TCPIP-Lecture5 IP分組交付和路由選擇

1、TCP/IP協(xié)議第五講IP分組交付、轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇1本講內(nèi)容直接交付和間接交付轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)靜態(tài)路由和動態(tài)路由選擇路由選擇模塊和路由表的設(shè)計2022/10/102引言互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)信息：IP分組節(jié)點：路由器信道：物理網(wǎng)絡(luò) 選擇路徑 傳送 IP 分組202.115.1.32/27 202.115.1.33 202.115.1.34 202.115.1.35 202.115.1.33202.115.1.64/27 202.115.1.65 202.115.1.66 202.115.1.67 202.115.1.97202.115.1.96/27 202.115.1.98 202.115.1.99路由器網(wǎng)絡(luò)3

2、網(wǎng)絡(luò)2網(wǎng)絡(luò)1主機A主機BFE0FE1FE2 202.115.1.32/27 FE0 202.115.1.64/27 FE1 202.115.1.96/27 FE2 目的網(wǎng)絡(luò)/掩碼 接口路由表2022/10/103IP分組交付和路由選擇Delivery （交付，遞交）對分組的物理轉(zhuǎn)發(fā)直接交付和間接交付Routing（路由選擇，選路）為分組尋找路徑靜態(tài)路由和動態(tài)路由Routing protocol : 尋找到達(dá)目的的最佳路徑 Route 1Route 2SourceDestinationRoute，路由路徑Routing ，路由路由選擇 選路2022/10/1045.1 直接交付和間接交付直接交付

3、分組目的與分組的發(fā)送接口在同一IP網(wǎng)絡(luò)中間接交付分組目的與分組的發(fā)送接口在不同IP網(wǎng)絡(luò)中Net 1Net 2源目的1目的2Direct DeliveryIndirect Delivery2022/10/105交付過程交付方式判斷分組目的IP與發(fā)送接口是否在同一IP網(wǎng)絡(luò)中判斷方法：目的IP & 發(fā)送口掩碼 = 發(fā)送口IP & 發(fā)送口掩碼？相等：直接交付不等：間接交付交付操作1.地址映射：IP地址 物理地址直接交付：目的IP 地址 物理地址間接交付：下一跳IP地址 物理地址2.封裝成數(shù)據(jù)鏈路幀發(fā)送ARP2022/10/106Net 1Net 2Net 3IPA IP11 IP12 IP21 IP2

4、2 IPB 下一跳IP地址源IP = IPA，目的IP = IPB第1次交付：第2次交付：第3次交付：間接交付，下一跳IP = IP11 間接交付，下一跳IP = IP21 直接交付，目的IP = IPB 主機A的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)R1R22022/10/107主機的間接交付設(shè)置Windows使用TCP/IP與網(wǎng)外通信時使用的間接交付地址，一般設(shè)置為可與外網(wǎng)進(jìn)行通信的路由器。命令：ipconfig2022/10/108討論一次交付過程0或多個間接交付+1個直接交付（最后的交付）分組:（源IP地址，目的IP地址）保持不變幀:（源物理地址，目的物理地址）逐跳改變Net 1Net 2Net 3AB111221

5、22（IPA , IPB）（PhA , Ph11）（IPA , IPB）（Ph12 , Ph21）（IPA , IPB）（Ph22 , PhB）R1R22022/10/1095.2 轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)把分組放到去終點的路由上要求：主機或路由器裝有路由表本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)分類編址的轉(zhuǎn)發(fā)無分類編址的轉(zhuǎn)發(fā)地址聚合技術(shù)2022/10/10105.2.1 轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)基本思想：不是收到IP分組后才為其選路，而是 預(yù)先獲得到所有目的的路由IP報文查找路由表按預(yù)定的路由轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)定路由：路由表（route table）主機和路由器都用路由表實現(xiàn)報文的發(fā)送、轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)：下一跳方法特定網(wǎng)絡(luò)方法特定主機方法默認(rèn)方法2022/1

6、0/1011下一跳方法（ Next-hop method ）路由表中只保留下一跳地址，而不是完整的路徑簡化路由，使用盡可能少的信息實現(xiàn)選路2022/10/1012特定網(wǎng)絡(luò)方法 Network-specific method特定網(wǎng)絡(luò)方法包含了下一跳方法 把連接在同一個網(wǎng)絡(luò)上的所有主機看成一個路由表項。使路由表減小、查找過程簡化2022/10/1013特定主機方法 Host-specific routing思想為某臺主機單獨指定一條路由實現(xiàn)掩碼值全1 主機掩碼作用：降低效率換取更多控制主機自己定義投遞路徑安全，作用不大Net 2I2，Mask2Net 3I3，Mask3I22I31Net 1I1，

7、Mask1I32I21I12I11IAIBI1AI1A發(fā)送接口maskIP地址I11Mask3I3直接投遞Mask1I1下一跳地址目的網(wǎng)絡(luò)I1AI12/32IBNet 3Host BIC2022/10/1014默認(rèn)方法，Default route思想指定一默認(rèn)路由器，當(dāng)IP分組的目的網(wǎng)絡(luò)沒有出現(xiàn)在選路表中時，則把IP分組送給默認(rèn)路由器實現(xiàn)目的網(wǎng)絡(luò)地址=0.0.0.0目的網(wǎng)絡(luò)掩碼=0.0.0.0作用定義一個分組默認(rèn)流向 的IP地址使路由表變得很小隱藏大量的網(wǎng)絡(luò)路由信息2022/10/10155.2.2 分類編址的轉(zhuǎn)發(fā)分類編址的特點存在默認(rèn)掩碼分類編址轉(zhuǎn)發(fā)模塊：2022/10/1016分類編址的轉(zhuǎn)

8、發(fā)原理每個路由器有A類B類C類三張路由表，如果路由器支持多播，還有D類路由表路由表由網(wǎng)絡(luò)地址，下一跳IP地址，路由器物理端口號組成分組首先提取目的地址，計算出網(wǎng)絡(luò)地址，找到對應(yīng)類的路由表，通過網(wǎng)絡(luò)地址找到下一跳IP地址(如果為空則直接交付)，通過下一跳IP地址和路由器物理端口號使用ARP找到物理地址，然后傳輸給數(shù)據(jù)鏈路層，發(fā)送到下一跳當(dāng)分組按照3的流程一直轉(zhuǎn)發(fā)到最后一個目的網(wǎng)絡(luò)的路由器，路由器會檢查其子網(wǎng)掩碼，如果有，計算出子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址，查找路由表繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，如果沒有則直接交付17Example 1Show the routing tables for router R1 . If R1 rec

9、eives a packet with destination address 192.16.7.14. Show how the packet is forwarded.2022/10/1018R1的路由表2022/10/10195.2.3 無分類編址的轉(zhuǎn)發(fā)無分類編址的特點：地址空間是一個實體，沒有類別分組目的地址得不到網(wǎng)絡(luò)地址的線索解決方法：路由表中包含掩碼2022/10/1020Example 2Make a routing table for router R1 using the configuration in next slideIf a packet arrives at R1

10、 with the destination address 180.70.65.140， Show the forwarding process 2022/10/1021例 2180.70.65.1402022/10/10225.2.4 地址聚合202.4.5.0/24202.4.4.0/24202.4.5.0/24202.4.4.0/24R1R2R2R3IR1IR2IR1IR24：5：254：001014&254=45&254=4202.4.4.0/23IR2IR1R1目的網(wǎng)絡(luò)/掩碼下一跳發(fā)送接口/24IR2IR1/24IR2IR1202.4.4.0202.4.5.02022/10/1023

11、地址聚合推論如果把掩碼再向左縮小1 bit，則該表項能實現(xiàn)對.4、.5、.6、.7四個網(wǎng)絡(luò)的尋址，條件是這四個網(wǎng)絡(luò)的路徑都通過同樣的下一跳。如果把連續(xù)的IP地址塊合理地組織，可以在路由器中有效的合并選路項數(shù)-地址聚合有效減少關(guān)鍵路由器選路表項，充分發(fā)揮路由器的轉(zhuǎn)發(fā)性能2022/10/1024地址聚合示例2022/10/1025分層分地區(qū)路由選擇2022/10/1026轉(zhuǎn)發(fā)討論無分類編址使路由表項數(shù)量增加了嗎？路由表的大小只與網(wǎng)絡(luò)的個數(shù)有關(guān)，與每個網(wǎng)絡(luò)的大?。ò闹鳈C數(shù)多少）無關(guān)路由器獨立選路，從A到B的路徑可能與從B到A的路徑不是同一條只有最后一個路由器才知道目的主機是否存在Net 1Net

12、 2ADBCENet 1ABCNet 2Net 1ADENet 22022/10/10275.3 路由選擇路由選擇涉及的問題： 創(chuàng)建路由表 維護(hù)路由表創(chuàng)建路由表 路由表初始化和路由發(fā)現(xiàn)過程推導(dǎo)初始路由直連網(wǎng)絡(luò) 直連路由無法推導(dǎo)部分手工設(shè)置 靜態(tài)路由路由器間交換選路信息 動態(tài)路由維護(hù)路由表 路由更新過程（網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖儠r）手工、靜態(tài)更新路由協(xié)議自動、動態(tài)更新2022/10/10285.3.1 靜態(tài)和動態(tài)路由選擇靜態(tài)路由選擇Static routing管理員手工設(shè)置管理員手工更新不能保證路由的一致性和及時性管理性強沒有路由開銷小型、變化緩慢網(wǎng)絡(luò)動態(tài)路由選擇Dynamic routing路由自動發(fā)現(xiàn)路

13、由自動更新保證路由的一致性和及時性管理性較弱產(chǎn)生一定的路由開銷大型、迅速變化網(wǎng)絡(luò)2022/10/10295.4 路由選擇模塊和路由表的設(shè)計IP分組的發(fā)送選路表IP報文選路算法目的IP下一跳IPARP物理網(wǎng)NI 接口直接投遞 下一跳IP目的IP間接投遞 下一跳IP中繼IP發(fā)送報文目的物理地址IP報文2022/10/1030IP分組的接收主機路由器接收報文IP報文I1I2I3dIP與I1、I2、I3相符?丟棄dIP與I1、I2、I3不符接收報文IP報文I1I2I3dIP與I1、I2、I3相符?dIP與I1、I2、I3不符轉(zhuǎn)發(fā)路由器結(jié)構(gòu)：輸入端口,路由選擇處理器,交換結(jié)構(gòu),輸出端口2022/10/1

14、031IP路由模塊在整個IP模塊中的位置2022/10/1032路由選擇模塊和路由表2022/10/1033路由選擇算法用IP分組中的目的IP地址查找路由表，使用匹配表項的下一跳地址完成分組交付匹配條件dIP & Mask ( i ) = destNet ( i )查找方法順序查找，直至找到第一個匹配表項關(guān)鍵：路由表表項的排列順序直連路由 特定主機路由 網(wǎng)絡(luò)路由 默認(rèn)路由2022/10/1034路由表查找算法Classful addresses路由表中無掩碼信息哈希算法：利用分類地址的自標(biāo)識性提取網(wǎng)絡(luò)部分，計算哈希值作為表項索引路由表查找順序Direct deliveryHost-specif

15、ic routeIndirect deliveryDefault routeDestination addressNext hop addressNext hop addressDefault gatewayARP2022/10/1035Classless addresses按掩碼長度進(jìn)行最長匹配（longest match）查找用IP分組中的目的IP地址查找路由表，使用匹配表項的下一跳地址完成分組交付匹配條件：dIP & Mask ( i ) = Net ( i )查找算法：遍歷、二叉樹、層壓縮二叉樹等,直至找到最長的匹配表項關(guān)鍵：路由表的查找順序直連路由 主機路由 網(wǎng)絡(luò)路由 默認(rèn)路由最長匹

16、配（longest match）the best route is one of the matched routes with the largest number of 1s in its mask2022/10/1036Why we use longest match ?Mask: 255.255.255.255Mask: 255.255.255.252“small” networkMask: 255.255.255.224Mask: 255.255.255.0“l(fā)arger” networkMask: 0.0.0.0“l(fā)argest network”-Internet當(dāng)有多個路由表項與

17、分組的目的地址匹配的時候，具有最長子網(wǎng)掩碼的路由表項是到目的地址的最佳選擇項2022/10/1037練習(xí) 1192.168.1.0/26192.168.1.80/28192.168.1.64/28RARCRB192.168.1.96/30192.168.1.100/30192.168.1.97192.168.1.98192.168.1.101192.168.1.1022022/10/1038Route Table of Router RARA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.

18、168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.100/30 is directly connected, serial0R 192.168.1.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.168.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet0顯示的順序C ： ConnectedR： RIPS： StaticO： OSPF2022/10/1039問題在RA的路由表

19、中查找到達(dá)以下目的的路徑192.168.1.2192.168.1.65192.168.1.1272022/10/1040解答：192.168.1.2RA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.100/30 is directly connected, serial0R 192.168.1.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.1

20、68.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet02022/10/1041解答：192.168.1.65RA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.100/30 is directly connected, serial0R 192.168.1

21、.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.168.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet02022/10/1042解答：192.168.1.127RA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.10

22、0/30 is directly connected, serial0R 192.168.1.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.168.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet0沒有匹配項，路由選擇失敗，發(fā)送ICMP差錯報文2022/10/1043練習(xí) 2路由器R1的路由表如下：MaskDestinationNext HopInterface255.255.0.0110.70.0.0-m0255.255.0.0180.14.0.0-m2255.255.0.0190.17.0.0-m1255.255.0.0130.4.0.0190.17.6.5m1255.255.0.0140.6.0.0180.14.2.5m20.0.0.00.0.0.0110.70.4.6m0根據(jù)以上路由表畫出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。2022/10/1044解答Mask DestinationNext Hop Interface255.255.0.0 110.70.0.0- m0255.255.0.0 180.14.0.0- m2255.255.0.0 190.17.0.0- m1255.255.0.0 130.4.0.0190.17.