[计算机硬件及网络]互联网及其应用2-2-广域和路由原理课件.ppt

1、第一部分 网络协议（七）广域网技术和路由局域网的限制 局域网的限制 数量：共享 距离：竞争 A B(a)A 在时刻 t 发送一帧 A B(b)A 发送的帧在时刻 t+d 到达 B A B(c)B 在时刻 t+d 开始发送，与 A 的帧冲突 A B(d)B 和 A 冲突后的帧在时刻 t+2d 到达 A CSMA/CD 的冲突检测的最坏情况 广域网的机制 克服方法 包交换、交换机和路由器 存贮转发 Store forward前导目的地址源地址类型检验和数据6448481632046 字节填充(a)DIX 帧格式01500 字节前导目的地址源地址长度检验和数据6448481632046 字节填充(b

2、)IEEE802.3 帧格式01500 字节图 3.3 以太网帧格式包交换 包交换和介质共享 包交换的结构 包交换机接口和实现 包交换机间的互联 各种点到点通信方式广域网构成Next-hop转发IP头部格式版本：ipv4IHL：IP头部长度 32位组为单位 IP头部最长60字节，最小20字节总长度：包括头部和用户数据，IP分组最长65535字节，但是实践中很少会超过1500字节，常限制为576字节标识、DF/MF/分段偏移：IP分段与重组TTL：初始为64，在每个路由器处减1，为0时丢弃协议：高层协议（TCP：6；UDP：17头部检验和：采用1的反码运算把16位字相加源地址、目的地址：IP选项

3、：填充以保证32比特边界用户数据：开始位置由IHL字段决定IP格式版本分段偏移04816192431DFIHL服务类型总长度MF标识生命期协议头部检验和源IP地址目的IP地址IP选项（如果有）填充用户数据IP分组格式广域网地址 明确的格式 目的地址：在转发时，IP分组的源和目的地址不改变，只是MAC地址改变 层次地址方案hierarchical addres schemeIP地址分类IP地址范围IP地址 IP地址类：两层的层次结构:network number+host id 一个IP地址标识主机的一个接口，而不是一个主机 一个主机可能有两个或多个地址 两层三层层次结构：子网IP地址 子网(s

4、ubnetting)多个物理网络（子网）共享一个IP网络地址空间（常常为B类）IP地址主机部分的一些比特作为子网号 只有本地路由器知道子网的存在 本地路由器通过子网掩码来截取子网号 三层层次结构：网络号子网ID主机IDIP地址 子网掩码：标识哪些地址属于网络部分，哪些地址属于主机部分：主机部分对应的比特为0，其它为1 传统上子网掩码不会在0后再跟一个1，即子网ID是连续的 A类地址：255.0.0.0，B类地址255.255.0.0，C类地址255.255.255.0IP地址 子网地址限制：一个子网地址不能取全0或者全1 不允许采用1比特子网掩码10001100.10110011.110111

5、00.11001000 140.179.220.200 IP地址11111111.11111111.11100000.00000000 255.255.224.000 子网掩码-10001100.10110011.11000000.00000000 140.179.192.000 子网地址10001100.10110011.11011111.11111111 140.179.223.255 广播地址IP地址 子网：如果子网掩码为n比特，则子网的个数为2n-2 如果主机部分为n比特，则子网中的主机数 为2n-2 对于上面的例子，140.179.0.0采用3比特作为子网ID，则总共有6个子网，每个

6、子网最多有213-2=8190个节点，总个B类子网有49140个节点。而如果不划分子网，则最多有216-265534个节点IP地址 超网supernetting:CIDRClassless InterDomain Routing:RFC1519 问题：C类网络很多200万个，路由表爆炸 C类地址太小，而B类地址太大，并且很少(16382)抛弃类的边界，即超网，1992年提出 ISP分配地址时给用户一组连续(2n)C类地址，子网掩码被扩展为允许描述多个网络组成的一个大的网络IP地址 超网：假设用户需要1000个IP地址，则分配4个C类 192.60.128.0 (11000000.0011110

7、0.10000000.00000000)Class C subnet address192.60.129.0 (11000000.00111100.10000001.00000000)Class C subnet address192.60.130.0 (11000000.00111100.10000010.00000000)Class C subnet address192.60.131.0 (11000000.00111100.10000011.00000000)Class C subnet address-192.60.128.0 (11000000.00111100.10000000.

8、00000000)Supernetted Subnet address255.255.252.0 (11111111.11111111.11111100.00000000)Subnet Mask192.60.131.255(11000000.00111100.10000011.11111111)Broadcast address 四个C类地址可以用：192.60.128.0,netmask 255.255.252.0来标识IP地址和物理地址的转化 已知IP地址 ARP 已知MAC地址 RARPIP地址映射：ARP 直接递交：必须把IP地址映射为硬件地址 直接映射：proNet：192.12.6

9、9.x，其中x为主机的proNet地址 静态地址表映射 映射表手工维护，很少改变 X.25使用一个IP地址到“电话号码”的映射表 动态映射：ARP 通过询问网络中的主机来维护一个动态映射表IP地址映射：ARP ARP：IP地址MAC地址 用于以太网等广播网络中解析地址 如果不知道IP地址对应的MAC地址，发送ARP请求，暂时保留IP分组在缓冲区 ARP请求采用广播发送：Sender IP、MAC address;Target IP、MAC address 所有站点收到ARP请求，更新相应的cache Target IP站点响应ARP请求，源和目的字段相掉，并且填写源MAC地址 缓冲ARP响应，

10、在20分钟后清除 arp a 显示ARP表IP地址映射：RARP RARP：MACIP地址 无盘工作站获得自己的IP地址，MAC地址是唯一不变的 主机广播RARP请求 RARP服务器返回该MAC对应的IP地址IP地址映射：Proxy ARP 代理ARP：通过ARP在两个物理网络中用同一IP网络 路由器连接另一个网络，对第一个网络透明 第一个网络中的主机认为总个网络中只有一个物理网络：采用更短的子网掩码 路由器将响应第一个网络到第二个网络主机的ARP请求，回以路由器的MAC地址。H1H2RH3H4192.168.0.0/24192.168.0.64/28192.168.0.64/28192.16

11、8.0.0/24IP地址映射：Proxy ARP 第一个网络中的ARP请求会增加 主机必须保留更多的IP到MAC地址映射 安全漏洞：spoofing 对网络拓扑有要求，比如两个物理网络间有两个路由器连接。路由概念 源地址独立性 概念：不依赖源地址和路径 优点：紧凑/机制一致 层次地址和路由关系 路由表和路由概念 层次地址优点：索引 表规模 缺省路由使用路由和图论 内部（interior）和外部交换机（exterior）路由表的数据 完整 优化 图论的应用：node link路由表的生成和计算default route大型网络路由表人工配置的不可能性静态路由static routing动态路由d

12、ynamic routing最短路径计算 Dijkstra 算法 最短路径和权值最短路径计算算法给定：指定源点和边赋权的图计算：从源点到其它各节点的最短距离和下一站路由表 方法：-初始化集合S为除源点外的多有节点 初始化数组D，if源点到v有边，D（v）为权值，orD（v）=无穷大值 初始化数组R，if源点到v有边，R（v）为源点，or为0。While（S非空）从S中选一节点，使D（u）最小；If(D(u)无穷大）error，break；Delete u from S；对u，v是边的节点vIf（v在S中）c=D（u）+weigh（u，v）；if（cD（v）R（v）=R（u）；D（v）=c；分布

13、式路由计算 各自计算 相邻发送 故障间断 路由更新 矢量距离路由（VD）链路状态路由（SPF）矢量距离路由vector-distance目标、到目标距离值对给定：本地路由表、临机变权、输入的路由信息计算：更新路由表方法：-设置路由表中每项的距离初始化：目的地就是本报交换机的项，其下一站值不用，距离为0。While 等待临机路由信息；置发送者为交换机N；对信息中每一项v=目的；D=距离；c=D+信息到来的该边的权值；检查并更新路由表；If（无路由到v）加入目的为v，下一站为N，距离为C的项；else if（已经存在下一站为N的路由）用C替代表中的距离值;else if（存在距离大于C的路由）更新

14、：下一站为N，距离为C；SPF 链路状态路由 交换信息 仅仅含路径状态信息 各自计算（同SP）同时计算（和VD区别）IP转发 三种路由方式：直接路由：目的节点在同一个子网中 间接路由：目的节点不在同一个子网，必须经过中继路由器 缺省路由：目的节点不在路由表中时IP转发get destination IP address Dif network(D)=directly attached network ARP:D-MAC addressput in link layer frameforwardElseforeach entry in routing table if(D&subnet mask)=network(entry)get next hop address NARP:N-MAC addressput in link layer frameforward