期末計網(wǎng)滿績計劃 教材:計算機網(wǎng)絡(luò)(第七版)謝希仁版
網(wǎng)絡(luò)層
網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡單靈活的,、無連接的,、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報服務(wù),。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾,也就是說所傳送的分組數(shù)據(jù)報可能會出現(xiàn)丟失,、重復和失序的情況,。
1. 網(wǎng)絡(luò)層的核心功能: 分組轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇
1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP
與IP協(xié)議配套的三個協(xié)議
地址解析協(xié)議ARP 網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP 網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP
1.2 一些概念
轉(zhuǎn)發(fā)器:物理層使用的中間設(shè)備 網(wǎng)橋或是橋接器:數(shù)據(jù)鏈路層使用的中間設(shè)備 路由器:網(wǎng)絡(luò)層使用的中間設(shè)備 網(wǎng)關(guān):網(wǎng)絡(luò)層以上使用的中間設(shè)備,用網(wǎng)關(guān)連接兩個不兼容的系統(tǒng)需要在高層進行協(xié)議的轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)發(fā):將分組從路由器的輸入端口移動到適當?shù)穆酚善鬏敵龆丝?br> 路由選擇:決定分組從目的所采用的路徑(路由選擇算法)
2. 數(shù)據(jù)報服務(wù)和虛電路服務(wù)
網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)
2.1 虛電路網(wǎng)絡(luò)
2.1.1 概念
- 從源端到目的端獎勵的一條類似與電路交換的路徑,路徑上的每一個路由器,為父虛電路的連接狀態(tài),。
- 數(shù)據(jù)傳輸采用分組交換形式,每個分組寫待虛電路標識符VCID。
- 鏈路,、路由器資源(帶寬,、緩存等)可以面向虛電路進行資源預留。
2.1.2 組成
從源到目的地的一條路徑(邏輯連接) 虛電路號:沿著該路徑的每段鏈路的編號 沿著該路徑的每個路由器中轉(zhuǎn)發(fā)表,記錄經(jīng)過該路由器的每一條虛電路,。
2.2 數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)
在網(wǎng)絡(luò)層無連接 分組攜帶目的主機地址 路由器根據(jù)分組目的轉(zhuǎn)發(fā)分組
基于路由選擇協(xié)議構(gòu)造轉(zhuǎn)發(fā)表 每個分組獨立選路
2.3 兩者對比
3. IP 地址,子網(wǎng)掩碼,無類地址,子網(wǎng)劃分,路由聚合
3.1 IP地址
IP地址(Internet Protocol Address)是指互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議地址,又譯為網(wǎng)際協(xié)議地址,。 IP地址是IP協(xié)議提供的一種統(tǒng)一的地址格式,它為互聯(lián)網(wǎng)上的每一個網(wǎng)絡(luò)和每一臺主機分配一個邏輯地址,以此來屏蔽物理地址的差異。
3.1.1 基礎(chǔ)知識
整個互聯(lián)網(wǎng)就是一個單一的,、抽象的網(wǎng)絡(luò),。IP地址就是給互聯(lián)網(wǎng)的每一臺主機(或路由器)的每一個接口分配一個在全世界范圍內(nèi)是唯一的32位唯一的32位標識符。
IP地址現(xiàn)在又互聯(lián)網(wǎng)名字和數(shù)字分配機構(gòu)ICANN 進行分配,。
IP地址的歷史編址方式
分類的IP地址 子網(wǎng)的劃分 構(gòu)成超網(wǎng)
IP地址的中有兩個字段
前一字段是網(wǎng)絡(luò)號:記錄的是A,、B、C類地址 后一字段是主機號:標志是哪一臺主機
IP 地址 ::= { < 網(wǎng)絡(luò)號> ,、< 主機號> }
A,、B、C類的字段分別1,、2,、3個字節(jié)長,而在網(wǎng)絡(luò)號字段的最前面又1-3位類別位,其數(shù)值分別規(guī)定為0,10,110 D類地址用于多播(一對多通信) E類地址保留為以后使用
IP地址的讀取 IP地址的A、B,、C類地址的指派類型 一般不適用的特殊IP
3.1.2 特點
每一個IP地址都有網(wǎng)絡(luò)號和主機號兩部分組成,從這個意義上說,IP地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu),。優(yōu)點如下:
IP地址管理機構(gòu)在分配IP地址的時只分配網(wǎng)絡(luò)號,而剩下的主機號則由得到該網(wǎng)絡(luò)號的單位自行分配。方便了IP地址的管理,。 路由器僅根據(jù)目的所連接的網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)分組,這樣就可以使路由表中的項目數(shù)大幅度減少,從而減少了路由表所占的存儲空間以及查找路由表的時間,。 實際上IP地址使標志一臺主機(或路由器)和一條鏈路的接口。當一臺主機同時連接到兩個網(wǎng)絡(luò)上時,該主機就必須同時具有兩個相應(yīng)的IP地址,其網(wǎng)絡(luò)號是不相同的,。這種主機稱為多歸屬主機,。 一個網(wǎng)絡(luò)是指相同的net-id的主機的集合,因此,用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個局域網(wǎng)仍為一個網(wǎng)絡(luò)。具有不同的網(wǎng)絡(luò)號的局域網(wǎng)必須使用路由器進行互連,。 在IP地址中,所有分配到網(wǎng)絡(luò)號的網(wǎng)絡(luò)都是平等的,。互聯(lián)網(wǎng)同等對待每一個IP地址。
3.1.3 IP地址與硬件地址
物理地址是數(shù)據(jù)鏈路層和物理層使用的地址 IP地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址,是一種邏輯地址
所以從上圖可以知道IP層上是虛擬的互聯(lián)網(wǎng),真正傳輸?shù)氖窍聦渔溌穼拥姆庋b數(shù)據(jù)報號的數(shù)據(jù)幀的傳輸,。
兩者區(qū)別:
在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP數(shù)據(jù)報 路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號進行路由選擇 在局域網(wǎng)的鏈路層,只能看見MAC幀 盡管互連在一起的網(wǎng)絡(luò)的硬件地址體系各不相同,當IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)卻屏蔽了下層這些很復雜的細節(jié),。只要我們在網(wǎng)絡(luò)層上討論問題,就能夠統(tǒng)一的、抽象的IP地址研究主機和主機或路由器之間的通信,。
3.1.4 兩個地址127.0.0.1 和 192.168.1.xxx 區(qū)別
127.0.0.1 是本機地址,ping 127.0.0.1 是可以聯(lián)通的 192.168.1.xxx 這個地址是本地地址在局域網(wǎng)分配的IP,如果沒有局域網(wǎng),這個是無法ping通的。 例子:如果我叫凡一,127.0.0.1 就是我自己,也就是我對自己的自稱 ,而192.168.1.xxx 就叫凡一,但是是他人對我的稱呼 ,。
3.2 子網(wǎng)掩碼
子網(wǎng)掩碼(subnet mask)又叫網(wǎng)絡(luò)掩碼,、地址掩碼、子網(wǎng)絡(luò)遮罩,它是一種用來指明一個IP地址的哪些位標識的是主機所在的子網(wǎng),以及哪些位標識的是主機的位掩碼,。子網(wǎng)掩碼不能單獨存在,它必須結(jié)合IP地址一起使用,。子網(wǎng)掩碼只有一個作用,就是將某個IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機地址兩部分
3.3 無類地址
無類網(wǎng)絡(luò)是一種相對于有類網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò),無類網(wǎng)絡(luò)IP地址的掩碼是變長的。在有類網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,拿出一部分主機ID作為子網(wǎng)ID,。
例如:IP地址為192.168.250.44 子網(wǎng)掩碼不能是小于24位,。因為這是一個C類網(wǎng)絡(luò),子網(wǎng)掩碼只能大于24位。而掩碼255.255.248.0(21位)是不符合規(guī)定的,。
3.4 子網(wǎng)劃分
子網(wǎng)劃分定義:Internet組織機構(gòu)定義了五種IP地址,有A,、B、C三類地址,。A類網(wǎng)絡(luò)有126個,每個A類網(wǎng)絡(luò)可能有16777214臺主機,它們處于同一廣播域,。而在同一廣播域中有這么多節(jié)點是不可能的,網(wǎng)絡(luò)會因為廣播通信而飽和,結(jié)果造成16777214個地址大部分沒有分配出去??梢园鸦诿款惖腎P網(wǎng)絡(luò)進一步分成更小的網(wǎng)絡(luò),每個子網(wǎng)由路由器界定并分配一個新的子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址,子網(wǎng)地址是借用基于每類的網(wǎng)絡(luò)地址的主機部分創(chuàng)建的,。劃分子網(wǎng)后,通過使用掩碼,把子網(wǎng)隱藏起來,使得從外部看網(wǎng)絡(luò)沒有變化,這就是子網(wǎng)掩碼。
3.5 路由聚合
路由聚合(也叫匯總)是讓路由選擇協(xié)議能夠用一個地址通告眾多網(wǎng)絡(luò),旨在縮小路由器中路由選擇表的規(guī)模,以節(jié)省內(nèi)存,并縮短IP對路由選擇表進行分析以找出前往遠程網(wǎng)絡(luò)的路徑所需的時間,。
4. ARP協(xié)議
地址解析協(xié)議,即ARP(Address Resolution Protocol),是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個TCP/IP協(xié)議,。 主機發(fā)送信息時將包含目標IP地址的ARP請求廣播到局域網(wǎng)絡(luò)上的所有主機,并接收返回消息,以此確定目標的物理地址;收到返回消息后將該IP地址和物理地址存入本機ARP緩存中并保留一定時間,下次請求時直接查詢ARP緩存以節(jié)約資源。
5. IP 數(shù)據(jù)報格式
版本 占 4 位,表示 IP 協(xié)議的版本,。通信雙方使用的 IP 協(xié)議版本必須一致,。目前廣泛使用的IP協(xié)議版本號為 4,即 IPv4。
首部長度 占 4 位,可表示的最大十進制數(shù)值是 15,。這個字段所表示數(shù)的單位是 32 位字長(1 個 32 位字長是 4 字節(jié)),。因此,當 IP 的首部長度為 1111 時(即十進制的 15),首部長度就達到 60 字節(jié)。當 IP 分組的首部長度不是 4 字節(jié)的整數(shù)倍時,必須利用最后的填充字段加以填充,。 數(shù)據(jù)部分永遠在 4 字節(jié)的整數(shù)倍開始,這樣在實現(xiàn) IP 協(xié)議時較為方便,。首部長度限制為 60 字節(jié)的缺點是,長度有時可能不夠用,之所以限制長度為 60 字節(jié),是希望用戶盡量減少開銷。最常用的首部長度就是 20 字節(jié)(即首部長度為 0101),這時不使用任何選項,。
區(qū)分服務(wù) 也被稱為服務(wù)類型,占 8 位,用來獲得更好的服務(wù),。這個字段在舊標準中叫做服務(wù)類型,但實際上一直沒有被使用過。1998 年 IETF 把這個字段改名為區(qū)分服務(wù)(Differentiated Services,DS)。只有在使用區(qū)分服務(wù)時,這個字段才起作用,。
總長度 首部和數(shù)據(jù)之和,單位為字節(jié),。總長度字段為 16 位,因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 2^16-1=65535 字節(jié),。
標識(identification) 用來標識數(shù)據(jù)報,占 16 位,。IP 協(xié)議在存儲器中維持一個計數(shù)器。每產(chǎn)生一個數(shù)據(jù)報,計數(shù)器就加 1,并將此值賦給標識字段,。當數(shù)據(jù)報的長度超過網(wǎng)絡(luò)的 MTU,而必須分片時,這個標識字段的值就被復制到所有的數(shù)據(jù)報的標識字段中,。具有相同的標識字段值的分片報文會被重組成原來的數(shù)據(jù)報。
標志(flag) 占 3 位,。第一位未使用,其值為 0,。第二位稱為 DF(不分片),表示是否允許分片。取值為 0 時,表示允許分片;取值為 1 時,表示不允許分片,。第三位稱為 MF(更多分片),表示是否還有分片正在傳輸,設(shè)置為 0 時,表示沒有更多分片需要發(fā)送,或數(shù)據(jù)報沒有分片,。
片偏移 占 13 位。當報文被分片后,該字段標記該分片在原報文中的相對位置,。片偏移以 8 個字節(jié)為偏移單位,。所以,除了最后一個分片,其他分片的偏移值都是 8 字節(jié)(64 位)的整數(shù)倍。
生存時間(TTL) 表示數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中的壽命,占 8 位,。該字段由發(fā)出數(shù)據(jù)報的源主機設(shè)置,。其目的是防止無法交付的數(shù)據(jù)報無限制地在網(wǎng)絡(luò)中傳輸,從而消耗網(wǎng)絡(luò)資源。 路由器在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報之前,先把 TTL 值減 1,。若 TTL 值減少到 0,則丟棄這個數(shù)據(jù)報,不再轉(zhuǎn)發(fā),。因此,TTL 指明數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中最多可經(jīng)過多少個路由器。TTL 的最大數(shù)值為 255,。若把 TTL 的初始值設(shè)為 1,則表示這個數(shù)據(jù)報只能在本局域網(wǎng)中傳送,。
協(xié)議 表示該數(shù)據(jù)報文所攜帶的數(shù)據(jù)所使用的協(xié)議類型,占 8 位。該字段可以方便目的主機的 IP 層知道按照什么協(xié)議來處理數(shù)據(jù)部分,。不同的協(xié)議有專門不同的協(xié)議號,。 例如,TCP 的協(xié)議號為 6,UDP 的協(xié)議號為 17,ICMP 的協(xié)議號為 1。
首部檢驗和(checksum) 用于校驗數(shù)據(jù)報的首部,占 16 位,。數(shù)據(jù)報每經(jīng)過一個路由器,首部的字段都可能發(fā)生變化(如TTL),所以需要重新校驗,。而數(shù)據(jù)部分不發(fā)生變化,所以不用重新生成校驗值。
源地址 表示數(shù)據(jù)報的源 IP 地址,占 32 位,。
目的地址 表示數(shù)據(jù)報的目的 IP 地址,占 32 位,。該字段用于校驗發(fā)送是否正確。
可選字段 該字段用于一些可選的報頭設(shè)置,主要用于測試,、調(diào)試和安全的目的,。這些選項包括嚴格源路由(數(shù)據(jù)報必須經(jīng)過指定的路由),、網(wǎng)際時間戳(經(jīng)過每個路由器時的時間戳記錄)和安全限制。
填充 由于可選字段中的長度不是固定的,使用若干個 0 填充該字段,可以保證整個報頭的長度是 32 位的整數(shù)倍,。
數(shù)據(jù)部分 表示傳輸層的數(shù)據(jù),如保存 TCP,、UDP、ICMP 或 IGMP 的數(shù)據(jù),。數(shù)據(jù)部分的長度不固定,。
6. IP 報文分片重組
標識字符是任意給定的。
總長度 標識 MF DF 偏移量 原始數(shù)據(jù)報 3840 12345 0 0 0 數(shù)據(jù)報片1 1420 12345 1 0 0 數(shù)據(jù)報片2 1420 12345 1 0 175 數(shù)據(jù)報片3 1020 12345 0 0 350
7. ICMP(類型及格式)
ICMP(Internet Control Message Protocol)網(wǎng)際控制報文協(xié)議,。它是TCP/IP協(xié)議簇的一個子協(xié)議,用于在IP主機,、路由器之間傳遞控制消息。 控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通,、主機是否可達,、路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息,。這些控制消息雖然并不傳輸用戶數(shù)據(jù),但是對于用戶數(shù)據(jù)的傳遞起著重要的作用,。
7.1 類型
ICMP差錯報告、ICMP詢問報文
目的不可達:當路由器找不到路由或者主機不能交付IP數(shù)據(jù)報時,就丟棄IP數(shù)據(jù)報,路由器或者主機向IP數(shù)據(jù)報的源站發(fā)送“目的不可達”報文,。 時間超過:可分為兩種情況,第一種是TTL=0:當IP數(shù)據(jù)報通過路由器時,IP首部的TTL字段減一,當路由器發(fā)現(xiàn)收到IP數(shù)據(jù)報的TTL=0時,就丟棄該報文,同時該路由器向源站點發(fā)送ICMP超時報文,。第二種是分片不能重組:如果組成IP數(shù)據(jù)報的所有分片未能在規(guī)定的時限內(nèi)達到目的主機,就不能進行分片的重組,則目的主機會丟棄已經(jīng)收到的分片,并向源站點發(fā)送ICMP超時報文。 參數(shù)問題:如果路由器或目的主機發(fā)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)報首部的某個字段不正確時,就丟棄該數(shù)據(jù)報并向源站發(fā)送ICMP參數(shù)問題報文,。 改變路由(重定向):在特定情況下,當路由器檢測到一臺機器使用非優(yōu)化路由的時候,它會向該主機發(fā)送一個ICMP重定向報文,請求主機改變路由,路由器也會把初始數(shù)據(jù)報向它的目的轉(zhuǎn)發(fā),。
7.2 格式
不應(yīng)發(fā)送ICMP的差錯報告報文的情況
ICMP差錯報告報文,不再發(fā)送ICMP差錯報告報文 對第一個分片的數(shù)據(jù)報片的所有后續(xù)數(shù)據(jù)報片,都不發(fā)送ICMP差錯報告報文 對具有多播地址的數(shù)據(jù)報,都不發(fā)送ICMP差錯報告報文 對具有特殊地址(127.0.0.1和0.0.0.0)的數(shù)據(jù)報,不發(fā)送ICMP差錯報告報文。
常用的ICMP詢問報文有兩種:
回送請求和回答 是由主機或路由器向一個特定的目的主機發(fā)出的詢問,。收到此報文的主機必須給源主機或路由器發(fā)送ICMP會送回答報文,。這種詢問報文用來測試目的站是否可達以及了解其有關(guān)狀態(tài)。
時間戳請求和回答 ICMP時間戳請求報文是請某臺主機或路由器回答當前的日期和時間,。在ICMP時間戳回答報文中有一個32的字段,其中寫入的證書代表從1900年1月1日其道當前時刻一共由多少秒,。時間戳請求與回答可用于時鐘同步和時間測量。
8. 理想的路由算法
8.1 特點
算法必須是正確的和完整的 算法在計算機上應(yīng)簡單 應(yīng)能適應(yīng)通信量和網(wǎng)絡(luò)拓撲的變化 具有穩(wěn)定性 應(yīng)是公平的 應(yīng)是最佳的
兩種路由算法
靜態(tài)路由選擇策略(非自適應(yīng)路由選擇) 動態(tài)路由選擇策略(自適應(yīng)路由選擇)
8.2 路由選擇協(xié)議
內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP 即在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議,而這與在互聯(lián)網(wǎng)中其他自治系統(tǒng)選用掃碼路由選擇協(xié)議無關(guān),。目前這類路由選擇協(xié)議使用的最多多,。如RI和OSPF協(xié)議。
外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP 若源主機和目的主機處在不同的自治系統(tǒng)中,當數(shù)據(jù)包傳到一個自治系統(tǒng)的邊界時,就需要使用一個協(xié)議將路由選擇信息傳遞道另一個自治系統(tǒng)中,。
9. RIP,、OSPF、BGP(RIP 報文最大長度)(RIP 度量從 1 開始)
9.1 RIP(放UDP)
9.1.1 工作原理
RIP(Routing Information Protocol,路由信息協(xié)議)是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP),是一種動態(tài)路由選擇協(xié)議,用于自治系統(tǒng)(AS)內(nèi)的路由信息的傳遞,。RIP協(xié)議基于距離矢量算(DistanceVectorAlgorithms),使用“跳數(shù)”(即metric)來衡量到達目標地址的路由距離,。這種協(xié)議的路由器只關(guān)心自己周圍的世界,只與自己相鄰的路由器交換信息,范圍限制在15跳(15度)之內(nèi),再遠,它就不關(guān)心了。
9.1.2 特點
僅和相鄰路由器交換信息,。 路由器交換信息時當前本路由器所知道的全部信息,即自己現(xiàn)在的路由表,。 按固定的時間間隔交換路由信息,。
9.1.3 距離向量算法
從相鄰的 X 路由器接收發(fā)送過來的 RIP(Routing Information Protocol) 報文 將該 RIP 報文中的下一跳地址修改為 X,且跳數(shù)增加 1 對每個項目執(zhí)行如下步驟
若原路由表沒有 RIP 中的目的網(wǎng)絡(luò) N,直接添加到原路由表中 若原路由表中有 RIP 中的目的網(wǎng)絡(luò) N,但下一跳地址不是 X ,選擇跳數(shù)少的替換。如果兩者跳數(shù)一樣,則保留原路由表的項,。 若原路由表中有 RIP 中的目的網(wǎng)絡(luò) N,且下一跳地址是 X,使用收到的項替換,若超過 180s (RIP 默認 180s)還沒有收到相鄰路由器的更新路由表,則相鄰路由器置為不可達,跳數(shù)為 16
不理解沒關(guān)系,后面有例題!
9.1.4 RIP協(xié)議報文格式
當網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)障礙時,要經(jīng)過比較長的時間才能將此信息傳送到所有的路由器,。 好消息傳的快,而壞消息傳的慢這是RIP協(xié)議的一個缺點
9.2 OSPF(放IP數(shù)據(jù)報)
9.2.1 簡介
OSPF(Open Shortest Path First開放式最短路徑優(yōu)先)是一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol,簡稱IGP),用于在單一自治系統(tǒng)(autonomous system,AS)內(nèi)決策路由。是對鏈路狀態(tài)路由協(xié)議的一種實現(xiàn),隸屬內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP),故運作于自治系統(tǒng)內(nèi)部,。
著名的迪克斯徹(Dijkstra)算法被用來計算最短路徑樹,。OSPF支持負載均衡和基于服務(wù)類型的選路,也支持多種路由形式,如特定主機路由和子網(wǎng)路由等。
9.2.2 與RIP對比
向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息,。 發(fā)送的信息就是本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài) 只有當鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時,路由器才向所有路由器用洪乏法發(fā)送此信息,。
9.2.3 分組格式
版本 類型 :五種類型分組中的一種
類型1,問好分組,(1)類型1,問候(Hello)分組,用來發(fā)現(xiàn)和維持鄰站的可達性。 類型2, I1-304-2數(shù)據(jù)庫描述(Database Description)分組,向鄰站給出自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息,。 類型3,鏈路狀態(tài)請求(Link State Request)分組,向?qū)Ψ秸埱蟀l(fā)送某些鏈路狀態(tài)項曰的詳細信息,。 類型4,鏈路狀態(tài)更新(Link State Update)分組,用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài),。這種分組是最復雜的,也是OSPF協(xié)議最核心的部分。路由器使用這種分組將其鏈路狀態(tài)通知給鄰站,。鏈路狀態(tài)更新分組共有五種不同的鏈路狀態(tài)[RFC 2328],。 類型5,鏈路狀態(tài)確認(Link State Acknowledgment)分組,對鏈路更新分組的確認。
分組長度:包括OSPF首部在內(nèi)的分組長度,以字節(jié)為單位 路由器標識符:標志發(fā)送該分組的路由器的接口的IP地址 區(qū)域標識符:分組屬于的區(qū)域的標識符,。 檢驗和:用來檢測分組中的差錯,。 鑒別類型:目前只有兩種,0(不用)和1(口令) 鑒別 鑒別類型為0時就填入0,鑒別類型為1則填入8個字符的口令。
9.2.4 特點
OSPF 允許管理員給每條路由指派不同的代價 如果同一個目的網(wǎng)絡(luò)由多條相同代價的路徑,那么可以將通信量分配給這幾條路徑,。 所有在OSPF路由器之間交換的分組都具有鑒別的功能,因而保證了盡在可信賴的路由器之間交換鏈路狀態(tài)的信息,。 OSPF支持可變長度的子網(wǎng)劃分和無分類的編制CIDR 由于網(wǎng)絡(luò)中的鏈路狀態(tài)可能經(jīng)常發(fā)生變化,因此OSPF讓每一個鏈路狀態(tài)都帶上一個32為的序號,序號越大狀態(tài)就越新。
9.3 BGP(放TCP數(shù)據(jù)報)
9.3.1 簡介
BGP是自治系統(tǒng)間的路由協(xié)議,BGP交換的網(wǎng)絡(luò)可達性信息提供了足夠的信息來檢測路由回路并根據(jù)性能優(yōu)先和策略約束對路由進行決策,。
在內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(RIP或是OSPF)主要是設(shè)法使數(shù)據(jù)報在一個AS中盡可能有效地從源站傳送道目的站,。在一個AS內(nèi)部也不選喲考慮其他方面的策略。然而BGP使用的環(huán)境卻不同,主要是下面兩個原因,。
互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模太大,使得自治系統(tǒng)AS之間路由選擇非常困難。 自治系統(tǒng)AS之間的路由選擇必須考慮有關(guān)策略,。
邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP只能是力求虛招一條能夠到達目的網(wǎng)絡(luò)且比較好的路由(不能兜圈子),而并非尋找一條最佳路由,。BGP采用了路徑向量路由選擇協(xié)議,他與距離向量協(xié)議(RIP)和鏈路狀態(tài)協(xié)議(如OSPF)都有很大的區(qū)別。
BGP發(fā)言人表明該路由可以代表整個自治系統(tǒng)AS與其他自治系統(tǒng)AS交換路由信息,。
10. 路由器的交換結(jié)構(gòu)
是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機,其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組,。從路由器某個輸入端口收到的分組,按照分組要去的目的地,把該分組從路由器的某個輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。
10.1 路由器的構(gòu)成
路由器分成兩個大部分路由選擇 和分組轉(zhuǎn)發(fā)
路由控制部分也叫做控制部分,其核心構(gòu)件式路由選擇處理機,。 分組轉(zhuǎn)發(fā)部分主要有三部分組成,交換接口 ,一組輸入端口 和一組輸出端口 ,。
在討論路由選擇的原理時,往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的卻別
10.2 交換結(jié)構(gòu)
交換結(jié)構(gòu)位于一臺路由器的核心部位,。交換可以用多種方式進行,如經(jīng)內(nèi)存交換、經(jīng)總線交換,、經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)交換,。 在網(wǎng)絡(luò)接口中,特定媒質(zhì)接口完成所有的物理層和介質(zhì)訪問子層的功能,交換結(jié)構(gòu)接口完成IP交換的前期和后期工作,。 在交換一個IP之前,先將IP包分成一些固定長度的信元,附上內(nèi)部路由標識符或者標記優(yōu)先級等;而在交換后,則將接收到的一些具有相同標識符的信元重組為一個IP數(shù)據(jù)包,。
11. 專用地址,VPN, NAT
11.1 專用地址
專用地址(224.0.0.0-224.0.0.255)用于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組的廣播的地址,。 公用地址(224.0.1.0-238.255.255.255)用于其它組播的地址,。
11.2 VPN
虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VPN)的功能是:在公用網(wǎng)絡(luò)上建立專用網(wǎng)絡(luò),進行加密通訊。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中有廣泛應(yīng)用,。VPN網(wǎng)關(guān)通過對數(shù)據(jù)包的加密和數(shù)據(jù)包目標地址的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)遠程訪問。VPN可通過服務(wù)器,、硬件,、軟件等多種方式實現(xiàn),。
11.3 NAT
NAT(Network Address Translation,網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換)是1994年提出的,。當在專用網(wǎng)內(nèi)部的一些主機本來已經(jīng)分配到了本地IP地址(即僅在本專用網(wǎng)內(nèi)使用的專用地址),但現(xiàn)在又想和因特網(wǎng)上的主機通信(并不需要加密)時,可使用NAT方法,。
這種方法需要在專用網(wǎng)(私網(wǎng)IP)連接到因特網(wǎng)(公網(wǎng)IP)的路由器上安裝NAT軟件。裝有NAT軟件的路由器叫做NAT路由器,它至少有一個有效的外部全球IP地址(公網(wǎng)IP地址),。這樣,所有使用本地地址(私網(wǎng)IP地址)的主機在和外界通信時,都要在NAT路由器上將其本地地址轉(zhuǎn)換成全球IP地址,才能和因特網(wǎng)連接,。
12. IP 多播
IP組播(IP multicasting)是對硬件組播的抽象,是對標準IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的擴展。它通過使用特定的IP組播地址,按照最大投遞的原則,將IP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)揭粋€組播群組(multicast group)的主機集合,。
它的基本方法是:當某一個人向一組人發(fā)送數(shù)據(jù)時,它不必將數(shù)據(jù)向每一個人都發(fā)送數(shù)據(jù),只需將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個特定的預約的組地址,所有加入該組的人均可以收到這份數(shù)據(jù),。這樣對發(fā)送者而言,數(shù)據(jù)只需發(fā)送一次就可以發(fā)送到所有接收者,大大減輕了網(wǎng)絡(luò)的負載和發(fā)送者的負擔。
13. 課后精選習題
第一題(4-03) 作為中間設(shè)備,轉(zhuǎn)發(fā)器,網(wǎng)橋,路由器網(wǎng)關(guān)有何區(qū)別?
轉(zhuǎn)發(fā)器:物理層使用的中間設(shè)備 網(wǎng)橋或是橋接器:數(shù)據(jù)鏈路層使用的中間設(shè)備 路由器:網(wǎng)絡(luò)層使用的中間設(shè)備 網(wǎng)關(guān):網(wǎng)絡(luò)層以上使用的中間設(shè)備,連接兩個不兼容的胸要在高層進行協(xié)議的轉(zhuǎn)換
第二題(4-04) 試簡單說明下列協(xié)議的作用: IP,、ARP、RARP,、ICMP
(1)IP協(xié)議:實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連,。使參與互連的性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò),。網(wǎng)際協(xié)議IP是TCP/IP體系中兩個最主要的協(xié)議之一,。 (2)ARP協(xié)議:是解決同一個局域網(wǎng)上的主機或路由器的IP地址到硬件地址的映射問題。 (3)RARP協(xié)議:是解決同一個局域網(wǎng)上硬件地址到主機或路由器的IP地址的映射問題,。(與ARP相反) (4)ICMP:提供差錯報告和詢問報文,以提高IP數(shù)據(jù)交付成功的機會。
第三題(4-05) IP地址分為幾類?各如何表示?IP地址的主要特點是什么?
五類 A類:前8位為網(wǎng)絡(luò)號,后24位為主機號,網(wǎng)絡(luò)號首位為0,。(32位的二進制) B類:前16位為網(wǎng)絡(luò)號,后16位為主機號,網(wǎng)絡(luò)號前兩位為10。 C類:前24位為網(wǎng)絡(luò)號,后8位為主機號,網(wǎng)絡(luò)號前三位為110,。 D類:前4位為1110,后面28位是多播組號,。 E類:前5位為11110,后面27位保留。 特點: 1,、IP地址是一種分等級的地址結(jié)構(gòu),。每一類1地址都由兩個固定長度的字段組成,其中一個字段是網(wǎng)絡(luò)號 net-id,它標志主機(或路由器)所連接到的網(wǎng)絡(luò),而另一個字段則是主機號 host-id。 2,、它標志該主機(或路由器)各類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段net-id分別為1,2,3,0,0字節(jié);主機號字段host-id分別為3字節(jié),2字節(jié),1字節(jié),4字節(jié),4字節(jié),。 3,、所有分配到網(wǎng)路號net-id的網(wǎng)絡(luò),范圍很小的局域網(wǎng),還是可能覆蓋很大地理范圍的廣域網(wǎng),都是平等的。
第四題(4-09)
子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0代表什么意思? 一個網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)在掩碼為255.255.255.248,問該網(wǎng)絡(luò)能連接多少臺主機? 一個A類網(wǎng)絡(luò)和一個B類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)號subnet-id分別為16個1和8個1,問這兩個網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼有何不同 一個B類地址的子網(wǎng)掩碼是255.255.240.0,。試問在其中每一個子網(wǎng)上的主機數(shù)量最多是多少? 一個A類網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)樣碼是255.255.0.255,他是否為有效的子網(wǎng)掩碼 某個Ip地址的十六進制表示是C2.2F.14.81,試將其轉(zhuǎn)換為點分十進制形式,這個IP地址是屬于哪一類,。 C類網(wǎng)絡(luò)使用子網(wǎng)掩碼有無實際意思?為什么?
第五題(4-10) 試辨認以下IP地址的網(wǎng)絡(luò)類別 ①128.36.199.3 ②21.12.240.17 ③183.194.76.253 ④ 192.12.69.248 ⑤89.3.0.1 ⑥200.3.6.2
①128.36.199.3 B ②21.12.240.17 A ③183.194.76.253 B ④ 192.12.69.248 C ⑤89.3.0.1 A ⑥200.3.6.2 C
第六題(4-15) 什么是最大傳送單元MTU?它和IP數(shù)據(jù)報首部中的哪個字段有關(guān)系。
在IP層下面的每一種數(shù)據(jù)鏈路層都規(guī)定了一個幀所能傳送的數(shù)據(jù)的最大值,。這數(shù)值稱為最大傳送單元MTU,。當IP數(shù)據(jù)包封裝成鏈路層的幀時,此數(shù)據(jù)報的總長度(即首部加上數(shù)據(jù)部分)一定不能超過下面的數(shù)據(jù)鏈路層的的MTU。 顯然MTU就是IP數(shù)據(jù)包首部中的總長度字段的上限值,。這個總長度的字段是16位,因此這個字段可以表示的最大數(shù)值是2*10e16-1,即65535字節(jié)。但實際上下面的數(shù)據(jù)鏈路層往往限制了IP數(shù)據(jù)包的總長度要遠遠小于這個數(shù)值,。 IP數(shù)據(jù)報首部中的總長度<= min{MTU,65535}
第七題(4-17) 一個3200位長的TCP報文傳到IP層,加上160位的首部后成為數(shù)據(jù)報。下面的互聯(lián)網(wǎng)由兩個局域網(wǎng)通過路由器鏈接起來,。但第二個居于萬所能傳送的最長數(shù)據(jù)幀中的數(shù)據(jù)部分只有1200位。因此數(shù)據(jù)報在路由器必須進行分片,。試問第二個局域網(wǎng)向其上層要傳送多少比特的數(shù)據(jù)(這里的“數(shù)據(jù)”當然指的是局域網(wǎng)看見的數(shù)據(jù))?
第八題(4-18) (1)有人認為:“ARP協(xié)議向網(wǎng)絡(luò)層提供了轉(zhuǎn)換地址的服務(wù),因此ARP應(yīng)當屬于數(shù)據(jù)鏈路層,?!边@種說法為什么是錯誤的?
因為ARP本身是網(wǎng)絡(luò)層的一部分,ARP協(xié)議為IP協(xié)議提供了轉(zhuǎn)換地址的服務(wù),數(shù)據(jù)鏈路層使用硬件地址而不使用IP地址,無需ARP協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層本身即可正常運行。因此ARP不再數(shù)據(jù)鏈路層,。
(2)試解釋為什么ARP高速緩存每存入一個項目就要設(shè)置10~20分鐘的超時計時器。這個時間設(shè)置的太大或太小會出現(xiàn)什么問題?
考慮到IP地址和Mac地址均有可能是變化的(更換網(wǎng)卡,或動態(tài)主機配置)10-20分鐘更換一塊網(wǎng)卡是合理的,。超時時間太短會使ARP請求和響應(yīng)分組的通信量太頻繁,而超時時間太長會使更換網(wǎng)卡后的主機遲遲無法和網(wǎng)絡(luò)上的其他主機通信,。
(3)至少舉出兩種不需要發(fā)送ARP請求分組的情況(即不需要請求將某個目的IP地址解析為相應(yīng)的硬件地址)。
在源主機的ARP高速緩存中已經(jīng)有了該目的IP地址的項目;源主機發(fā)送的是廣播分組;源主機和目的主機使用點對點鏈路,。
第九題(4-19) 主機A發(fā)送IP數(shù)據(jù)報給主機B,途中經(jīng)過了5個路由器,。試問在IP數(shù)據(jù)報的發(fā)送過程總共使用幾次ARP?
途經(jīng)5個路由器,那么在發(fā)送過程中開始發(fā)送,原主機會用一次ARP地址解析協(xié)議找到第一個路由器的物理地址,每經(jīng)歷一個路由器就會使用一次ARP地址解析協(xié)議,故總共會用到6次,。
第十題(4-20) 設(shè)某路由器建立了如下路由表(這三列分別是目的網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)掩碼和下一跳路由器,若直接交付則最后一列表示應(yīng)當從哪一個接口轉(zhuǎn)發(fā)以去):
目的網(wǎng)絡(luò) 子網(wǎng)掩碼 下一跳 128.96.39.0 255.255.255.128 接口m0 128.96.39.128 255.255.255.128 接口m1 128.96.40.0 255.255.255.128 R2 192.4.153.0 255.255.255.192 R3 *(默認) — R4
現(xiàn)共收到5個分組,其目的站IP地址分別為 (1)128.96.39.10 (2)128.96.40.12 (3)128.96.40.151 (4)192.4.153.17 (5)192.4.153.90 試分別計算其下一跳,。
第十一題(4-21) 某單位分配到一個B類IP地址,其網(wǎng)絡(luò)號(Net―ID)為129.250.0.0,。該單位有4000多臺計算機,分布在16個不同的地點,。如選用子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0,試給每個地點分配一個子網(wǎng)號,并算出各子網(wǎng)中主機號碼的最大和最小值。
第十一題(4-22) 一個數(shù)據(jù)報長度為 4000 字節(jié)(固定首部長度)?,F(xiàn)在經(jīng)過一個網(wǎng)絡(luò)傳送,但此網(wǎng)絡(luò)能夠傳送的最大數(shù)據(jù)長度為 1500 字節(jié)。試問應(yīng)當劃分為幾個短些的數(shù)據(jù)報片?各數(shù)據(jù)報片的數(shù)據(jù)字段長度,、片偏移字段 和 MF 標志應(yīng)為何數(shù)值?
第十二題(4-24) 試著找出可產(chǎn)生以下數(shù)目的A類子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼(采用連續(xù)掩碼) (1)2; (2)6; (3)30; (4)62; (5)122; (6)250;
第十三題(4-26) 有如下的4個/24地址塊,試進行最大可能的聚合 212.56.132.0/24 212.56.133.0/24 212.56.134.0/24 212.56.135.0/24
第十四題(4-27) 有兩個CIDR地址塊208.128/11和208.130.28/22,。是否有那一個地址塊包含了另一個地址?如果有,請指出,并說明理由,。
第十五題(4-28)
第十六題(4-29) 一個自治系統(tǒng)有5個局域網(wǎng),其連接圖如圖4-55示,。LAN2至LAN5上的主機數(shù)分別為:91,150,3和15.該自治系統(tǒng)分配到的IP地址塊為30.138.118/23。試給出每一個局域網(wǎng)的地址塊(包括前綴),。
第十七題(4-30) 一個公司有一個總部和三個下屬部門。公司分配到的網(wǎng)絡(luò)前綴是192.77.33/24,。公司的網(wǎng)絡(luò)布局如圖4-56??偛抗灿形鍌€局域網(wǎng),其中LAN1~LAN4都連接到路由器R1上,R1再通過LAN5與路由器R2相連,。R5和遠地的三個部門的局域網(wǎng)LAN6~LAN8通過廣域網(wǎng)相連,。每個局域網(wǎng)旁邊標明的數(shù)字是局域網(wǎng)上主機數(shù)。試給每個局域網(wǎng)分配一個合適的網(wǎng)絡(luò)前綴,。
注意 這里的WAN也要分的!! 比如WAN1要包含R2,R3兩個網(wǎng)絡(luò),還要加上全0全1就是4了就是2的2次方(我是這樣理解的,錯了別怪我!)
第十八題(4-31) 以下地址中的哪一個和86.32/12匹配?請說明理由 (1)86.224.123 (2)86.79.65.216 (3)86.58.119.74 (4)86.68.206.154
第十九題(4-32) 以下的地址前綴中的哪一個地址和2.52.90.140匹配?請說明理由. (1) 0/4 (2) 32/4 (3) 4/6 (4) 80/4
第二十題(4-34) 與下列掩碼相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)前綴各有多少位? (1)192.0.0.0; (2)240.0.0.0; (3)255.224.0.0; (4)255.255.255.252;
第二十一題(4-37) 某單位分配到一個地址塊136.23.12.64/26。現(xiàn)在需要進一步劃分4個一樣大的子網(wǎng),。試問: (1)每個子網(wǎng)的前綴有多長? (2)每一個子網(wǎng)中有多少個地址? (3)每一個子網(wǎng)的地址塊是什么? (4)每一個子網(wǎng)可分配給主機使用的最小地址和最大地址是什么?
(直接看答案吧,不想寫了…)
第二十二題(4-38) IGP和EGP這兩類協(xié)議的主要區(qū)別是什么?
IGP: 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Interior Gateway Protocol) 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)是一種專用于一個自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(比如:某個當?shù)厣鐓^(qū)范圍內(nèi)的一個自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))中網(wǎng)關(guān)間交換數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)通道信息的協(xié)議,。網(wǎng)絡(luò)IP協(xié)議或者其他的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議常常通過這些通道信息來決斷怎樣傳送數(shù)據(jù)流。目前最常用的兩種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議分別是:路由信息協(xié)議(RIP)和最短路徑優(yōu)先路由協(xié)議(OSPF),。
EGP:外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(Exterior Gateway Protocol) 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)是一種在自治系統(tǒng)的相鄰兩個網(wǎng)關(guān)主機間交換路由信息的協(xié)議,。 EGP 通常用于在因特網(wǎng)主機間交換路由表信息,。它是一個輪詢協(xié)議,利用 Hello 和 I-Heard-You 消息的轉(zhuǎn)換,能讓每個網(wǎng)關(guān)控制和接收網(wǎng)絡(luò)可達性信息的速率,允許每個系統(tǒng)控制它自己的開銷,同時發(fā)出命令請求更新響應(yīng)。路由表包含一組已知路由器及這些路由器的可達地址以及路徑開銷,從而可以選擇最佳路由,。每個路由器每間隔 120 秒或 480 秒會訪問其鄰居一次,鄰居通過發(fā)送完整的路由表以示響應(yīng)。
第二十四題(4-39) 試講述RIP,OSPF和BGP路由選擇協(xié)議的主要特點
第二十五題(4-40) RIP使用UDP,OSPF使用IP,而BGP使用TCP,。這樣做有何優(yōu)點?
第二十六題(4-41) 假定網(wǎng)絡(luò)中的路由器B的路由表有如下的項目(這三列分別表示“目的網(wǎng)絡(luò)”,、“距離”和“下一跳”路由器): N1 7 A N2 2 C N6 8 F N8 4 E N9 4 F 現(xiàn)在B收到從C發(fā)來的路由信息(這兩列分別表示“目的網(wǎng)絡(luò)”和“距離”): N2 4 N3 8 N6 4 N8 3 N9 5 試求出路由器B更新后的路由表(詳細說明每一個步驟)。
答:路由器B更新后的路由表如下: N1 7 A 沒有新信息,不改變 N2 5 C 相同的下一跳,更新 N3 9 C 新項目加入路由表 N6 5 C 下一跳不同,選擇距離更短的,更新 N8 4 E 下一跳不同,距離一樣,不改變 N9 4 F 下一跳不同,距離更大,不改變
第二十七題(4-42) 假定網(wǎng)絡(luò)中的路由器A的路由表有如下的項目(這三列分別表示“目的網(wǎng)絡(luò)”,、“距離”和“下一跳路由器”): N1 4 B N2 2 C N3 1 F N4 5 G 現(xiàn)將A收到從C發(fā)來的路由信息(這兩列分別表示“目的網(wǎng)絡(luò)”“距離”): N1 2 N2 1 N3 3 N4 7 試求出路由器A更新后的路由表(詳細說明每一個步驟),。
第二十八題(4-54) 某單位分配到一個起始地址為 14.24.74.0/24 的地址塊。該單位需要用到三個子網(wǎng),他們的三個子地址塊的具體要求是:子網(wǎng) N1 需要 120 個地址,。子網(wǎng) N2 需要 60 個地址,。子網(wǎng) N3 需要 10 個地址。請給出地址塊的分配方案,。
第二十九題(4-64) 試把以下的 IPv6 地址用零壓縮方法寫成簡潔形式: (1)0000:0000:0F53:6382:AB00:67DB:BB27:7332 (2)0000:0000:0000:0000:0000:0000:004D:ABCD (3)0000:0000:0000:AF36:7328:0000:87AA:0398 (4)2819:00AF:0000:0000:0000:0035:0CB2:B271
第三十題(4-65) 試把以下零壓縮的IPv6地址寫成原來的形式: (1)0::0 (2)0:AA::0 (3)0:1234 :: 3 (4)123::1:2