路由器中較近的一個(gè)傳送。從自治系統(tǒng)間的路使用自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由協(xié)定資訊以決定到達(dá)每個(gè)第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法自治系統(tǒng)內(nèi)部路由法也稱為內(nèi)部閘道協(xié)定

(IGP)最常見(jiàn)的自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)定:RIP:路由資訊協(xié)定OSPF:開(kāi)放最短路徑優(yōu)先IGRP:內(nèi)部閘道路由協(xié)定(Cisco專利)自治系統(tǒng)內(nèi)部路由法也稱為內(nèi)部閘道協(xié)定(IGP)第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法RIP(路由資訊協(xié)定)距離向量演算法包含在1982年的BSD-UNIXDistribution中距離計(jì)量:hop數(shù)目(最大=15個(gè)hop)DCBAuvwxyz目的端

轉(zhuǎn)送次數(shù)u1v2w2x3y3z2

從路由器A到不同的子網(wǎng)路:RIP(路由資訊協(xié)定)距離向量演算法DCBAuvwxyz目RIP廣播距離向量:每隔30秒使用回應(yīng)訊息(也稱做通告)，在相鄰節(jié)點(diǎn)間交換每個(gè)通告:自治系統(tǒng)內(nèi)最多達(dá)25個(gè)目的端子網(wǎng)路的清單RIP廣播距離向量:每隔30秒使用回應(yīng)訊息(也稱做通告)，RIP:範(fàn)例

目的端網(wǎng)路下一個(gè)路由器到目的端所需的轉(zhuǎn)送次數(shù)

w A 2

y B 2

z B 7

x -- 1 …. …. ....wxyzACDBD中的路由表RIP:範(fàn)例目的端網(wǎng)路下一RIP:範(fàn)例

目的端網(wǎng)路 下一個(gè)路由器

到目的端所需的轉(zhuǎn)送次數(shù)

w A 2

y B 2

z BA 75

x -- 1 …. …. ....D中的路由表wxyzACDB目的端下一個(gè)轉(zhuǎn)送次數(shù)

w -1

x -1z C4…. …...從A到D的通告RIP:範(fàn)例目的端網(wǎng)路 下一個(gè)路由器RIP:連結(jié)失敗以及復(fù)原假如在180秒內(nèi)沒(méi)有收到通告-->相鄰節(jié)點(diǎn)/連結(jié)宣告死亡經(jīng)過(guò)相鄰節(jié)點(diǎn)的路由是無(wú)效的新的通告會(huì)被傳送給相鄰節(jié)點(diǎn)相鄰節(jié)點(diǎn)依序?qū)⑿碌耐ǜ鎮(zhèn)魉统鋈?假如路由表改變)連結(jié)失敗的訊息會(huì)很快地傳送到整個(gè)網(wǎng)路抑制反轉(zhuǎn)會(huì)用來(lái)防止來(lái)回反彈的迴圈(無(wú)限距離=16hops)RIP:連結(jié)失敗以及復(fù)原假如在180秒內(nèi)沒(méi)有收到通告--RIP路由表的處理利用應(yīng)用層行程來(lái)管理的RIP路由表稱為route-d(背景程式)通告以UDP封包傳送，會(huì)定期重複實(shí)體層l連結(jié)層網(wǎng)路層轉(zhuǎn)送表(IP)傳輸層(UDP)routed實(shí)體層連結(jié)層網(wǎng)路層(IP)傳輸層(UDP)routed轉(zhuǎn)送表RIP路由表的處理利用應(yīng)用層行程來(lái)管理的RIP路由表稱為第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法OSPF(開(kāi)放最短路徑優(yōu)先)“開(kāi)放”:可公開(kāi)取得使用連結(jié)狀態(tài)協(xié)定LS封包散佈每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的拓樸圖使用Dijkstra演算法計(jì)算路由OSPF通告為每一個(gè)相鄰路由器載送一個(gè)紀(jì)錄通告散佈到整個(gè)

AS(藉著洪流法)直接經(jīng)由IP載送OSPF訊息(而非TCP或UDP)OSPF(開(kāi)放最短路徑優(yōu)先)“開(kāi)放”:可公開(kāi)取得OSPF“進(jìn)階”功能(不含在RIP中)安全性:

所有的OSPF訊息都需要認(rèn)證(防止惡意入侵)允許多條相同成本路徑

(在RIP中只允許一條)對(duì)每一條連結(jié)，對(duì)不同的TOS允許多個(gè)成本計(jì)量

(例如，將衛(wèi)星連結(jié)的成本設(shè)為「低」適用於盡全力服務(wù)；高適用於即時(shí)服務(wù))整合支援單點(diǎn)廣播和群播路由:群播OSPF(MOSPF)使用與OSPF同樣的拓樸資料庫(kù)大領(lǐng)域中的階層式OSPFOSPF“進(jìn)階”功能(不含在RIP中)安全性:所階層式OSPF階層式OSPF階層式OSPF兩個(gè)層級(jí)的階層:

區(qū)域，主幹連結(jié)狀態(tài)的廣播只在區(qū)域中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都擁有區(qū)域的拓樸細(xì)節(jié)；對(duì)其他區(qū)域的網(wǎng)路只知道方向區(qū)域邊界路由器:

「總結(jié)」本身區(qū)域中到各網(wǎng)路的距離，通告到其他的區(qū)域邊界路由器主幹路由器:

執(zhí)行限制在主幹區(qū)域內(nèi)的OSPF路由自治系統(tǒng)邊界路由器:

連接到其它的AS階層式OSPF兩個(gè)層級(jí)的階層:區(qū)域，主幹第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法網(wǎng)際網(wǎng)路自治系統(tǒng)間路由:BGPBGP(邊界閘道協(xié)定):

現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn)BGP為每個(gè)AS提供以下功用:從相鄰的AS得到子網(wǎng)路的可到達(dá)資訊傳播可到達(dá)資訊給AS內(nèi)部的所有路由器根據(jù)其可到達(dá)資訊以及AS策略決定一個(gè)到達(dá)子網(wǎng)路的「好」路徑允許一個(gè)子網(wǎng)路向網(wǎng)際網(wǎng)路的其餘部分通告它的存在:“我在這裡”網(wǎng)際網(wǎng)路自治系統(tǒng)間路由:BGPBGP(邊界閘道協(xié)定):BGP的基礎(chǔ)成對(duì)的路由器(BGP對(duì)等點(diǎn))經(jīng)由半永久性的TCP連結(jié)來(lái)交換路由資訊:BGP會(huì)談注意BGP會(huì)談並不一定相等於實(shí)體連線當(dāng)AS2通告了一個(gè)前置代碼給AS1，AS2保證它會(huì)轉(zhuǎn)送任何想要到達(dá)該前置代碼位址的資料段至前往該位址的路徑上AS2可以整合它的通告中的前置代碼3b1d3a1c2aAS3AS1AS21a2c2b1b3c外部eBGP會(huì)談內(nèi)部iBGP會(huì)談BGP的基礎(chǔ)成對(duì)的路由器(BGP對(duì)等點(diǎn))經(jīng)由半永久性散佈可達(dá)性的資訊經(jīng)由閘道路由器3a和1c間的eBGP會(huì)談，AS3會(huì)傳送其可到達(dá)的前置代碼清單給AS11c接著可以使用iBGP將這個(gè)新的前置代碼的可到達(dá)資訊散佈到AS1的所有路由器中1b接著會(huì)經(jīng)由1b到2a的eBGP會(huì)談，再通告這個(gè)新的可到達(dá)資訊給AS2當(dāng)路由器學(xué)到一個(gè)新的前置代碼，它會(huì)在它的轉(zhuǎn)送表中為這個(gè)前置碼建立一個(gè)紀(jì)錄3b1d3a1c2aAS3AS1AS21a2c2b1b3ceBGP會(huì)談iBGP會(huì)談散佈可達(dá)性的資訊經(jīng)由閘道路由器3a和1c間的eBG路徑屬性和BGP路由當(dāng)通告一個(gè)前置代碼時(shí)，通告中會(huì)包含BGP屬性前置碼+屬性=“路由”兩個(gè)重要的屬性:AS-PATH:

包含了該前置碼通告已經(jīng)通過(guò)的AS:AS67AS17NEXT-HOP:

指定到達(dá)下一個(gè)AS的特定自治系統(tǒng)間路由器(可能有數(shù)條實(shí)體連線從目前的AS到下一個(gè)AS)當(dāng)閘道路由器接收到路由通告時(shí)，使用進(jìn)口策略來(lái)決定接收/拒絕路徑屬性和BGP路由當(dāng)通告一個(gè)前置代碼時(shí)，通告中會(huì)包含BGP路由選擇路由器可能得知到達(dá)某一前置代碼將有多於一條的路由。路由器必須選擇一個(gè)路由。消去法:區(qū)域偏好值屬性:策略決定最短AS路徑最近的下一站路由器:燙手山芋路由法其他的原則BGP路由選擇路由器可能得知到達(dá)某一前置代碼將有多於一條的BGP訊息BGP使用TCP交換訊息BGP訊息:OPEN:

開(kāi)啟與對(duì)等點(diǎn)與認(rèn)證傳送端的TCP連線UPDATE:

通告新的路徑(或抽掉舊的)KEEPALIVE

在缺少UPDATE的情況下，保持連線的存活；也用來(lái)確認(rèn)OPEN訊息NOTIFICATION:

回報(bào)前一個(gè)訊息中的錯(cuò)誤;也用來(lái)關(guān)閉連線BGP訊息BGP使用TCP交換訊息BGP路由策略A,B,C為提供者網(wǎng)路X,W,Y為用戶網(wǎng)路(提供者網(wǎng)路的)X為雙位址:

連接到兩個(gè)網(wǎng)路X不想讓B知道經(jīng)由X到C的路徑..因此X不會(huì)通知B有到C的路徑BGP路由策略A,B,C為提供者網(wǎng)路BGP路由策略(2)A通告B路徑AWB通告X路徑BAWB應(yīng)該要通告C路徑BAW嗎?當(dāng)然不!B沒(méi)有任何的收入來(lái)自路由CBAW，因?yàn)閃和C都不是B的客戶。B想要強(qiáng)制C經(jīng)由A來(lái)路由B想要只到/從它的客戶來(lái)路由!BGP路由策略(2)A通告B路徑AW為什麼會(huì)有不同的AS之間和AS內(nèi)部路由協(xié)定?

策略:

在AS之間:管理者希望控制它的資料流路由的方式，以及哪些資料流經(jīng)它的網(wǎng)路路由。在AS內(nèi)部:單一的管理,因此不需要策略決定規(guī)模:階層式的路由能節(jié)省路由表大小，減少更新訊息的資料量效能:

在AS內(nèi)部:能夠集中在效能的考量上在AS之間:策略的考量在效能之上為什麼會(huì)有不同的AS之間和AS內(nèi)部路由協(xié)定?策略:第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.2虛擬線路和資料段網(wǎng)路4.3路由器的內(nèi)部為何4.4IP:網(wǎng)際網(wǎng)路協(xié)定資料段格式IPv4的定址法網(wǎng)際網(wǎng)路控制訊息協(xié)定(ICMP)IPv64.5路由演算法連結(jié)狀態(tài)距離向量階層式路由4.6網(wǎng)際網(wǎng)路的路由RIPOSPFBGP4.7廣播與群播路由第四章:網(wǎng)路層和路由法4.1簡(jiǎn)介4.5路由演算法R1R2R3R4來(lái)源端複製R1R2R3R4網(wǎng)路中複製複製建立/傳送複製複製廣播路由從來(lái)源端傳送封包到所有其他的節(jié)點(diǎn)來(lái)源端複製是不足的:來(lái)源端複製:來(lái)源端要如何決定接收位址?R1R2R3R4來(lái)源端複製R1R2R3R4網(wǎng)路中複製複製複製網(wǎng)路中複製洪流法:當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到廣播封包時(shí)，會(huì)複製給它所有的鄰居問(wèn)題:循環(huán)以及廣播風(fēng)暴受控制的洪流