[理學(xué)]第6章：網(wǎng)絡(luò)層new--清華大學(xué)出版社.ppt

1、吳功宜 編著,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),第6章 網(wǎng)絡(luò)層,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,3,本章學(xué)習(xí)要求： 了解：網(wǎng)絡(luò)層與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念 掌握：IP協(xié)議的特點(diǎn)與基本內(nèi)容 掌握：IP地址及子網(wǎng)編址的基本方法 掌握：地址解析的基本概念與方法 掌握：IP分組的轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇的概念 掌握：Internet路由選擇協(xié)議的概念 掌握：路由器與第三層交換的基本工作原理 了解：Internet控制報(bào)文協(xié)議與組管理協(xié)議,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,4,6.1 網(wǎng)絡(luò)層與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的基本概念,6.1.1 網(wǎng)絡(luò)層基本概念 網(wǎng)絡(luò)層主要任務(wù)： 通過路由選擇算法，為分組通過通信子網(wǎng)選擇最適當(dāng)?shù)穆窂剑?網(wǎng)絡(luò)層使用數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)路由選擇、

2、擁塞控制與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)等基本功能，向傳輸層的端一端傳輸連接提供服務(wù)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,5,6.1.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) 基本概念,互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)：利用網(wǎng)橋、 路由器等互聯(lián)設(shè)備將 兩個(gè)及兩個(gè)以上的物 理網(wǎng)絡(luò)相互連接起來 構(gòu)成的系統(tǒng)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,6,6.2 IP地址,6.2.1 IP地址的基本概念 大型的互連網(wǎng)絡(luò)中需要有一個(gè)全局的地址系統(tǒng)，它能夠給每一臺(tái)主機(jī)或路由器的網(wǎng)絡(luò)連接分配一個(gè)全局惟一的地址； TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層使用的地址標(biāo)識(shí)符叫做IP地址； IP v.4中IP地址是一個(gè)32位的二進(jìn)制地址； 網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)主機(jī)或路由器至少有一個(gè)IP地址； 在Internet中不允許有兩個(gè)設(shè)備具

3、有同樣的IP地址； 如果一臺(tái)主機(jī)或路由器連接到兩個(gè)或多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，那么它可以擁有兩個(gè)或多個(gè)IP地址。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,7,IP地址結(jié)構(gòu),IP地址采用分層結(jié)構(gòu)； IP地址是由網(wǎng)絡(luò)號(hào)（net ID）與主機(jī)號(hào)（host ID）兩部分組成的；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,8,發(fā)送分組的主機(jī) 源主機(jī) 源IP地址 接收分組的主機(jī) 目的主機(jī) 目的IP地址,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,9,6.2.2 IP地址的分類,IP地址長(zhǎng)度為32位，點(diǎn)分十進(jìn)制（dotted decimal）地址； 采用x.x.x.x的格式來表示，每個(gè)x為8位，每個(gè)x的值為0255（例如 202.113.29.119）； 根據(jù)不同的

4、取值范圍，IP地址可以分為五類； IP地址中的前5位用于標(biāo)識(shí)IP地址的類別： A類地址的第一位為0； B類地址的前兩位為10； C類地址的前三位為110； D類地址的前四位為1110； E類地址的前五位為11110；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,10,IP地址的分類,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,11,A類IP地址,A類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為7位，主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為24位； A類地址是從：1.0.0.0127.255.255.255； 網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為7位，從理論上可以有27=128個(gè)網(wǎng)絡(luò)； 網(wǎng)絡(luò)號(hào)為全0和全1（用十進(jìn)制表示為0與127）的兩個(gè)地址保留用于特殊目的，實(shí)際允許有126個(gè)不同的A類網(wǎng)絡(luò)； 由于主機(jī)

5、號(hào)長(zhǎng)度為24位，因此每個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)IP數(shù)理論上為224=16 777 216； 主機(jī)IP為全0和全1的兩個(gè)地址保留用于特殊目的，實(shí)際允許連接16 777 214個(gè)主機(jī)； A類IP地址結(jié)構(gòu)適用于有大量主機(jī)的大型網(wǎng)絡(luò)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,12,B類IP地址,B類IP地址的網(wǎng)絡(luò)IP長(zhǎng)度為14位，主機(jī)IP長(zhǎng)度為16位； B類IP地址是從：128.0.0.0191.255.255.255； 由于網(wǎng)絡(luò)IP長(zhǎng)度為14位，因此允許有214=16384個(gè)不同的B類網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際允許連接16382個(gè)網(wǎng)絡(luò)； 由于主機(jī)IP長(zhǎng)度為16位，因此每個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)可以有216=65536個(gè)主機(jī)或路由器，實(shí)際一個(gè)B類IP地

6、址允許連接65534個(gè)主機(jī)或路由器； B類IP地址適用于一些國際性大公司與政府機(jī)構(gòu)等中等大小的組織使用。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,13,C類IP地址,C類IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為21位，主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為8位； C類IP地址是從：192.0.0.0223.255.255.255； 網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為21位，因此允許有221=2097152個(gè)不同的C類網(wǎng)絡(luò)； 主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為8位，每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)地址數(shù)最多為28=256個(gè)，實(shí)際允許連接254個(gè)主機(jī)或路由器； C類IP地址適用于一些小公司與普通的研究機(jī)構(gòu)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,14,D類和E類IP地址,D類IP地址不標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò); 地址范圍：224.0.0.

7、0239.255.255.255 用于其他特殊的用途，如多播地址Multicasting； E類IP地址暫時(shí)保留； 地址范圍：240.0.0.0255.255.255.255； 用于某些實(shí)驗(yàn)和將來使用。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,15,IP地址的二進(jìn)制表示,用點(diǎn)分十進(jìn)制表示 用二進(jìn)制表示 129 81625 10000001 00001000 00010000 00011001 10 . 2. 0. 52 00001010 00000010 00000000 00110100 126. 0. 0. 0 01111110 00000000 00000000 00000000 192.255.25

8、5. 255 11000000 11111111 11111111 11111111,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,16,6.2.3 特殊IP地址形式,直接廣播地址 受限廣播地址 “這個(gè)網(wǎng)的這個(gè)主機(jī)”地址 “這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī)”地址 回送地址,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,17,1.直接廣播地址,A類、B類與C類IP地址中主機(jī)號(hào)全1的地址為直接廣播地址; 用來使路由器將一個(gè)分組以廣播方式發(fā)送給特定網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī); 只能作為分組中的目的地址; 物理網(wǎng)絡(luò)采用的是點(diǎn)-點(diǎn)傳輸方式，分組廣播需要通過軟件來實(shí)現(xiàn)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,18,2.受限廣播地址,網(wǎng)絡(luò)號(hào)與主機(jī)號(hào)的32位全為1的地址為受限廣播地

9、址; 用來將一個(gè)分組以廣播方式發(fā)送給本網(wǎng)的所有主機(jī); 分組將被本網(wǎng)的所有主機(jī)將接受該分組，路由器則阻擋該分組通過。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,19,3.“這個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的特定主機(jī)”地址,主機(jī)或路由器向本網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)特定的主機(jī)發(fā)送分組； 網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分為全0，主機(jī)號(hào)為確定的值； 這樣的分組被限制在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,20,4.回送地址,回送地址是用于網(wǎng)絡(luò)軟件測(cè)試和本地進(jìn)程間通信； TCP/IP協(xié)議規(guī)定： 含網(wǎng)絡(luò)號(hào)為127的分組不能出現(xiàn)在任何網(wǎng)絡(luò)上； 主機(jī)和路由器不能為該地址廣播任何尋址信息。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,21,6.3 子網(wǎng)和超網(wǎng)的基本概念,6.4.1 為什么要研究子網(wǎng)和

10、超網(wǎng) IP地址的有效利用率問題 路由器的工作效率問題 子網(wǎng)（subnet） 將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)，而每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有其自己的子網(wǎng)地址； 超網(wǎng)（supernet） 將一個(gè)組織所屬的幾個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)合并成為一個(gè)更大地址范圍的邏輯網(wǎng)絡(luò)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,22,6.3.2子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)地址空間的劃分方法,1.子網(wǎng)與IP地址的三級(jí)層次結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,23,劃分為3個(gè) 子網(wǎng)的結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,24,三級(jí)層次的IP地址是：網(wǎng)絡(luò)號(hào). 子網(wǎng)號(hào). 主機(jī)號(hào)； 第一級(jí)網(wǎng)絡(luò)號(hào)定義了網(wǎng)點(diǎn)的位置； 第二級(jí)子網(wǎng)號(hào)定義了物理子網(wǎng)； 第三級(jí)主機(jī)號(hào)定義了主機(jī)和路由器到物理網(wǎng)絡(luò)的連接；

11、 三級(jí)層次的IP地址，一個(gè)IP分組的路由選擇的過程為三步：第一步轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)點(diǎn)，第二步轉(zhuǎn)發(fā)給物理子網(wǎng)，第三步轉(zhuǎn)發(fā)給主機(jī)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,25,子網(wǎng)掩碼的概念,子網(wǎng)掩碼表示方法：網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)號(hào)置1，主機(jī)號(hào)置0。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,26,3.掩碼運(yùn)算,二進(jìn)制的IP地址與掩碼按位進(jìn)行“與” 運(yùn)算的過程,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,27,子網(wǎng)掩碼運(yùn)算,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,28,6.3.3 子網(wǎng)地址空間的劃分,劃分子網(wǎng)就是將一個(gè)大網(wǎng)分成幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)； A類、B類與C類IP地址都可以劃分子網(wǎng)； 劃分子網(wǎng)是在IP地址編址的層次結(jié)構(gòu)中增加了一個(gè)中間層次，使IP地址變成了三級(jí)層次結(jié)構(gòu)。 例

12、：一個(gè)大型跨國公司的管理者從網(wǎng)絡(luò)管理中心獲得 一個(gè)A類IP地址121.0.0.0； 需要?jiǎng)澐?000個(gè)子網(wǎng)。 分析：該公司需要有1 000個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)，加上主機(jī)號(hào)全 0 和全1的兩種特殊地址，子網(wǎng)數(shù)量至少為1002； 選擇子網(wǎng)號(hào)的位長(zhǎng)為10，可以用來分配的子網(wǎng) 最多為1024，滿足用戶要求。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,29,A類地址子網(wǎng)劃分后的結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,30,劃分子網(wǎng)后的地址范圍,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,31,劃分子網(wǎng)后的網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,32,2.如何根據(jù)主機(jī)的IP地址判斷是否屬于同一個(gè)子網(wǎng),在劃分子網(wǎng)的情況下，判斷兩臺(tái)主機(jī)是不是在同一個(gè)子網(wǎng)中，看

13、它們的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)地址是不是相同。 實(shí)例： 主機(jī)1的IP地址為156.26.27.71 主機(jī)2的IP地址為156.26.27.110 子網(wǎng)掩碼為255.255.255.192 判斷它們是不是在同一個(gè)子網(wǎng)上。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,33,主機(jī)1的IP地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算： 主機(jī)2的IP地址與子網(wǎng)掩碼做與運(yùn)算： 結(jié)論:子網(wǎng)號(hào)都是 0001101101，因此它們屬于同一個(gè)子網(wǎng)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,34,6.3 IP分組交付和路由選擇,6.3.1 IP分組交付 分組交付（forwarding）是指在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中路由器轉(zhuǎn)發(fā)IP分組的物理傳輸過程與數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)交付機(jī)制 ; 分組交付可以分為直接交

14、付和間接交付兩類; 是直接交付還是間接交付，路由器需要根據(jù)分組的目的IP地址與源IP地址是否屬于同一個(gè)子網(wǎng)來判斷;,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,35,直接交付,當(dāng)分組的源主機(jī)和目的主機(jī)是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，或轉(zhuǎn)發(fā)是在最后一個(gè)路由器與目的主機(jī)之間時(shí)將直接交付;,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,36,間接交付,目的主機(jī)與源主機(jī) 不在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上， 分組間接交付。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,37,6.3.2 路由選擇的基本概念,1.對(duì)路由選擇算法的要求 算法必須是正確、穩(wěn)定和公平的 算法應(yīng)該盡量簡(jiǎn)單 算法能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜屯ㄐ帕康淖兓?算法應(yīng)該是最佳的,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,38,討論路由選擇算法涉及的主要參

15、數(shù)：,跳數(shù)（hop count） 分組從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)經(jīng) 過的路由器的個(gè)數(shù) 帶寬（bandwidth） 鏈路的傳輸速率 延時(shí)（delay） 分組從源結(jié)點(diǎn)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)花費(fèi)的時(shí)間 負(fù)載（load） 通過路由器或線路的單位時(shí)間通信量 可靠性（reliability） 傳輸過程中的誤碼率 開銷（overhead） 傳輸過程中的耗費(fèi)，與所使用的鏈 路帶寬相關(guān),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,39,2.靜態(tài)路由選擇算法和動(dòng)態(tài)路由選擇算法,從路由選擇算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜屯ㄐ帕孔兓淖赃m應(yīng)角度劃分，可以分為靜態(tài)路由選擇算法與動(dòng)態(tài)路由選擇算法兩大類； 靜態(tài)路由選擇算法也叫做非自適應(yīng)路由選擇算法，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和開銷較小

16、，但不能及時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化； 動(dòng)態(tài)路由選擇算法也稱為自適應(yīng)路由選擇算法，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。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,40,3.路由選擇模塊與路由表,在每個(gè)路由器接收到一個(gè)IP分組時(shí)，路由選擇模塊必須進(jìn)行路由查詢； 路由器查詢的順序是：第一步是判斷該IP分組是不是直接轉(zhuǎn)發(fā)。如果不是直接轉(zhuǎn)發(fā)，第二步確定是不是特定主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)。如果不是特定主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)，第三步確定是不是特定網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。如果不是特定網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)，最后就要確定是不是默認(rèn)轉(zhuǎn)發(fā)。 路由選擇模塊的結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,41,6.4 Internet的路由選擇協(xié)議,6.4.1 自治系統(tǒng)與路由

17、選擇協(xié)議 1.自治系統(tǒng)的概念,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,42,自治系統(tǒng)（autonomous system，AS）,自治系統(tǒng)的核心是路由尋址的“自治”； 自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由器了解內(nèi)部全部網(wǎng)絡(luò)的路由信息，并能夠通過一條路徑將發(fā)送到其他自治系統(tǒng)的分組傳送到連接本自治系統(tǒng)的主干路由器； 自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由器要向主干路由器報(bào)告內(nèi)部路由信息。 Internet路由選擇協(xié)議的分類 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,43,6.4.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議：RIP,1.內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的基本概念 路由信息協(xié)議是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中一種分布式、基于距離向量的路由選擇協(xié)議； 路由器周期性地向外發(fā)送路

18、由刷新報(bào)文； 路由刷新報(bào)文主要內(nèi)容是由若干（V，D）組成的表； 矢量V標(biāo)識(shí)該路由器可以到達(dá)的目的網(wǎng)絡(luò)或目的主機(jī)， D表示該路由器到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)或目的主機(jī)的跳步數(shù)； 其他路由器在接收到某個(gè)路由器的（V，D）報(bào)文后，按照最短路徑原則對(duì)各自的路由表進(jìn)行刷新； 路由信息協(xié)議RIF適用于相對(duì)較小的自治系統(tǒng)，直徑一般小于15跳步數(shù)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,44,2.路由信息協(xié)議的工作過程,路由表的建立 路由表信息的更新,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,45,6.4.2最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF,1.OSPF協(xié)議的主要特點(diǎn) 使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議； 路由器發(fā)送的信息是本路由器與哪些路由器相鄰，以及鏈路狀態(tài)（距離

19、、時(shí)延、帶寬等）信息； 當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)用洪泛法向所有路由器發(fā)送； 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 ； 將一個(gè)自治系統(tǒng)再劃分為若干個(gè)更小的區(qū)域，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器數(shù)不超過200個(gè)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,46,將一個(gè)自治系統(tǒng)劃分為多個(gè)區(qū)域的結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,47,3. OSPF協(xié)議執(zhí)行過程,路由器的初始化過程 每一個(gè)路由器用數(shù)據(jù)庫描述分組和相鄰路由器交換本數(shù)據(jù)庫中已有的鏈路狀態(tài)摘要信息; 路由器就使用鏈路狀態(tài)請(qǐng)求分組，向?qū)Ψ秸?qǐng)求發(fā)送自己所缺少的某些鏈路狀態(tài)項(xiàng)目的詳細(xì)信息; 通過一系列的分組交換，建立全網(wǎng)同步的鏈路數(shù)據(jù)庫; 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過程 路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化

20、，該路由器就要使用鏈路狀態(tài)更新分組，用洪泛法向全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài); 每個(gè)路由器計(jì)算出以本路由器為根的最短路徑樹，根據(jù)最短路徑樹更新路由表。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,48,2.自治系統(tǒng)內(nèi)部的區(qū)域劃分,一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部劃分成若干區(qū)域與主干區(qū)域； 主干區(qū)域連接多個(gè)區(qū)域，主干區(qū)域內(nèi)部的路由器叫做主干路由器； 連接各個(gè)區(qū)域的路由器叫做區(qū)域邊界路由器，區(qū)域邊界路由器接收從其他區(qū)域來的信息； 在主干區(qū)域內(nèi)還要有一個(gè)路由器專門和該自治系統(tǒng)之外的其他自治系統(tǒng)交換路由信息。這樣的路由器叫做自治系統(tǒng)邊界路由器。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,49,6.4.3 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議,1.外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議設(shè)計(jì)的基本思想,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6

21、章 網(wǎng)絡(luò)層,50,BGP-4采用了路由向量（path vector）路由選擇協(xié)議； 在配置BGP時(shí)，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”； 每個(gè)BGP發(fā)言人除了必須運(yùn)行BGP協(xié)議外，還必須運(yùn)行該自治系統(tǒng)所使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF或RIP； BGP所交換的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性信息就是要到達(dá)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的一系列的自治系統(tǒng)； 當(dāng)BGP發(fā)言人互相交換了網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的信息后，各BGP發(fā)言人就根據(jù)所采用的策略，從接收到的路由信息中找出到達(dá)各自治系統(tǒng)的比較好的路由。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,51,自治系統(tǒng)連接的樹形結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,52,2.BGP路由選擇協(xié)議

22、的工作過程,在BGP剛開始運(yùn)行時(shí)，BGP邊界路由器與相鄰的邊界路由器交換整個(gè)的BGP路由表，在以后只需要在發(fā)生變化時(shí)更新有變化的部分； 當(dāng)兩個(gè)邊界路由器屬于兩個(gè)不同的自治系統(tǒng)，邊界路由器之間定期地交換路由信息，維持的相鄰關(guān)系； 當(dāng)某個(gè)路由器或鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，BGP發(fā)言人可以從不止一個(gè)相鄰邊界路由器獲得路由信息； BGP路由選擇協(xié)議在執(zhí)行過程中使用了打開（open） 、 更新（update）、?；睿╧eepalive） 與通知（notification） 等 4種分組。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,53,6.5 IP協(xié)議,6.5.1 IP協(xié)議的特點(diǎn) IP協(xié)議是一種不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳送服務(wù)協(xié)議

23、 ； IP協(xié)議是點(diǎn)-點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)層通信協(xié)議 ； IP協(xié)議向傳輸層屏蔽了物理網(wǎng)絡(luò)的差異 ；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,54,6.5.2 IP數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu),1.IP數(shù)據(jù)報(bào)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,55,2.IP 報(bào)頭域的意義,版本與協(xié)議類型域 版本域所使用的IP協(xié)議的版本號(hào)； 協(xié)議類型域 高層協(xié)議類型； 長(zhǎng)度域 報(bào)頭長(zhǎng)度域以4字節(jié)為一個(gè)單位的報(bào)頭的長(zhǎng)度； 總長(zhǎng)度域以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)報(bào)的總長(zhǎng)度； 服務(wù)類型域 指示路由器如何處理該數(shù)據(jù)報(bào)； 由4位的服務(wù)類型子域與3的優(yōu)先級(jí)構(gòu)成；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,56,生存時(shí)間域 設(shè)置數(shù)據(jù)報(bào)在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的傳輸過程中可以經(jīng)過的最多的路由器跳步數(shù)； 頭校驗(yàn)和域 保證

24、數(shù)據(jù)報(bào)頭部的數(shù)據(jù)完整性 ； 地址域 包括源地址與目的地址； 選項(xiàng)域 用于控制與測(cè)試的目的。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,57,6.5.3 IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片與重組,1.最大傳輸單元（MTU）與IP數(shù)據(jù)報(bào)分片 IP數(shù)據(jù)報(bào)作為網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)必然要通過幀來傳輸； 一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)可能要通過多個(gè)不同的物理網(wǎng)絡(luò)； 每一個(gè)路由器都要將接收到的幀進(jìn)行拆包和處理，然后封裝成另外一個(gè)幀； 每一種物理網(wǎng)絡(luò)都規(guī)定了各自幀的數(shù)據(jù)域最大字節(jié)長(zhǎng)度的最大傳輸單元； 幀的格式與長(zhǎng)度取決于物理網(wǎng)絡(luò)所采用的協(xié)議。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,58,2. IP數(shù)據(jù)報(bào)分片的基本方法,如果數(shù)據(jù)報(bào)來自一個(gè)能夠通過較大數(shù)據(jù)報(bào)的局域網(wǎng)，又要通過另一個(gè)只能通

25、過較小的數(shù)據(jù)報(bào)的局域網(wǎng)，那么就必須對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,59,標(biāo)識(shí)、標(biāo)志和片偏移,在IP數(shù)據(jù)報(bào)的報(bào)頭中，與一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的分片、組裝相關(guān)的域有標(biāo)識(shí)域、標(biāo)志域與片偏移域。 標(biāo)識(shí)（identification）域 為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的所有片分配一個(gè)標(biāo)識(shí)ID值 標(biāo)志（flags）域 表示接收結(jié)點(diǎn)是不是能對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)分片 片偏移（fragment offset）域 表示該分片在整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)中的相對(duì)位置,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,60,分片方法的例子,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,61,IP數(shù)據(jù)報(bào)的分片與標(biāo)識(shí)、標(biāo)志與片偏移的關(guān)系,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,62,6.6 地址解析,6.6.1 IP

26、地址與物理地址的映射,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,63,地址解析ARP：從已知的IP地址找出對(duì)應(yīng)物理地址的映射過程； 反向地址解析RARP：從已知的物理地址找出對(duì)應(yīng)IP地址的映射過程。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,64,6.6.2 地址解析 協(xié)議,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,65,地址解析方法的改進(jìn),采用高速緩存（caching）技術(shù) 軟件改進(jìn)技術(shù) 代理ARP技術(shù),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,66,6.7 路由器與第三層交換,6.7.1 路由器的基本功能 1.路由器和網(wǎng)橋的區(qū)別 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，而路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層; 網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，由于傳統(tǒng)局域網(wǎng)采取的是廣播方式，因此容易產(chǎn)生“廣播風(fēng)暴”

27、；路由器可以有效地將多個(gè)局域網(wǎng)的廣播通信量相互隔離開來，使得互聯(lián)的每一個(gè)局域網(wǎng)都是獨(dú)立的子網(wǎng)。 2.路由器的主要功能 建立并維護(hù)路由表 提供網(wǎng)絡(luò)間的分組轉(zhuǎn)發(fā)功能,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,67,6.7.2 路由器的基本工作原理,互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的 協(xié)議層次結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,68,6.7.3 路由器的結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,69,6.7.4 第三層交換機(jī),第三層交換機(jī)本質(zhì)上是一種高速的路由器； 第三層交換機(jī)設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在如何提高接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)分組速度，減小傳輸延遲上，其功能是由硬件實(shí)現(xiàn)的，使用專用集成電路ASIC，而不是路由處理軟件； 第三層交換機(jī)只能適用于特定網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議； 第三層

28、交換機(jī)不如路由器靈活，容易控制和安全性好。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,70,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的路由器作為主干結(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,71,增加一個(gè)第三層交換機(jī)的主干結(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,72,6.8 Internet控制報(bào)文協(xié)議,6.8.1 ICMP的作用與特點(diǎn),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,73,ICMP的特點(diǎn)： ICMP本身是網(wǎng)絡(luò)層的一個(gè)協(xié)議； ICMP差錯(cuò)報(bào)告采用路由器-源主機(jī)的模式，路由器在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)報(bào)傳輸出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)只向源主機(jī)報(bào)告差錯(cuò)原因； ICMP并不能保證所有的IP數(shù)據(jù)報(bào)都能夠傳輸?shù)侥康闹鳈C(jī)； ICMP不能糾正差錯(cuò)，它只是報(bào)告差錯(cuò)。差錯(cuò)處理需要由高層協(xié)議去完成。,計(jì)算

29、機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,74,6.8.2 ICMP報(bào)文類型,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,75,6.8.3 ICMP差錯(cuò)控制,ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文： 目的站不可達(dá) 源站抑制、 超時(shí) 參數(shù)問題 改變路由,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,76,目的站不可到達(dá) 網(wǎng)絡(luò)不可到達(dá)（net unreachable） 主機(jī)不可到達(dá)（host unreachable） 協(xié)議不可到達(dá)（protocol unreachable） 端口不可到達(dá)（port unreachable） 源路由選擇不能完成（source route failed） 目的網(wǎng)絡(luò)不可知（unknown destination network） 目的主機(jī)不可知

30、（unknown destination host）,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,77,6.9 IP組播與Internet組管理協(xié)議,6.9.1 IP組播的基本概念,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,78,6.9.2 Internet組管理協(xié)議,Internet組管理協(xié)議（Internet group management protocol，IGMP）是在組播環(huán)境下使用的協(xié)議； IGMP用來幫助組播路由器識(shí)別加入到一個(gè)組播組的成員主機(jī)； IGMP使用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳遞其報(bào)文，它是IP協(xié)議的一個(gè)組成部分； 主機(jī)加入新的組播組需要向組播組的組播地址發(fā)送一個(gè)IGMP報(bào)文，本地的組播路由器收到IGMP報(bào)文后，將組成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給Internet上的其他組播路由器； 組成員關(guān)系是動(dòng)態(tài)的，本地組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。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第6章 網(wǎng)絡(luò)層,79,6.9.3 組播路由器與IP組播中的隧道技術(shù),組播路由器的作用是完成組播數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)工作； 實(shí)現(xiàn)