第五章 網(wǎng)絡(luò)層與網(wǎng)絡(luò)互連2

劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)

劃分子網(wǎng)1.從兩級(jí)IP地址到三級(jí)IP地址在ARPANET的早期，IP地址的設(shè)計(jì)確實(shí)不夠合理。IP地址空間的利用率有時(shí)很低。給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)會(huì)使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)性能變壞。兩級(jí)的IP地址不夠靈活。

從1985年起在IP地址中又增加了一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)的IP地址變成為三級(jí)的IP地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting)。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。三級(jí)的IP地址劃分子網(wǎng)純屬一個(gè)單位內(nèi)部的事情。這個(gè)單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)比特作為子網(wǎng)號(hào)

subnet-id，而主機(jī)號(hào)host-id也就相應(yīng)減少了若干個(gè)比特。IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)號(hào)>,<子網(wǎng)號(hào)>,<主機(jī)號(hào)>}(6-2)劃分子網(wǎng)的基本思路凡是從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給本單位某個(gè)主機(jī)的IP數(shù)據(jù)報(bào)，仍然是根據(jù)IP數(shù)據(jù)報(bào)的目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)

net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡(luò)上的路由器。然后此路由器在收到IP數(shù)據(jù)報(bào)后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id和子網(wǎng)號(hào)subnet-id找到目的子網(wǎng)。最后就將IP數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī)。劃分子網(wǎng)的基本思路（續(xù)）………145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0的分組均到達(dá)此路由器我的網(wǎng)絡(luò)地址是145.13.0.0R1R3R2網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0一個(gè)未劃分子網(wǎng)的B類網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0劃分為三個(gè)子網(wǎng)后對(duì)外仍是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8………子網(wǎng)145.13.21.0子網(wǎng)145.13.3.0

子網(wǎng)145.13.7.0所有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0的分組均到達(dá)此路由器網(wǎng)絡(luò)145.13.0.0R1R3R2當(dāng)沒有劃分子網(wǎng)時(shí)，IP地址是兩級(jí)結(jié)構(gòu)，地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段也就是IP地址的“因特網(wǎng)部分”，而主機(jī)號(hào)字段是IP地址的“本地部分”。劃分子網(wǎng)后IP地址就變成了三級(jí)結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)只是將IP地址的本地部分進(jìn)行再劃分，而不改變IP地址的因特網(wǎng)部分。劃分子網(wǎng)后變成了三級(jí)結(jié)構(gòu)從一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部并無法判斷源主機(jī)或目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進(jìn)行了子網(wǎng)的劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnetmask)可以很方便地找出IP地址中的子網(wǎng)部分。2.子網(wǎng)掩碼IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id主機(jī)號(hào)host-id兩級(jí)IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-idhost-id三級(jí)IP地址主機(jī)號(hào)subnet-id子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)掩碼因特網(wǎng)部分本地部分因特網(wǎng)部分本地部分劃分子網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0(IP

地址)AND(子網(wǎng)掩碼)=

網(wǎng)絡(luò)地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id主機(jī)號(hào)host-id兩級(jí)IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)三級(jí)IP地址主機(jī)號(hào)net-idhost-idsubnet-id子網(wǎng)號(hào)子網(wǎng)掩碼因特網(wǎng)部分本地部分因特網(wǎng)部分本地部分劃分子網(wǎng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0ANDnet-idnet-idhost-id為全0net-id網(wǎng)絡(luò)地址A類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255.0.0.0網(wǎng)絡(luò)地址B類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255.255.0.0網(wǎng)絡(luò)地址C類地址默認(rèn)子網(wǎng)掩碼255.255.255.0111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111100000000host-id為全0host-id為全0A類、B類和C類IP地址的默認(rèn)子網(wǎng)掩碼在不劃分子網(wǎng)的兩級(jí)IP地址下，從IP地址得出網(wǎng)絡(luò)地址是個(gè)很簡(jiǎn)單的事。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從IP地址卻不能惟一地得出網(wǎng)絡(luò)地址來，這是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)地址取決于那個(gè)網(wǎng)絡(luò)所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報(bào)的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應(yīng)的改動(dòng)。使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12劃分子網(wǎng)后分組的轉(zhuǎn)發(fā)舉例課件制作人：謝希仁主機(jī)H1要發(fā)送分組給H2

128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12要發(fā)送的分組的目的IP地址：128.30.33.138請(qǐng)注意：H1

并不知道

H2

連接在哪一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。H1

僅僅知道

H2

的

IP

地址是128.30.33.138因此

H1

首先檢查主機(jī)

128.30.33.138

是否連接在本網(wǎng)絡(luò)上如果是，則直接交付；否則，就送交路由器

R1，并逐項(xiàng)查找路由表。128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12主機(jī)H1

首先將

本子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼255.255.255.128

與分組的

IP

地址128.30.33.138逐比特相“與”(AND

操作)255.255.255.128AND128.30.33.138的計(jì)算255就是二進(jìn)制的全1，因此255ANDxyz=xyz，這里只需計(jì)算最后的128AND138即可。128→10000000138→10001010逐比特AND

操作后：10000000→128255.255.255.128128.30.33.138255.255.255.128逐比特AND

操作H1

的網(wǎng)絡(luò)地址因此H1必須把分組傳送到路由器R1

然后逐項(xiàng)查找路由表128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12課件制作人：謝希仁路由器R1收到分組后就用路由表中第1個(gè)項(xiàng)目的

子網(wǎng)掩碼和128.30.33.138逐比特AND

操作128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128AND128.30.33.138=128.30.33.128不匹配!（因?yàn)?28.30.33.128與路由表中的128.30.33.0不一致）R1

收到的分組的目的IP地址：128.30.33.138不一致課件制作人：謝希仁路由器R1再用路由表中第2個(gè)項(xiàng)目的

子網(wǎng)掩碼和128.30.33.138逐比特AND

操作128.30.33.10目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認(rèn)路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡(luò)地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128AND128.30.33.138=128.30.33.128匹配!這表明子網(wǎng)2就是收到的分組所要尋找的目的網(wǎng)絡(luò)R1

收到的分組的目的IP地址：128.30.33.138一致!課件制作人：謝希仁在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法(1)從收到的分組的首部提取目的IP地址D。(2)先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和D逐比特相“與”，看是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3)若路由表中有目的地址為D的特定主機(jī)路由，則將分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4)對(duì)路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和

D逐比特相“與”，若其結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5)若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6)報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而在

1992

年因特網(wǎng)仍然面臨三個(gè)必須盡早解決的問題，這就是：B類地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在1994年3月全部分配完畢！因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項(xiàng)目數(shù)急劇增長(zhǎng)（從幾千個(gè)增長(zhǎng)到幾萬個(gè)）。整個(gè)IPv4的地址空間最終將全部耗盡。無分類編址CIDR

1.網(wǎng)絡(luò)前綴

1987年，RFC1009就指明了在一個(gè)劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)中可同時(shí)使用幾個(gè)不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進(jìn)一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎(chǔ)上又進(jìn)一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。IP編址問題的演進(jìn)CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長(zhǎng)度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。IP地址從三級(jí)編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級(jí)編址。CIDR最主要的特點(diǎn)無分類的兩級(jí)編址的記法是：IP地址::={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機(jī)號(hào)>}(6-3)CIDR還使用“斜線記法”(slashnotation)，它又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個(gè)斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特?cái)?shù)（這個(gè)數(shù)值對(duì)應(yīng)于三級(jí)編址中子網(wǎng)掩碼中比特1的個(gè)數(shù)）。CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。

無分類的兩級(jí)編址CIDR地址塊128.14.32.0/20表示的地址塊共有212個(gè)地址（因?yàn)樾本€后面的20是網(wǎng)絡(luò)前綴的比特?cái)?shù)，所以主機(jī)號(hào)的比特?cái)?shù)是12）。這個(gè)地址塊的起始地址是128.14.32.0。在不需要指出地址塊的起始地址時(shí)，也可將這樣的地址塊簡(jiǎn)稱為“/20地址塊”。128.14.32.0/20地址塊的最小地址：128.14.32.0128.14.32.0/20地址塊的最大地址：128.14.32.255全0和全1的主機(jī)號(hào)地址一般不使用。128.14.32.0/20表示的地址（212個(gè)地址）1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

00100000000000101000000000001110

00100000000000111000000000001110

00100000000001001000000000001110

00100000000001011000000000001110

00101111111110111000000000001110

00101111111111001000000000001110

00101111111111011000000000001110

00101111111111101000000000001110

0010111111111111所有地址的20bit前綴都是一樣的最小地址最大地址一個(gè)CIDR地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱為路由聚合，它使得路由表中的一個(gè)項(xiàng)目可以表示很多個(gè)（例如上千個(gè)）原來傳統(tǒng)分類地址的路由。路由聚合也稱為構(gòu)成超網(wǎng)(supernetting)。CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。對(duì)于

/20

地址塊，它的掩碼是

20

個(gè)連續(xù)的1。斜線記法中的數(shù)字就是掩碼中1的個(gè)數(shù)。路由聚合(routeaggregation)CIDR記法的其他形式10.0.0.0/10可簡(jiǎn)寫為10/10，也就是將點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。10.0.0.0/10隱含地指出IP地址10.0.0.0的掩碼是255.192.0.0。此掩碼可表示為

1111111111000000000000000000000025519200掩碼中有10個(gè)連續(xù)的1CIDR記法的其他形式10.0.0.0/10可簡(jiǎn)寫為10/10，也就是將點(diǎn)分十進(jìn)制中低位連續(xù)的0省略。10.0.0.0/10相當(dāng)于指出IP地址10.0.0.0的掩碼是255.192.0.0，即

11111111110000000000000000000000網(wǎng)絡(luò)前綴的后面加一個(gè)星號(hào)*的表示方法如0000101000*，在星號(hào)*之前是網(wǎng)絡(luò)前綴，而星號(hào)*表示IP地址中的主機(jī)號(hào)，可以是任意值。構(gòu)成超網(wǎng)前綴長(zhǎng)度不超過23bit的CIDR地址塊都包含了多個(gè)C類地址。這些C類地址合起來就構(gòu)成了超網(wǎng)。CIDR地址塊中的地址數(shù)一定是2的整數(shù)次冪。網(wǎng)絡(luò)前綴越短，其地址塊所包含的地址數(shù)就越多。而在三級(jí)結(jié)構(gòu)的IP地址中，劃分子網(wǎng)是使網(wǎng)絡(luò)前綴變長(zhǎng)。CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23

單位地址塊二進(jìn)制表示地址數(shù)

ISP206.0.64.0/1811001110.00000000.01*16384

大學(xué)206.0.68.0/2211001110.00000000.010001*1024

一系206.0.68.0/2311001110.00000000.0100010*512

二系206.0.70.0/2411001110.00000000.01000110.*256

三系206.0.71.0/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系206.0.71.128/2511001110.00000000.01000111.1*128CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學(xué)X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23這個(gè)ISP共有64個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)。如果不采用CIDR技術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個(gè)路由器的路由表中，就需要有64個(gè)項(xiàng)目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的1個(gè)項(xiàng)目206.0.64.0/18就能找到該ISP。2.最長(zhǎng)前綴匹配使用CIDR時(shí)，路由表中的每個(gè)項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果。應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)前綴的路由：最長(zhǎng)前綴匹配(longest-prefixmatching)。網(wǎng)絡(luò)前綴越長(zhǎng)，其地址塊就越小，因而路由就越具體。最長(zhǎng)前綴匹配又稱為最長(zhǎng)匹配或最佳匹配。

最長(zhǎng)前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=206.0.68.0/22路由表中的項(xiàng)目：206.0.68.0/22（ISP）

206.0.71.128/25（四系）查找路由表中的第1個(gè)項(xiàng)目ANDD=206.0.01000100.0第1個(gè)項(xiàng)目206.0.68.0/22的掩碼M

有22個(gè)連續(xù)的1。M=11111111111111111111110000000000因此只需把D

的第3個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111110000000000206.0.01000100.0與206.0.68.0/22匹配最長(zhǎng)前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=206.0.68.0/22路由表中的項(xiàng)目：206.0.68.0/22（ISP）

206.0.71.128/25（四系）再查找路由表中的第2個(gè)項(xiàng)目ANDD=206.0.71.10000000第2個(gè)項(xiàng)目206.0.71.128/25的掩碼M

有25個(gè)連續(xù)的1。M=11111111111111111111111110000000因此只需把D

的第4個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制。M=11111111111111111111111110000000206.0.71.10000000與206.0.71.128/25匹配最長(zhǎng)前綴匹配DAND(11111111111111111111110000000000)=206.0.68.0/22匹配DAND(11111111111111111111111110000000)=206.0.71.128/25匹配選擇兩個(gè)匹配的地址中更具體的一個(gè)，即選擇最長(zhǎng)前綴的地址。

3.使用二叉線索查找路由表當(dāng)路由表的項(xiàng)目數(shù)很大時(shí)，怎樣設(shè)法減小路由表的查找時(shí)間就成為一個(gè)非常重要的問題。為了進(jìn)行更加有效的查找，通常是將無分類編址的路由表存放在一種層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，然后自上而下地按層次進(jìn)行查找。這里最常用的就是二叉線索(binarytrie)。IP地址中從左到右的比特值決定了從根結(jié)點(diǎn)逐層向下層延伸的路徑，而二叉線索中的各個(gè)路徑就代表路由表中存放的各個(gè)地址。為了提高二叉線索的查找速度，廣泛使用了各種壓縮技術(shù)。路由器在

網(wǎng)際互連中的作用路由器的構(gòu)成當(dāng)主機(jī)A要向另一個(gè)主機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，先要檢查目的主機(jī)B是否與源主機(jī)A連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。如果是，就將數(shù)據(jù)報(bào)直接交付給目的主機(jī)B而不需要通過路由器。但如果目的主機(jī)與源主機(jī)A不是連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上，則應(yīng)將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送給本網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)路由器，由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)路由器。這就叫作間接交付。

直接交付和間接交付間接交付間接交付間接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但間接交付就必須使用路由器路由器路由器是一種具有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口的專用計(jì)算機(jī),其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組.典型的路由器的結(jié)構(gòu)路由選擇路由選擇處理機(jī)路由選擇協(xié)議路由表3輸入端口3交換結(jié)構(gòu)輸入端口輸出端口分組轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)表分組處理輸出端口……11133122223——網(wǎng)絡(luò)層2——數(shù)據(jù)鏈路層1——物理層“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的IP數(shù)據(jù)報(bào)從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去?！奥酚蛇x擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓闆r，動(dòng)態(tài)地改變所選擇的路由。路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。在討論路由選擇的原理時(shí)，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別，而是籠統(tǒng)的使用“路由表”輸入端口對(duì)線路上

收到的分組的處理數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢?，將分組送到網(wǎng)絡(luò)層的隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。這會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延。物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡(luò)層處理分組排隊(duì)

交換結(jié)構(gòu)

輸入端口的處理從線路接收分組查表和轉(zhuǎn)發(fā)輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來的分組發(fā)送到線路當(dāng)交換結(jié)構(gòu)傳送過來的分組先進(jìn)行緩存。數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路。物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡(luò)層處理分組排隊(duì)

輸出端口的處理向線路發(fā)送分組緩存管理交換結(jié)構(gòu)分組丟棄若路由器處理分組的速率趕不上分組進(jìn)入隊(duì)列的速率，則隊(duì)列的可用存儲(chǔ)空間最終必定減少到零，這就使后面再進(jìn)入隊(duì)列的分組由于沒有存儲(chǔ)空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出隊(duì)列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。

網(wǎng)絡(luò)互相連接起來

要使用一些中間設(shè)備當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時(shí)，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少?；ヂ?lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。由于歷史的原因，許多有關(guān)TCP/IP

的文獻(xiàn)將網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器互連網(wǎng)絡(luò)與虛擬互連網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)(a)互連網(wǎng)絡(luò)(b)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)路由器

虛擬互連網(wǎng)絡(luò)（IP網(wǎng)）虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用IP協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。使用IP協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡(luò)可簡(jiǎn)稱為IP網(wǎng)。使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。名詞internet和Internet以小寫字母i開始的internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個(gè)通用名詞，它泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的虛擬網(wǎng)絡(luò)。以大寫字母I開始的的Internet（因特網(wǎng)）則是一個(gè)專用名詞，它指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用

TCP/IP

協(xié)議族，且其前身是美國(guó)的ARPANET。因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議

有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念1.理想的路由算法算法必須是正確的和完整的。算法在計(jì)算上應(yīng)簡(jiǎn)單。算法應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓@就是說，要有自適應(yīng)性。算法應(yīng)具有穩(wěn)定性。算法應(yīng)是公平的。算法應(yīng)是最佳的。代價(jià)在研究路由選擇時(shí)，需要給每一條鏈路指明一定的代價(jià)(cost)。這里“代價(jià)”并不是指“錢”，而是由一個(gè)或幾個(gè)因素綜合決定的一種度量(metric)，如鏈路長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)率、鏈路容量、是否要保密、傳播時(shí)延等，甚至還可以是一天中某一個(gè)小時(shí)內(nèi)的通信量、結(jié)點(diǎn)的緩存被占用的程度、鏈路差錯(cuò)率等。最佳路由不存在一種絕對(duì)的最佳路由算法。所謂“最佳”只能是相對(duì)于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。實(shí)際的路由選擇算法，應(yīng)盡可能接近于理想的算法。路由選擇是個(gè)非常復(fù)雜的問題它是網(wǎng)絡(luò)中的所有結(jié)點(diǎn)共同協(xié)調(diào)工作的結(jié)果。路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時(shí)無法事先知道。

從路由算法的自適應(yīng)性考慮靜態(tài)路由選擇策略——即非自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和開銷較小，但不能及時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。動(dòng)態(tài)路由選擇策略——即自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，但實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，開銷也比較大。2.分層次的路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)采用分層次的路由選擇協(xié)議。因特網(wǎng)的規(guī)模非常大。如果讓所有的路由器知道所有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)怎樣到達(dá)，則這種路由表將非常大，處理起來也太花時(shí)間。而所有這些路由器之間交換路由信息所需的帶寬就會(huì)使因特網(wǎng)的通信鏈路飽和。許多單位不愿意外界了解自己?jiǎn)挝痪W(wǎng)絡(luò)的布局細(xì)節(jié)和本部門所采用的路由選擇協(xié)議（這屬于本部門內(nèi)部的事情），但同時(shí)還希望連接到因特網(wǎng)上。自治系統(tǒng)(autonomoussystem)因特網(wǎng)將整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)劃分為許多較小的自治系統(tǒng)AS。一個(gè)自治系統(tǒng)是一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)，其最重要的特點(diǎn)就是自治系統(tǒng)有權(quán)自主地決定在本系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)采用何種路由選擇協(xié)議。一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)都屬于一個(gè)行政單位(例如，一個(gè)公司，一所大學(xué)，政府的一個(gè)部門，等等)來管轄。一個(gè)自治系統(tǒng)的所有路由器在本自治系統(tǒng)內(nèi)都必須是連通的。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議

IGP(InteriorGatewayProtocol)即在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，如RIP和OSPF協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP(ExternalGatewayProtocol)若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)傳到一個(gè)自治系統(tǒng)的邊界時(shí)，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個(gè)自治系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP。在外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中目前使用最多的是BGP-4。R1H1H2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（例如，RIP）自治系統(tǒng)A自治系統(tǒng)B自治系統(tǒng)CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（例如，OSPF）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2自治系統(tǒng)和

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議這里要指出兩點(diǎn)因特網(wǎng)的早期RFC文檔中未使用“路由器”而是使用“網(wǎng)關(guān)”這一名詞。但是在新的RFC文檔中又使用了“路由器”這一名詞。應(yīng)當(dāng)把這兩個(gè)屬于當(dāng)作同義詞。IGP和EGP是協(xié)議類別的名稱。但RFC在使用EGP這個(gè)名詞時(shí)出現(xiàn)了一點(diǎn)混亂，因?yàn)樽钤绲囊粋€(gè)外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的協(xié)議名字正好也是EGP。因此在遇到名詞EGP時(shí)，應(yīng)弄清它是指舊的協(xié)議EGP還是指外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP這個(gè)類別。因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP：具體的協(xié)議有多種，如RIP和OSPF等。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP：目前使用的協(xié)議就是BGP。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP

(RoutingInformationProtocol)1.工作原理路由信息協(xié)議RIP是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)路由器都要維護(hù)從它自己到其他每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。

“距離”的定義從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為1。從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1。RIP協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hopcount)，因?yàn)槊拷?jīng)過一個(gè)路由器，跳數(shù)就加1?！熬嚯x”的定義RIP認(rèn)為一個(gè)好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。RIP允許一條路徑最多只能包含15個(gè)路由器?！熬嚯x”的最大值為16時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)?？梢奟IP

只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。RIP不能在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間同時(shí)使用多條路由。RIP選擇一個(gè)具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕還存在另一條高速(低時(shí)延)但路由器較多的路由。RIP協(xié)議的三個(gè)要點(diǎn)僅和相鄰路由器交換信息。交換的信息是當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的時(shí)間間隔交換路由信息，例如，每隔30秒。路由表的建立路由器在剛剛開始工作時(shí)，只知道到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離（此距離定義為1）。以后，每一個(gè)路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。經(jīng)過若干次更新后，所有的路由器最終都會(huì)知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址。RIP協(xié)議的收斂(convergence)過程較快，即在自治系統(tǒng)中所有的結(jié)點(diǎn)都得到正確的路由選擇信息的過程。2.距離向量算法收到相鄰路由器（其地址為X）的一個(gè)RIP報(bào)文：(1)先修改此RIP報(bào)文中的所有項(xiàng)目：將“下一跳”字段中的地址都改為X，并將所有的“距離”字段的值加1。(2)對(duì)修改后的RIP報(bào)文中的每一個(gè)項(xiàng)目，重復(fù)以下步驟：若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則將該項(xiàng)目加到路由表中。否則若下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，則將收到的項(xiàng) 目 替換原路由表中的項(xiàng)目。否則若收到項(xiàng)目中的距離小于路由表中的距離，則進(jìn)行更新， 否則，什么也不做。(3)若3分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路由器記為不可達(dá)的路由器，即將距離置為16（距離為16表示不可達(dá)）。(4)返回。路由器之間交換信息RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都和自己的相鄰路由器不斷交換路由信息，并不斷更新其路由表，使得從每一個(gè)路由器到每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的路由都是最短的（即跳數(shù)最少）。雖然所有的路由器最終都擁有了整個(gè)自治系統(tǒng)的全局路由信息，但由于每一個(gè)路由器的位置不同，它們的路由表當(dāng)然也應(yīng)當(dāng)是不同的。112131FEDCBA51612151314141611151一開始，各路由表只有到相鄰路由器的信息網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1“4”表示“從本路由器到網(wǎng)

4”“1”表示“距離是

1”“”表示“直接交付”112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)1的距離是1?！币虼薆現(xiàn)在也可以到網(wǎng)1，距離是2，經(jīng)過A?！?12131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)2的距離是1。”因此B現(xiàn)在也可以到網(wǎng)2，距離是2，經(jīng)過A。”112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)3的距離是1?！钡?/p>

B

沒有必要繞道經(jīng)過路由器

A再到達(dá)網(wǎng)

3，因此這一項(xiàng)目不變。112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后C說：“我到網(wǎng)4的距離是1。”但

B

沒有必要繞道經(jīng)過路由器

C再到達(dá)網(wǎng)

4，因此這一項(xiàng)目不變。112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后C說：“我到網(wǎng)6的距離是1?！币虼薆現(xiàn)在也可以到網(wǎng)6，距離是2，經(jīng)過C?！弊罱K所有的路由器的路由表都更新了FEDCBA11213142B52E63B1122A32A43A5162F12E22D33C42C516113B23B32B4152F61網(wǎng)2網(wǎng)6網(wǎng)5網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)412A2132A43A5162F12A22A314153C62CRIP協(xié)議的位置RIP協(xié)議使用運(yùn)輸層的用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP進(jìn)行傳送（使用UDP的端口520）。因此RIP協(xié)議的位置應(yīng)當(dāng)在應(yīng)用層。但轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)的過程是在網(wǎng)絡(luò)層完成的。4字節(jié)RIP報(bào)文3.RIP2協(xié)議的報(bào)文格式路由信息（20字節(jié)/路由）可重復(fù)出現(xiàn)最多25個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)路由標(biāo)記網(wǎng)絡(luò)地址地址族標(biāo)識(shí)符距離(1-16)IP首部UDP首部首部路由部分必為0版本命令4字節(jié)子網(wǎng)掩碼下一跳路由器地址UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)RIP2的報(bào)文

由首部和路由部分組成RIP2報(bào)文中的路由部分由若干個(gè)路由信息組成。每個(gè)路由信息需要用20個(gè)字節(jié)。地址族標(biāo)識(shí)符（又稱為地址類別）字段用來標(biāo)志所使用的地址協(xié)議。路由標(biāo)記填入自治系統(tǒng)的號(hào)碼，這是考慮使RIP有可能收到本自治系統(tǒng)以外的路由選擇信息。再后面指出某個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址、該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼、下一跳路由器地址以及到此網(wǎng)絡(luò)的距離。RIP協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn)RIP存在的一個(gè)問題是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要經(jīng)過比較長(zhǎng)的時(shí)間才能將此信息傳送到所有的路由器。

RIP協(xié)議最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，開銷較小。RIP限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達(dá)）。路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，開銷也就增加。R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2正常情況1112R1R1

說：“我到網(wǎng)1的距離是1，是直接交付?！薄?”表示“從本路由器到網(wǎng)

1”“1”表示“距離是

1”“”表示“直接交付”R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2正常情況1112R1R2

說：“我到網(wǎng)1的距離是2，是經(jīng)過

R1?！薄?”表示“從本路由器到網(wǎng)

1”“2”表示“距離是

2”“R1”表示經(jīng)過R1R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R1

說：“我到網(wǎng)1的距離是16（表示無法到達(dá)），是直接交付?！钡玆2

在收到R1

的更新報(bào)文之前，還發(fā)送原來的報(bào)文，因?yàn)檫@時(shí)R2

并不知道R1

出了故障。R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R1收到R2的更新報(bào)文后，誤認(rèn)為可經(jīng)過R2

到達(dá)網(wǎng)1，于是更新自己的路由表，說：“我到網(wǎng)

1

的距離是

3，下一跳經(jīng)過R2”。然后將此更新信息發(fā)送給R2。13R2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R2以后又更新自己的路由表為“1,4,R1”，表明“我到網(wǎng)1距離是4，下一跳經(jīng)過R1”。13R214R1R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況11…11613R215R2116R212R112R114R1116R1…這就是好消息傳播得快，而壞消息傳播得慢。網(wǎng)絡(luò)出故障的傳播時(shí)間往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間(例如數(shù)分鐘)。這是RIP的一個(gè)主要缺點(diǎn)。這樣不斷更新下去，直到R1和R2到網(wǎng)

1

的距離都增大到16時(shí)，R1和R2才知道網(wǎng)1是不可達(dá)的。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF

(OpenShortestPathFirst)1.OSPF協(xié)議的基本特點(diǎn)“開放”表明OSPF協(xié)議不是受某一家廠商控制，而是公開發(fā)表的?！白疃搪窂絻?yōu)先”是因?yàn)槭褂昧薉ijkstra提出的最短路徑算法SPFOSPF只是一個(gè)協(xié)議的名字，它并不表示其他的路由選擇協(xié)議不是“最短路徑優(yōu)先”。是分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。

三個(gè)要點(diǎn)向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里使用的方法是洪泛法。發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息?！版溌窢顟B(tài)”就是說明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”(metric)。

只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，路由器才用洪泛法向所有路由器發(fā)送此信息。

鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)

(link-statedatabase)

由于各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，因此所有的路由器最終都能建立一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際上就是全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，它在全網(wǎng)范圍內(nèi)是一致的（這稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步）。OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)能較快地進(jìn)行更新，使各個(gè)路由器能及時(shí)更新其路由表。OSPF的更新過程收斂得快是其重要優(yōu)點(diǎn)。OSPF的區(qū)域(area)為了使OSPF能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF將一個(gè)自治系統(tǒng)再劃分為若干個(gè)更小的范圍，叫作區(qū)域。每一個(gè)區(qū)域都有一個(gè)32bit的區(qū)域標(biāo)識(shí)符（用點(diǎn)分十進(jìn)制表示）。區(qū)域也不能太大，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過200個(gè)。自治系統(tǒng)ASOSPF劃分為兩種不同的區(qū)域區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0.3主干區(qū)域0.0.0.0至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng)

8網(wǎng)

6網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

1網(wǎng)

7區(qū)域0.0.0.2網(wǎng)4網(wǎng)

5R8劃分區(qū)域劃分區(qū)域的好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個(gè)區(qū)域而不是整個(gè)的自治系統(tǒng)，這就減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。在一個(gè)區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，而不知道其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞那闆r。OSPF使用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分。在上層的區(qū)域叫作主干區(qū)域(backbonearea)。主干區(qū)域的標(biāo)識(shí)符規(guī)定為0.0.0.0。主干區(qū)域的作用是用來連通其他在下層的區(qū)域。

自治系統(tǒng)AS主干路由器區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0.3主干區(qū)域0.0.0.0至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng)

8網(wǎng)

6網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

1網(wǎng)

7區(qū)域0.0.0.2網(wǎng)4網(wǎng)

5R8自治系統(tǒng)AS區(qū)域邊界路由器區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0.3主干區(qū)域0.0.0.0至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng)

8網(wǎng)

6網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

1網(wǎng)

7區(qū)域0.0.0.2網(wǎng)4網(wǎng)

5R8OSPF直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送OSPF不用UDP而是直接用IP

數(shù)據(jù)報(bào)傳送，可見OSPF的位置在網(wǎng)絡(luò)層。OSPF構(gòu)成的數(shù)據(jù)報(bào)很短。這樣做可減少路由信息的通信量。數(shù)據(jù)報(bào)很短的另一好處是可以不必將長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)分片傳送。分片傳送的數(shù)據(jù)報(bào)只要丟失一個(gè)，就無法組裝成原來的數(shù)據(jù)報(bào)，而整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)就必須重傳。OSPF的其他特點(diǎn)OSPF對(duì)不同的鏈路可根據(jù)IP分組的不同服務(wù)類型TOS而設(shè)置成不同的代價(jià)。因此，OSPF對(duì)于不同類型的業(yè)務(wù)可計(jì)算出不同的路由。如果到同一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)有多條相同代價(jià)的路徑，那么可以將通信量分配給這幾條路徑。這叫作多路徑間的負(fù)載平衡。所有在OSPF路由器之間交換的分組都具有鑒別的功能。支持可變長(zhǎng)度的子網(wǎng)劃分和無分類編址CIDR。每一個(gè)鏈路狀態(tài)都帶上一個(gè)32bit的序號(hào)，序號(hào)越大狀態(tài)就越新。IP數(shù)據(jù)報(bào)OSPF分組IP數(shù)據(jù)報(bào)首部OSPF分組OSPF分組首部類型1至類型5的OSPF分組24字節(jié)081631版本路由器標(biāo)識(shí)符類型分組長(zhǎng)度檢驗(yàn)和鑒別比特鑒別區(qū)域標(biāo)識(shí)符鑒別類型2.OSPF的五種分組類型類型1，問候(Hello)分組。類型2，數(shù)據(jù)庫(kù)描述(DatabaseDescription)分組。類型3，鏈路狀態(tài)請(qǐng)求(LinkStateRequest)分組。類型4，鏈路狀態(tài)更新(LinkStateUpdate)分組，用洪泛法對(duì)全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。類型5，鏈路狀態(tài)確認(rèn)(LinkStateAcknowledgment)

分組。OSPF的基本操作問候問候數(shù)據(jù)庫(kù)描述數(shù)據(jù)庫(kù)描述數(shù)據(jù)庫(kù)描述數(shù)據(jù)庫(kù)描述鏈路狀態(tài)請(qǐng)求鏈路狀態(tài)更新鏈路狀態(tài)確認(rèn)確定可達(dá)性達(dá)到數(shù)據(jù)庫(kù)的同步新情況下的同步OSPF使用的是可靠的洪泛法t更新報(bào)文ACK報(bào)文RRRRt1t2t3t4OSPF的其他特點(diǎn)OSPF還規(guī)定每隔一段時(shí)間，如30分鐘，要刷新一次數(shù)據(jù)庫(kù)中的鏈路狀態(tài)。由于一個(gè)路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并無直接關(guān)系。因此當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時(shí)，OSPF協(xié)議要比距離向量協(xié)議RIP好得多。OSPF沒有“壞消息傳播得慢”的問題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的時(shí)間小于100ms。指定的路由器

(designatedrouter)

多點(diǎn)接入的局域網(wǎng)采用了指定的路由器的方法，使廣播的信息量大大減少。指定的路由器代表該局域網(wǎng)上所有的鏈路向連接到該網(wǎng)絡(luò)上的各路由器發(fā)送狀態(tài)信息。OSPF支持三種網(wǎng)絡(luò)的連接(1)兩個(gè)路由器之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接(2)具有廣播功能的局域網(wǎng)(3)無廣播功能的廣域網(wǎng)局域網(wǎng)

L1局域網(wǎng)

L2(a)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?b)有向圖L1L2W1W3W2DBCAIHGFE12422233341312167788810W4W64W56522544333288131212107616ABHGFECDI廣域網(wǎng)

W5廣域網(wǎng)

W3廣域網(wǎng)

W2廣域網(wǎng)

W6廣域網(wǎng)

W1廣域網(wǎng)

W4有向圖L1L2W1W3W2DBCAIHGFE12422233341312167788810W4W64W565L1L2W1W3W2DBAIGFE4331216788W4W6W5654以路由器F為根的最短路徑樹外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGPBGP是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。BGP的較新版本是1995年發(fā)表的BGP-4（BGP的第4個(gè)版本）?？梢詫GP-4簡(jiǎn)寫為BGP。BGP使用的環(huán)境卻不同因特網(wǎng)的規(guī)模太大，使得自治系統(tǒng)之間路由選擇非常困難。對(duì)于自治系統(tǒng)之間的路由選擇，要尋找最佳路由是很不現(xiàn)實(shí)的。自治系統(tǒng)之間的路由選擇必須考慮有關(guān)策略。因此，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP只能是力求尋找一條能夠到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)且比較好的路由（不能兜圈子），而并非要尋找一條最佳路由。BGP

發(fā)言人每一個(gè)自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個(gè)路由器作為該自治系統(tǒng)的“BGP發(fā)言人”。一般說來，兩個(gè)BGP發(fā)言人都是通過一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)連接在一起的，而BGP發(fā)言人往往就是BGP邊界路由器，但也可以不是BGP邊界路由器。BGP交換路由信息一個(gè)BGP發(fā)言人與其他自治系統(tǒng)中的BGP發(fā)言人要交換路由信息，就要先建立TCP連接，然后在此連接上交換BGP報(bào)文以建立BGP會(huì)話(session)，利用BGP會(huì)話交換路由信息。使用TCP連接能提供可靠的服務(wù)，也簡(jiǎn)化了路由選擇協(xié)議。使用TCP連接交換路由信息的兩個(gè)BGP發(fā)言人，彼此成為對(duì)方的鄰站或?qū)Φ日尽GP發(fā)言人和

自治系統(tǒng)AS的關(guān)系BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人AS1AS3AS2AS5AS4自治系統(tǒng)連通圖BGP發(fā)言人互相交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的信息后，各BGP發(fā)言人就可找出到達(dá)各自治系統(tǒng)的比較好的路由。AS1AS6AS2AS3AS5AS4AS7AS8BGP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)（AS1）地區(qū)ISP（AS2）地區(qū)ISP（AS3）本地ISP（AS4）N1，N2本地ISP（AS5）N3，N4本地ISP（AS6）N5本地ISP（AS7）N6，N7自治系統(tǒng)AS2

的BGP發(fā)言人通知主干網(wǎng)的BGP發(fā)言人：“要到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N1,N2,N3和N4可經(jīng)過AS2。”BGP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)（AS1）地區(qū)ISP（AS2）地區(qū)ISP（AS3）本地ISP（AS4）N1，N2本地ISP（AS5）N3，N4本地ISP（AS6）N5本地ISP（AS7）N6，N7主干網(wǎng)還可發(fā)出通知：“要到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N5,N6和N7可沿路徑（AS1,AS3）?！盉GP協(xié)議的特點(diǎn)BGP協(xié)議交換路由信息的結(jié)點(diǎn)數(shù)量級(jí)是自治系統(tǒng)數(shù)的量級(jí)，這要比這些自治系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)少很多。每一個(gè)自治系統(tǒng)中BGP發(fā)言人（或邊界路由器）的數(shù)目是很少的。這樣就使得自治系統(tǒng)之間的路由選擇不致過分復(fù)雜。BGP協(xié)議的特點(diǎn)BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就應(yīng)當(dāng)包括目的網(wǎng)絡(luò)前綴、下一跳路由器，以及到達(dá)該目的網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的各個(gè)自治系統(tǒng)序列。在BGP剛剛運(yùn)行時(shí)，BGP的鄰站是交換整個(gè)的BGP路由表。但以后只需要在發(fā)生變化時(shí)更新有變化的部分。這樣做對(duì)節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和減少路由器的處理開銷方面都有好處。BGP-4共使用四種報(bào)文(1)打開(Open)報(bào)文，用來與相鄰的另一個(gè)BGP發(fā)言人建立關(guān)系。(2)更新(Update)報(bào)文，用來發(fā)送某一路由的信息，以及列出要撤消的多條路由。(3)保活(Keepalive)報(bào)文，用來確認(rèn)打開報(bào)文和周期性地證實(shí)鄰站關(guān)系。(4)通知(Notificaton)報(bào)文，用來發(fā)送檢測(cè)到的差錯(cuò)。BGP報(bào)文的格式4字節(jié)類型長(zhǎng)度標(biāo)記BGP報(bào)文的數(shù)據(jù)部分可變長(zhǎng)度首部長(zhǎng)度19字節(jié)IP多播和因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP

IP多播的基本概念多播可明顯地減少網(wǎng)絡(luò)中資源的消耗。復(fù)制復(fù)制R1R3R4R5R6R2XBDCA多播組G多播組G多播組GIP多播的一些特點(diǎn)(1)多播使用組地址——IP使用D類地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。(2)永久組地址——由因特網(wǎng)號(hào)碼指派管理局IANA負(fù)責(zé)指派。(3)動(dòng)態(tài)的組成員(4)使用硬件進(jìn)行多播D類IP地址

與以太網(wǎng)多播地址的映射關(guān)系0000000000000001010111100111008162431D類IP地址多播主機(jī)組標(biāo)識(shí)符的低23bit

復(fù)制到以太網(wǎng)地址中在多播主機(jī)組標(biāo)識(shí)符中的5bit

不能用來構(gòu)成以太網(wǎng)地址48bit以太網(wǎng)地址01005E目的地址的第1字節(jié)中的最低位比特置1表示多播因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP

(InternetGroupManagementProtocol)

IGMP是在多播環(huán)境下使用的協(xié)議，它位于網(wǎng)際層。IGMP使用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳遞其報(bào)文（即IGMP報(bào)文加上IP首部構(gòu)成IP數(shù)據(jù)報(bào)），但它也向IP提供服務(wù)。不把IGMP看成是一個(gè)單獨(dú)的協(xié)議，而是屬于整個(gè)網(wǎng)際協(xié)議IP的一個(gè)組成部分。IGMP可分為兩個(gè)階段第一階段：當(dāng)某個(gè)主機(jī)加入新的多播組時(shí)，該主機(jī)應(yīng)向多播組的多播地址發(fā)送IGMP報(bào)文，聲明自己要成為該組的成員。本地的多播路由器收到IGMP報(bào)文后，將組成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給因特網(wǎng)上的其他多播路由器。IGMP可分為兩個(gè)階段第二階段：因?yàn)榻M成員關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，因此本地多播路由器要周期性地探詢本地局域網(wǎng)上的主機(jī)，以便知道這些主機(jī)是否還繼續(xù)是組的成員。只要對(duì)某個(gè)組有一個(gè)主機(jī)響應(yīng)，那么多播路由器就認(rèn)為這個(gè)組是活躍的。但一個(gè)組在經(jīng)過幾次的探詢后仍然沒有一個(gè)主機(jī)響應(yīng)，則不再將該組的成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給其他的多播路由器。主機(jī)在多播中的幾種狀態(tài)加入組/啟動(dòng)計(jì)時(shí)