計算機網(wǎng)絡(luò)第五章

計算機網(wǎng)絡(luò)第五章第1頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法問題：各個物理網(wǎng)絡(luò)之間要實現(xiàn)信息互通，必須將網(wǎng)絡(luò)互連。網(wǎng)絡(luò)之間存在尋址方案、最大分組長度限制、網(wǎng)絡(luò)接入控制機制、超時機制、差錯控制方法、路由策略、用戶接入控制、連接/無連接服務(wù)、管理和控制方式的差異。第2頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法1、網(wǎng)絡(luò)互連（internet）的要求提供網(wǎng)絡(luò)之間的互連設(shè)備和物理線路采用的互連技術(shù)盡量不改變各個網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議要滿足和適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性第3頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法2、網(wǎng)絡(luò)互連的形式：LAN-LAN、LAN-WAN、

WAN-WANWAN-WANB802.5RLAN-WANLAN-LANLAN-WANHUBInternetX.25LAN-LANRRLAN-LANB802.4802.3802.3G802.5BRHUB第4頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法3、互連體系結(jié)構(gòu)目前，實行兩類網(wǎng)絡(luò)互連體制：逐段法（hop-by-hop）“協(xié)議變換”體制：在網(wǎng)關(guān)中實現(xiàn)某一層上不同子網(wǎng)協(xié)議的轉(zhuǎn)換。特點：各子網(wǎng)獨立性強，網(wǎng)關(guān)復(fù)雜，成本高。第5頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法網(wǎng)絡(luò)1的高層網(wǎng)絡(luò)1互連層網(wǎng)絡(luò)1的低層網(wǎng)絡(luò)2的高層網(wǎng)絡(luò)2互連層網(wǎng)絡(luò)2的低層網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)1中的端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)2中的端系統(tǒng)2低層1低層網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換第6頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法

端到端法（end-to-end）“網(wǎng)際協(xié)議”體制：各端系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)都執(zhí)行相同的網(wǎng)際協(xié)議，在網(wǎng)際互連層實現(xiàn)端到端的透明傳輸。特點：網(wǎng)關(guān)簡單，統(tǒng)一的路由策略，全局尋址，網(wǎng)際互連層只提供無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)，由端系統(tǒng)高層保證傳輸質(zhì)量。第7頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法網(wǎng)絡(luò)1的高層網(wǎng)際互連層網(wǎng)絡(luò)1低層網(wǎng)絡(luò)2的高層網(wǎng)際互連層網(wǎng)絡(luò)2低層網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)1中的端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)2中的端系統(tǒng)2低層1低層網(wǎng)關(guān)網(wǎng)際互連第8頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法4、網(wǎng)絡(luò)互連原則及互連設(shè)備互連層：網(wǎng)關(guān)的工作層，即實現(xiàn)互連的（最高）功能層。網(wǎng)絡(luò)互連是通信子網(wǎng)間的互連，只涉及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層。注：更高層網(wǎng)關(guān)用于特定端系統(tǒng)的連接，不屬于網(wǎng)絡(luò)互連。

第9頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法4、網(wǎng)絡(luò)互連原則及互連設(shè)備互連層次選擇的原則：對于網(wǎng)絡(luò)1和網(wǎng)絡(luò)2的端系統(tǒng)，若（N-1）及以下層不同，（N+1）及以上層完全相同，而（N）層相同或可以轉(zhuǎn)換為對方的（N）層，則（N）層是互連實現(xiàn)層，稱為“第N層同構(gòu)互連”。

第10頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法4、網(wǎng)絡(luò)互連原則及互連設(shè)備網(wǎng)關(guān)的類型：物理層網(wǎng)關(guān)（中繼器Repeater、共享HUB）、數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)關(guān)（網(wǎng)橋Bridge）、網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)關(guān)（路由器Router）、高層網(wǎng)關(guān)（網(wǎng)關(guān)機GatewayHost）。

第11頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法5、路由器的構(gòu)成輸入端口輸入端口輸出端口輸出端口路由選擇分組轉(zhuǎn)發(fā)路由選擇協(xié)議路由表111122223333轉(zhuǎn)發(fā)表分組處理交換結(jié)構(gòu)路由選擇處理機第12頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法5、路由器的構(gòu)成路由選擇部分分組轉(zhuǎn)發(fā)部分交換結(jié)構(gòu)一組輸入端口一組輸出端口

第13頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法5、路由器的構(gòu)成輸入端口的處理物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡(luò)層處理分組排隊查表和轉(zhuǎn)發(fā)從線路接收分組交換結(jié)構(gòu)第14頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法5、路由器的構(gòu)成輸出端口的處理物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡(luò)層處理分組排隊緩存管理向線路發(fā)送分組交換結(jié)構(gòu)第15頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)網(wǎng)絡(luò)互連原理及一般方法5、路由器的構(gòu)成交換結(jié)構(gòu)：路由器的關(guān)鍵構(gòu)件。常用的交換方法：通過存儲器：

Cisco公司的Catalyst8500系列

BayNetwork公司的Accelar1200系列通過總線：

Cisco公司的Catalyst1900系列通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：

Cisco公司的12000系列

第16頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP各種應(yīng)用層協(xié)議TELNET，F(xiàn)TPTCP，UDPICMPIGMPIPRARP，ARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口物理硬件應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層第17頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四N個網(wǎng)絡(luò)互連，每兩個網(wǎng)絡(luò)之間需要一個協(xié)議轉(zhuǎn)換器，則N個網(wǎng)絡(luò)共需要N（N-1）/2個協(xié)議轉(zhuǎn)換器。由于互連的計算機網(wǎng)絡(luò)使用相同的網(wǎng)際協(xié)議IP，可將其稱為IP網(wǎng)或互連網(wǎng)。網(wǎng)際協(xié)議IP配套使用的還有四個協(xié)議：地址解析協(xié)議ARP、逆地址解析協(xié)議RARP、Internet控制報文協(xié)議ICMP、因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第18頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP1、因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)互連體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)1網(wǎng)絡(luò)1中的端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)2中的端系統(tǒng)接口2接口1路由器網(wǎng)際層參與互連的子網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層以下是異構(gòu)的，而在網(wǎng)絡(luò)層以上是同構(gòu)的，或者網(wǎng)絡(luò)層也是異構(gòu)的，但可在網(wǎng)絡(luò)層上增加一個同構(gòu)的網(wǎng)際層，該情形稱為“網(wǎng)絡(luò)同構(gòu)互連”。第19頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、IP地址及其表示方法IP地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號碼指派公司ICANN進行分配。IP地址的編址經(jīng)歷了三個階段：分類的IP地址，1981年通過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)子網(wǎng)的劃分，1985年通過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成超網(wǎng)，1993年通過并得到推廣應(yīng)用第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第20頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、IP地址及其表示方法IP地址：給每一個連接在Internet上的主機分配一個唯一的32位地址。IP地址分類：A、B、C、D、E類。常用A、B、C類。IP地址結(jié)構(gòu)：由網(wǎng)絡(luò)號字段（net-id）和主機號字段（host-id）組成。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第21頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、IP地址及其表示方法常見A、B、C類地址：類別比特分別占1、2、3位，其值分別為0、10、110；網(wǎng)絡(luò)號字段分別為1、2、3字節(jié)長；主機號字段分別為3、2、1字段長。D類地址是多播（組播）地址，留給Internet體系結(jié)構(gòu)委員會IAB使用。E類地址為保留地址。A類地址不對社會分配。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第22頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四IP地址的“點分十進制記數(shù)法”：10000010000010110000001100011110130?11

●3●30第一字段：128~191為B類，192~223為C類。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP0net-idhost-id01682431A類10net-idhost-id110net-idhost-id1110組播地址11110留為今后使用B類C類D類E類第23頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四不分配的特殊IP地址：第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IPNet-idHost-id地址類型意義全0全0源地址啟動時標(biāo)識源主機全0Host-id源/宿地址本網(wǎng)絡(luò)的指定主機全1全1宿地址本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播Net-id全1宿地址對指定網(wǎng)絡(luò)廣播127任意宿地址機器內(nèi)部測試（不進入網(wǎng)絡(luò)）第24頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP

IP地址的特點：分等級地址結(jié)構(gòu)、同一主機多個地址、網(wǎng)橋或轉(zhuǎn)發(fā)器連接的局域網(wǎng)仍為一個網(wǎng)絡(luò)（具有相同網(wǎng)絡(luò)號）、所有網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號的分配是平等的、路由器的每個端口具有一個IP地址、IP地址可用來指明一個網(wǎng)絡(luò)（主機號為全0）。如：，，。第25頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四3、IP地址與物理地址物理地址：因特網(wǎng)中在單個子網(wǎng)內(nèi)部尋址所使用的地址，又稱硬件地址或MAC地址（網(wǎng)卡地址）。說明：網(wǎng)際間不能通過物理地址直接尋址。路由器中的ARP協(xié)議實體從本站出和入端口IP地址解析出MAC地址，寫入幀中。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第26頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP首部應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部應(yīng)用層數(shù)據(jù)首部應(yīng)用層數(shù)據(jù)IP數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)層及以上使用IP地址TCP報文MAC幀IP地址硬件地址鏈路層及以下使用硬件地址第27頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IPIP層上的互聯(lián)網(wǎng)IP1HA1IP4IP5IP6IP2IP3路由器R1路由器R2主機H2HA2HA3HA4HA5HA6IP1到IP2IP1到IP2IP1到IP2主機H1HA1到HA3HA4到HA5HA6到HA2硬件地址IP地址IP數(shù)據(jù)報MAC幀第28頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四4、子網(wǎng)的劃分問題：B類地址含主機數(shù)目大，在同一網(wǎng)絡(luò)中需要用網(wǎng)橋，而網(wǎng)橋不易防止故障，且容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，不便管理。改進方法：將IP地址中主機號字段的前若干個比特作為“子網(wǎng)號”。對外部為一個net-id，內(nèi)部自主劃分子網(wǎng)，子網(wǎng)由路由器連接，便于配置和管理。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第29頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四4、子網(wǎng)的劃分子網(wǎng)的表示與識別：第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IPNet-idHost-idNet-idSubnet-idHost-id全1全0IP地址劃分出子網(wǎng)字段子網(wǎng)掩碼第30頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四例：某單位分配一個B類地址的網(wǎng)絡(luò)號。要劃分成60個子網(wǎng)。解：取6位子網(wǎng)字段，子網(wǎng)掩碼為：FFFFFC00第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP子網(wǎng)號網(wǎng)絡(luò)號主機號可取第一個子網(wǎng)為：IP地址為111111111111111111111100000000001000001000110010000001000000000010000010001100100000100000000000可取第二個子網(wǎng)為：IP地址為第31頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四例：已知某主機的IP地址為8，所在子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼為FFFFFE0，求該主機所在的子網(wǎng)IP地址和主機號。解：子網(wǎng)的IP地址=主機IP地址子網(wǎng)掩碼

=8FFFFFFE0

=4

主機號=主機IP地址子網(wǎng)掩碼

=80000001F=468:01000100E0:11100000

:01000000第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP采用子網(wǎng)掩碼就相當(dāng)于采用三級尋址：路由器確定分組的IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號本網(wǎng)絡(luò)再檢查IP地址中的子網(wǎng)號本子網(wǎng)根據(jù)主機號確定端口號和主機第32頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四5、地址的轉(zhuǎn)換具有IP地址的主機間通信，需要：實現(xiàn)IP地址與物理地址的轉(zhuǎn)換：IP地址是主機在網(wǎng)絡(luò)層中的地址，若要將網(wǎng)絡(luò)層中的數(shù)據(jù)報傳送到目的主機，還要傳到鏈路層變成MAC幀才能發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)IP地址與主機名之間的轉(zhuǎn)換：為便于用戶使用和記憶主機名字。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第33頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四5、地址的轉(zhuǎn)換對于上述問題，給出相應(yīng)的轉(zhuǎn)換機制：域名系統(tǒng)DNS（DomainNameSystem）：由源主機中的名字解析軟件resolver自動找到域名服務(wù)器，實現(xiàn)主機名字與IP地址的映射。地址解析協(xié)議ARP（AddressResolutionProtocol）和逆地址解析器RARP：實現(xiàn)主機IP地址到48位的物理地址的映射。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第34頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四5、地址的轉(zhuǎn)換第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP源主機名HostaIP=IP=08002B00EE0A目的主機名HostbNet-id=HostbDNSARP08002B00EE0A網(wǎng)卡第35頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四地址解析ARP原理：每個主機具有一個ARP高速緩存（cache），其中存放有IP地址到物理地址的映射表，包括目前該主機所知道的地址。主機A向主機B發(fā)IP數(shù)據(jù)報時，通過ARP高速緩存查看有無主機B的IP地址，若有查出物理地址寫入MAC幀，然后通過局域網(wǎng)發(fā)往此物理地址。

第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第36頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四地址解析ARP原理：若查不到主機B的IP地址（B才加入或A剛加電），主機A自動運行ARP按步驟找出主機B的物理地址。ARP進程在局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)送一個ARP請求分組局域網(wǎng)內(nèi)所有主機運行的ARP進程接收該分組主機B在請求分組中發(fā)現(xiàn)IP地址，發(fā)回ARP響應(yīng)分組主機A將主機B的IP地址到物理地址的映射寫入ARP高速緩存第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第37頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四6、無分類編址CIDR

劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)發(fā)展中的問題。1992年因特網(wǎng)仍然面臨的問題：B類地址已分配一半，1994年3月將分配完因特網(wǎng)主干網(wǎng)上路由表的項目數(shù)急劇增長到上萬整個IPv4的地址空間將全部耗盡

IETF因特網(wǎng)工程部研究出了無分類編址CIDR解決前兩個問題，第三個問題由IETF的IPv6工作組解決。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第38頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四6、無分類編址CIDR

目前CIDR已經(jīng)成為因特網(wǎng)建議標(biāo)準(zhǔn)。CIDR的最主要特點有：消除了傳統(tǒng)的A、B、C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，而使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”代替“網(wǎng)絡(luò)號”和“子網(wǎng)號”，使得IP地址由三級減為兩級。標(biāo)記方法為：IP地址::={〈網(wǎng)絡(luò)前綴〉，〈主機號〉}，如1/20表示在32位IP地址中，網(wǎng)絡(luò)前綴占20位，主機號占12位。前綴長度一般在13~27之間。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第39頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四6、無分類編址CIDRCIDR的最主要特點有：CIDR將網(wǎng)絡(luò)前綴相同的IP地址組成“CIDR地址塊”，如/20表示的地址塊有212個地址，其起始地址為。一個CIDR地址塊可以表示很多地址，路由表可以利用它來查找目的網(wǎng)絡(luò)。路由表中的一個項目可以表示很多傳統(tǒng)分類地址的路由，稱為路由聚合，也稱為構(gòu)成超網(wǎng)。CIDR不使用子網(wǎng)，但使用掩碼一詞。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第40頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四6、無分類編址CIDR可能面臨的問題：路由表的項目由網(wǎng)絡(luò)前綴和下一跳地址組成。在查找路由表時可能會得到不止一個匹配結(jié)果，選擇哪一條路由成為核心問題。結(jié)論：應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由，這稱為最長前綴匹配。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第41頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四7、IP數(shù)據(jù)報的格式第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP版本首部長度服務(wù)類型總長度標(biāo)識標(biāo)志片偏移壽命協(xié)議首部檢驗和源站IP地址目的站IP地址長度可變的任選字段填充數(shù)據(jù)04816241931固定長度可變長度比特第42頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四

首部固定部分：版本號：通信雙方IP協(xié)議版本須一致。如：IPv4，“0100”。首部長度：最大數(shù)值15個單位（4字節(jié)/單位），最長60字節(jié)。服務(wù)類型：為PPPDTRCX，其中PPP為優(yōu)先級、D=1要求時延小的路由、T=1要求比特率高的路由、R=1要求可靠性高的路由、C=1要求收費低的路由。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第43頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四

首部固定部分：總長度：數(shù)據(jù)報的總長度，以字節(jié)為單位。標(biāo)識：長數(shù)據(jù)報分成多個數(shù)據(jù)片時所給予的標(biāo)識。標(biāo)志：MF、DF、X，MF=1（后面還有分片數(shù)據(jù)報），反之為最后一個數(shù)據(jù)片；DF=0（允許分片），反之不允許分片。片偏移：以8字節(jié)為單位，分片后該數(shù)據(jù)報在原分組中的相對位置。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第44頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四

首部固定部分：壽命：以秒為單位，典型值為32秒，也可到255秒。協(xié)議：標(biāo)識本數(shù)據(jù)報中數(shù)據(jù)來自運輸層的哪個協(xié)議，以便目的主機的IP層將數(shù)據(jù)交給相應(yīng)的上層處理。首部校驗和：每個途徑結(jié)點對首部重新校驗。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第45頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四

首部固定部分：校驗算法：首部看作N個16位字，將16位字相加后取反置于校驗和字段，收方將16位字相加再加校驗和，得全1，則為正確接收，否則丟棄該數(shù)據(jù)報。首部可變部分：

IP首部的可變部分是一個選項字段，主要支持排錯、測量以及安全等。其長度可為1~40字節(jié)，取決于所選擇的項目。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第46頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四8、Internet控制報文協(xié)議ICMP

控制報文協(xié)議ICMP是因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，它不是高層協(xié)議，是IP層協(xié)議。其報文格式如：第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP類型代碼檢驗和這4個字節(jié)取決于ICMP報文的類型ICMP的數(shù)據(jù)部分ICMP報文數(shù)據(jù)部分首部IP數(shù)據(jù)報081631第47頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四8、Internet控制報文協(xié)議ICMP

控制報文協(xié)議ICMP用來保證IP數(shù)據(jù)報的傳送不丟失。ICMP報文的類型：ICMP差錯報文和ICMP詢問報文。其中，ICMP差錯報文中ICMP改變路由報文使用較多。ICMP詢問報文使用較多的有：第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第48頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四8、Internet控制報文協(xié)議ICMPICMPEcho請求報文：測試兩主機連通性的PING服務(wù)使用了ICMPEcho的請求報文和ICMPEcho回答報文。ICMP時間戳請求報文：時間戳請求與回答用來實現(xiàn)時鐘同步和測量時間。ICMP地址掩碼請求報文：主機向子網(wǎng)掩碼服務(wù)器請求得到某個接口的地址掩碼。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第49頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四9、Internet的路由選擇1）因特網(wǎng)路由器與廣域網(wǎng)結(jié)點交換機的異同：相同點：查找路由表，將分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一站。不同點：路由器位于不同網(wǎng)絡(luò)；結(jié)點交換機位于一個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。路由器連接網(wǎng)絡(luò)；結(jié)點交換機連接其他交換機、主機、路由器。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第50頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四9、Internet的路由選擇1）因特網(wǎng)路由器與廣域網(wǎng)結(jié)點交換機的異同：不同點：路由器使用IP協(xié)議；結(jié)點交換機使用廣域網(wǎng)特定網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。路由器根據(jù)分組中的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號找出下一站（路由器）；結(jié)點交換機根據(jù)分組中的目的站交換機號找出下一站（交換機）。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第51頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四9、Internet的路由選擇2）路由器按net-id確定路由決策第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IPR網(wǎng)1網(wǎng)2網(wǎng)3網(wǎng)4RR“直接交付”與“轉(zhuǎn)發(fā)”“指定主機路由”與“默認路由”3）路由器的路由決策過程第52頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四10、IP多播與因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMPIP多播（IPMulticast）1988年SteveDeering在博士論文中提出IP多播概念。1992年3月IETF在因特網(wǎng)范圍試驗IETF會議聲音的多播，有20個網(wǎng)點可以同時聽到聲音。由于是一個源點發(fā)送到多個終點，適用于很多應(yīng)用已經(jīng)成為因特網(wǎng)應(yīng)用的一個熱門課題。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第53頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四10、IP多播與因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMPIP多播（IPMulticast）1992年起，為適應(yīng)交互式音頻和視頻信息的多播，在因特網(wǎng)上試驗虛擬的多播主干網(wǎng)MBONE因特網(wǎng)上的多播稱為IP多播第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第54頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四10、IP多播與因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMPIP多播的特點：多播使用組地址永久組地址（由因特網(wǎng)號碼指派管理局IANA分配）動態(tài)的組成員使用硬件進行多播第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第55頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四10、IP多播與因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP位于網(wǎng)際層，是多播環(huán)境下使用的協(xié)議IGMP使用IP數(shù)據(jù)報傳遞報文對于不運行多播軟件的路由器或網(wǎng)絡(luò)，采用隧道技術(shù)第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第56頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四10、IP多播與因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP的設(shè)計在主機和多播路由器之間的所有通信都是使用IP多播多播路由器在探詢組成員關(guān)系時，只需對所有組發(fā)送一個請求信息的詢問報文能夠從多個多播路由器中迅速有效選擇一個來探詢主機的成員關(guān)系第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第57頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四10、IP多播與因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP的設(shè)計在IGMP的詢問報文中有一個指明最長響應(yīng)時間的數(shù)值N（默認為10秒）同組內(nèi)的每個主機要監(jiān)聽響應(yīng)，只要有同組主機先發(fā)送了響應(yīng)，本機就不再發(fā)響應(yīng)。第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第58頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四11、虛擬專用網(wǎng)VPN和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT虛擬專用網(wǎng)VPN專用地址：

到55，一個A類網(wǎng)絡(luò)

到55，16個B類網(wǎng)絡(luò)

到55，256個C類網(wǎng)絡(luò)使用專用地址的網(wǎng)絡(luò)稱為專用網(wǎng)使用隧道技術(shù)實現(xiàn)虛擬專用網(wǎng)第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第59頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四11、虛擬專用網(wǎng)VPN和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT虛擬專用網(wǎng)VPN第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP因特網(wǎng)外部數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分（加密的從X到Y(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)報）數(shù)據(jù)報首部源地址：目的地址：R1R2YX部門A部門B隧道第60頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四11、虛擬專用網(wǎng)VPN和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT1994年提出，需要在專用網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的路由器上安裝NAT軟件裝有NAT軟件的路由器為NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球地址IPG內(nèi)部主機同外部主機通信時，由NAT路由器將內(nèi)部源地址轉(zhuǎn)換成，目的地址不變，然后發(fā)送到因特網(wǎng)第二節(jié)Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP第61頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1、兩類路由選擇協(xié)議Internet采用自適應(yīng)分布式路由選擇協(xié)議。為便于路由選擇，將整個Internet劃分為多個自治系統(tǒng)。Internet將路由選擇協(xié)議劃分為：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。自治系統(tǒng)（AutonomousSystem，AS）：有進行獨立管理并采用相同路由選擇策略的一組網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第62頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四1、兩類路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（InteriorGatewayProtocol，IGP）：自治系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)關(guān)稱為“內(nèi)部網(wǎng)關(guān)”；內(nèi)部網(wǎng)關(guān)之間的路由信息交換協(xié)議稱為~。如：RIP，HELLO，OSPF。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（ExteriorGatewayProtocol，EGP）：自治系統(tǒng)之間交換路由信息的網(wǎng)關(guān)稱為“外部網(wǎng)關(guān)”；外部網(wǎng)關(guān)之間的路由信息交換協(xié)議稱為~。如：EGP，BGP。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第63頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（RIP，HELLO，OSPF）路由信息協(xié)議RIP（RFC1058）：采用“距離向量法”，以途徑路由器數(shù)目作為距離度量（又稱跳數(shù)）。RIP工作過程：各路由器定期（30秒）向相鄰路由器發(fā)送自己的路由表、收到路由表（目的網(wǎng)絡(luò)，距離，下一站）判斷更新、若較長時間（3分鐘）未收到相鄰路由器發(fā)送的路由表，則將鄰站路由設(shè)為“不可達”。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第64頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議R網(wǎng)1網(wǎng)2網(wǎng)3網(wǎng)4RR目的主機的網(wǎng)絡(luò)號下一站路由器距離10-020-0目的主機的網(wǎng)絡(luò)號下一站路由器距離20-030-0目的主機的網(wǎng)絡(luò)號下一站路由器距離30-040-0R1的路由表R2的路由表R3的路由表第65頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議R網(wǎng)1網(wǎng)2網(wǎng)3網(wǎng)4RR目的主機的網(wǎng)絡(luò)號下一站路由器距離20的主機的網(wǎng)絡(luò)號下一站路由器距離10的主機的網(wǎng)絡(luò)號下一站路由器距離3066頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（RIP，HELLO，OSPF）HELLO協(xié)議（RFC891）：采用“距離向量法”，以時延作為距離度量。其功能主要有：相鄰站點相互校正時間基準(zhǔn)、通過定期向相鄰站點發(fā)送本站路由表（目的站，時延）修正本站路由表。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第67頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（RIP，HELLO，OSPF）開放最短通路優(yōu)先協(xié)議OSPF：采用“鏈路狀態(tài)法”，各站掌握全網(wǎng)拓撲（相鄰關(guān)系、鏈路度量），獨立計算最佳路由（Dijkstra算法）。其主要功能：各站存放整個自治系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)（LSDB鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫）、各站根據(jù)LSDB和Dijkstra算法計算出本站路由表、各站及時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化更新LSDB和重新計算路由表。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第68頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（RIP，HELLO，OSPF）OSPF協(xié)議工作過程：相鄰站點定期（10秒）交換HELLO報文（以確定鄰站可達性及鏈路度量）、若較長時間（40秒）未收到相鄰站點報文則為不可達站點、每個站點向相鄰站點發(fā)送本站LSDB摘要信息、一旦任何站點發(fā)現(xiàn)本站有LS變化需向全網(wǎng)廣播本站已修改的LS。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第69頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四2、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（RIP，HELLO，OSPF）OSPF支持三種網(wǎng)絡(luò)的連接：兩個路由器之間的點對點的連接具有廣播功能的局域網(wǎng)無廣播功能的廣域網(wǎng)每一種網(wǎng)絡(luò)都可能帶有多個路由器第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第70頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議OSPF支持三種網(wǎng)絡(luò)的連接：拓撲圖中包含鏈路費用。

W5

W4

W3

W1

W2

W6AHGFEDCB2347121025863161384212L1L2可用有向圖表示鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，其中網(wǎng)絡(luò)到路由器費用為0。第71頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四3、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（BGP-4RFC16541656）邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP：實現(xiàn)不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息。采用外部網(wǎng)關(guān)EGP交換路由信息，建立本網(wǎng)關(guān)中的路由表。BGP的主要功能：各個BGP路由器維護從本站到每個目的站路由器的完整路徑的路由表、各站將完整路由告知鄰站、各站根據(jù)所有鄰站的完整路由信息選擇最佳路徑上的鄰站為“下一站”。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第72頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四3、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGPA向E發(fā)送分組。A站收到各站發(fā)來的完整路由信息，其中目的地為E的表項：鄰站G：G-F-E，鄰站B：B-C-E

站A對各路由作出評價選擇，如選擇A-B-C-E。若站B故障，則站A從完整路由中找出不含站B的路由。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議AGFDEBC第73頁，共82頁，2023年，2月20日，星期四BGP工作過程：鄰站探測：兩個鄰站屬于不同自治系統(tǒng)，要經(jīng)過協(xié)商建立相鄰關(guān)系。主動方發(fā)送“OPEN”報文，若對方同意則發(fā)回“KEEPALIVE”報文。鄰站可達：相鄰站定期發(fā)送“KEEPALIVE”報文，以確認對方的存在，維持相鄰關(guān)系。網(wǎng)絡(luò)可達：相鄰站定期發(fā)送“UPDATE”報文，交換路由信息，使得所有BGP路由器維持新的路由信息。第三節(jié)Internet的路由選擇協(xié)議第74頁，共82頁，2023年，2