第五章 網(wǎng)絡層與網(wǎng)絡互連2

劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)

劃分子網(wǎng)1.從兩級IP地址到三級IP地址在ARPANET的早期，IP地址的設計確實不夠合理。IP地址空間的利用率有時很低。給每一個物理網(wǎng)絡分配一個網(wǎng)絡號會使路由表變得太大因而使網(wǎng)絡性能變壞。兩級的IP地址不夠靈活。

從1985年起在IP地址中又增加了一個“子網(wǎng)號字段”，使兩級的IP地址變成為三級的IP地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting)。劃分子網(wǎng)已成為因特網(wǎng)的正式標準協(xié)議。三級的IP地址劃分子網(wǎng)純屬一個單位內(nèi)部的事情。這個單位對外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡。從主機號借用若干個比特作為子網(wǎng)號

subnet-id，而主機號host-id也就相應減少了若干個比特。IP地址::={<網(wǎng)絡號>,<子網(wǎng)號>,<主機號>}(6-2)劃分子網(wǎng)的基本思路凡是從其他網(wǎng)絡發(fā)送給本單位某個主機的IP數(shù)據(jù)報，仍然是根據(jù)IP數(shù)據(jù)報的目的網(wǎng)絡號

net-id，先找到連接在本單位網(wǎng)絡上的路由器。然后此路由器在收到IP數(shù)據(jù)報后，再按目的網(wǎng)絡號net-id和子網(wǎng)號subnet-id找到目的子網(wǎng)。最后就將IP數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機。劃分子網(wǎng)的基本思路（續(xù)）………145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8所有到網(wǎng)絡145.13.0.0的分組均到達此路由器我的網(wǎng)絡地址是145.13.0.0R1R3R2網(wǎng)絡145.13.0.0一個未劃分子網(wǎng)的B類網(wǎng)絡145.13.0.0劃分為三個子網(wǎng)后對外仍是一個網(wǎng)絡145.13.3.10145.13.3.11145.13.3.101145.13.7.34145.13.7.35145.13.7.56145.13.21.23145.13.21.9145.13.21.8………子網(wǎng)145.13.21.0子網(wǎng)145.13.3.0

子網(wǎng)145.13.7.0所有到達網(wǎng)絡145.13.0.0的分組均到達此路由器網(wǎng)絡145.13.0.0R1R3R2當沒有劃分子網(wǎng)時，IP地址是兩級結(jié)構(gòu)，地址的網(wǎng)絡號字段也就是IP地址的“因特網(wǎng)部分”，而主機號字段是IP地址的“本地部分”。劃分子網(wǎng)后IP地址就變成了三級結(jié)構(gòu)。劃分子網(wǎng)只是將IP地址的本地部分進行再劃分，而不改變IP地址的因特網(wǎng)部分。劃分子網(wǎng)后變成了三級結(jié)構(gòu)從一個IP數(shù)據(jù)報的首部并無法判斷源主機或目的主機所連接的網(wǎng)絡是否進行了子網(wǎng)的劃分。使用子網(wǎng)掩碼(subnetmask)可以很方便地找出IP地址中的子網(wǎng)部分。2.子網(wǎng)掩碼IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼網(wǎng)絡號net-id主機號host-id兩級IP地址網(wǎng)絡號net-idhost-id三級IP地址主機號subnet-id子網(wǎng)號子網(wǎng)掩碼因特網(wǎng)部分本地部分因特網(wǎng)部分本地部分劃分子網(wǎng)時的網(wǎng)絡地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0(IP

地址)AND(子網(wǎng)掩碼)=

網(wǎng)絡地址網(wǎng)絡號net-id主機號host-id兩級IP地址網(wǎng)絡號三級IP地址主機號net-idhost-idsubnet-id子網(wǎng)號子網(wǎng)掩碼因特網(wǎng)部分本地部分因特網(wǎng)部分本地部分劃分子網(wǎng)時的網(wǎng)絡地址1111111111111111

1111111100000000net-idsubnet-idhost-id為全0ANDnet-idnet-idhost-id為全0net-id網(wǎng)絡地址A類地址默認子網(wǎng)掩碼255.0.0.0網(wǎng)絡地址B類地址默認子網(wǎng)掩碼255.255.0.0網(wǎng)絡地址C類地址默認子網(wǎng)掩碼255.255.255.0111111111111111111111111000000000000000000000000111111111111111100000000000000001111111100000000host-id為全0host-id為全0A類、B類和C類IP地址的默認子網(wǎng)掩碼在不劃分子網(wǎng)的兩級IP地址下，從IP地址得出網(wǎng)絡地址是個很簡單的事。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從IP地址卻不能惟一地得出網(wǎng)絡地址來，這是因為網(wǎng)絡地址取決于那個網(wǎng)絡所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應的改動。使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程128.30.33.10目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R1

的路由表（未給出默認路由器）R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12劃分子網(wǎng)后分組的轉(zhuǎn)發(fā)舉例課件制作人：謝希仁主機H1要發(fā)送分組給H2

128.30.33.10目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12要發(fā)送的分組的目的IP地址：128.30.33.138請注意：H1

并不知道

H2

連接在哪一個網(wǎng)絡上。H1

僅僅知道

H2

的

IP

地址是128.30.33.138因此

H1

首先檢查主機

128.30.33.138

是否連接在本網(wǎng)絡上如果是，則直接交付；否則，就送交路由器

R1，并逐項查找路由表。128.30.33.10目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認路由器）H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12主機H1

首先將

本子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼255.255.255.128

與分組的

IP

地址128.30.33.138逐比特相“與”(AND

操作)255.255.255.128AND128.30.33.138的計算255就是二進制的全1，因此255ANDxyz=xyz，這里只需計算最后的128AND138即可。128→10000000138→10001010逐比特AND

操作后：10000000→128255.255.255.128128.30.33.138255.255.255.128逐比特AND

操作H1

的網(wǎng)絡地址因此H1必須把分組傳送到路由器R1

然后逐項查找路由表128.30.33.10目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12課件制作人：謝希仁路由器R1收到分組后就用路由表中第1個項目的

子網(wǎng)掩碼和128.30.33.138逐比特AND

操作128.30.33.10目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128AND128.30.33.138=128.30.33.128不匹配!（因為128.30.33.128與路由表中的128.30.33.0不一致）R1

收到的分組的目的IP地址：128.30.33.138不一致課件制作人：謝希仁路由器R1再用路由表中第2個項目的

子網(wǎng)掩碼和128.30.33.138逐比特AND

操作128.30.33.10目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口0接口1R2R1

的路由表（未給出默認路由器）128.30.33.13H1子網(wǎng)1：網(wǎng)絡地址128.30.33.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128128.30.33.130R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址128.30.33.128

子網(wǎng)掩碼255.255.255.128H2128.30.33.13801128.30.33.129H3128.30.36.2子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址128.30.36.0

子網(wǎng)掩碼255.255.255.0128.30.36.12255.255.255.128AND128.30.33.138=128.30.33.128匹配!這表明子網(wǎng)2就是收到的分組所要尋找的目的網(wǎng)絡R1

收到的分組的目的IP地址：128.30.33.138一致!課件制作人：謝希仁在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法(1)從收到的分組的首部提取目的IP地址D。(2)先用各網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼和D逐比特相“與”，看是否和相應的網(wǎng)絡地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3)若路由表中有目的地址為D的特定主機路由，則將分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4)對路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和

D逐比特相“與”，若其結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5)若路由表中有一個默認路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6)報告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯。劃分子網(wǎng)在一定程度上緩解了因特網(wǎng)在發(fā)展中遇到的困難。然而在

1992

年因特網(wǎng)仍然面臨三個必須盡早解決的問題，這就是：B類地址在1992年已分配了近一半，眼看就要在1994年3月全部分配完畢！因特網(wǎng)主干網(wǎng)上的路由表中的項目數(shù)急劇增長（從幾千個增長到幾萬個）。整個IPv4的地址空間最終將全部耗盡。無分類編址CIDR

1.網(wǎng)絡前綴

1987年，RFC1009就指明了在一個劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡中可同時使用幾個不同的子網(wǎng)掩碼。使用變長子網(wǎng)掩碼VLSM(VariableLengthSubnetMask)可進一步提高IP地址資源的利用率。在VLSM的基礎上又進一步研究出無分類編址方法，它的正式名字是無分類域間路由選擇CIDR(ClasslessInter-DomainRouting)。IP編址問題的演進CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空間。CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡號和子網(wǎng)號。IP地址從三級編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級編址。CIDR最主要的特點無分類的兩級編址的記法是：IP地址::={<網(wǎng)絡前綴>,<主機號>}(6-3)CIDR還使用“斜線記法”(slashnotation)，它又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個斜線“/”，然后寫上網(wǎng)絡前綴所占的比特數(shù)（這個數(shù)值對應于三級編址中子網(wǎng)掩碼中比特1的個數(shù)）。CIDR將網(wǎng)絡前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成“CIDR地址塊”。

無分類的兩級編址CIDR地址塊128.14.32.0/20表示的地址塊共有212個地址（因為斜線后面的20是網(wǎng)絡前綴的比特數(shù)，所以主機號的比特數(shù)是12）。這個地址塊的起始地址是128.14.32.0。在不需要指出地址塊的起始地址時，也可將這樣的地址塊簡稱為“/20地址塊”。128.14.32.0/20地址塊的最小地址：128.14.32.0128.14.32.0/20地址塊的最大地址：128.14.32.255全0和全1的主機號地址一般不使用。128.14.32.0/20表示的地址（212個地址）1000000000001110

00100000000000001000000000001110

00100000000000011000000000001110

00100000000000101000000000001110

00100000000000111000000000001110

00100000000001001000000000001110

00100000000001011000000000001110

00101111111110111000000000001110

00101111111111001000000000001110

00101111111111011000000000001110

00101111111111101000000000001110

0010111111111111所有地址的20bit前綴都是一樣的最小地址最大地址一個CIDR地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱為路由聚合，它使得路由表中的一個項目可以表示很多個（例如上千個）原來傳統(tǒng)分類地址的路由。路由聚合也稱為構(gòu)成超網(wǎng)(supernetting)。CIDR雖然不使用子網(wǎng)了，但仍然使用“掩碼”這一名詞（但不叫子網(wǎng)掩碼）。對于

/20

地址塊，它的掩碼是

20

個連續(xù)的1。斜線記法中的數(shù)字就是掩碼中1的個數(shù)。路由聚合(routeaggregation)CIDR記法的其他形式10.0.0.0/10可簡寫為10/10，也就是將點分十進制中低位連續(xù)的0省略。10.0.0.0/10隱含地指出IP地址10.0.0.0的掩碼是255.192.0.0。此掩碼可表示為

1111111111000000000000000000000025519200掩碼中有10個連續(xù)的1CIDR記法的其他形式10.0.0.0/10可簡寫為10/10，也就是將點分十進制中低位連續(xù)的0省略。10.0.0.0/10相當于指出IP地址10.0.0.0的掩碼是255.192.0.0，即

11111111110000000000000000000000網(wǎng)絡前綴的后面加一個星號*的表示方法如0000101000*，在星號*之前是網(wǎng)絡前綴，而星號*表示IP地址中的主機號，可以是任意值。構(gòu)成超網(wǎng)前綴長度不超過23bit的CIDR地址塊都包含了多個C類地址。這些C類地址合起來就構(gòu)成了超網(wǎng)。CIDR地址塊中的地址數(shù)一定是2的整數(shù)次冪。網(wǎng)絡前綴越短，其地址塊所包含的地址數(shù)就越多。而在三級結(jié)構(gòu)的IP地址中，劃分子網(wǎng)是使網(wǎng)絡前綴變長。CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23

單位地址塊二進制表示地址數(shù)

ISP206.0.64.0/1811001110.00000000.01*16384

大學206.0.68.0/2211001110.00000000.010001*1024

一系206.0.68.0/2311001110.00000000.0100010*512

二系206.0.70.0/2411001110.00000000.01000110.*256

三系206.0.71.0/2511001110.00000000.01000111.0*128

四系206.0.71.128/2511001110.00000000.01000111.1*128CIDR地址塊劃分舉例因特網(wǎng)206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大學X一系二系三系四系206.0.71.128/26206.0.71.192/26206.0.68.0/25206.0.68.128/25206.0.69.0/25206.0.69.128/25206.0.70.0/26206.0.70.64/26206.0.70.128/26206.0.70.192/26206.0.70.0/24206.0.71.0/25206.0.71.0/26206.0.71.64/26206.0.71.128/25206.0.68.0/23這個ISP共有64個C類網(wǎng)絡。如果不采用CIDR技術(shù)，則在與該ISP的路由器交換路由信息的每一個路由器的路由表中，就需要有64個項目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的1個項目206.0.64.0/18就能找到該ISP。2.最長前綴匹配使用CIDR時，路由表中的每個項目由“網(wǎng)絡前綴”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。應當從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡前綴的路由：最長前綴匹配(longest-prefixmatching)。網(wǎng)絡前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體。最長前綴匹配又稱為最長匹配或最佳匹配。

最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=206.0.68.0/22路由表中的項目：206.0.68.0/22（ISP）

206.0.71.128/25（四系）查找路由表中的第1個項目ANDD=206.0.01000100.0第1個項目206.0.68.0/22的掩碼M

有22個連續(xù)的1。M=11111111111111111111110000000000因此只需把D

的第3個字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進制。M=11111111111111111111110000000000206.0.01000100.0與206.0.68.0/22匹配最長前綴匹配舉例收到的分組的目的地址D=206.0.68.0/22路由表中的項目：206.0.68.0/22（ISP）

206.0.71.128/25（四系）再查找路由表中的第2個項目ANDD=206.0.71.10000000第2個項目206.0.71.128/25的掩碼M

有25個連續(xù)的1。M=11111111111111111111111110000000因此只需把D

的第4個字節(jié)轉(zhuǎn)換成二進制。M=11111111111111111111111110000000206.0.71.10000000與206.0.71.128/25匹配最長前綴匹配DAND(11111111111111111111110000000000)=206.0.68.0/22匹配DAND(11111111111111111111111110000000)=206.0.71.128/25匹配選擇兩個匹配的地址中更具體的一個，即選擇最長前綴的地址。

3.使用二叉線索查找路由表當路由表的項目數(shù)很大時，怎樣設法減小路由表的查找時間就成為一個非常重要的問題。為了進行更加有效的查找，通常是將無分類編址的路由表存放在一種層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，然后自上而下地按層次進行查找。這里最常用的就是二叉線索(binarytrie)。IP地址中從左到右的比特值決定了從根結(jié)點逐層向下層延伸的路徑，而二叉線索中的各個路徑就代表路由表中存放的各個地址。為了提高二叉線索的查找速度，廣泛使用了各種壓縮技術(shù)。路由器在

網(wǎng)際互連中的作用路由器的構(gòu)成當主機A要向另一個主機B發(fā)送數(shù)據(jù)報時，先要檢查目的主機B是否與源主機A連接在同一個網(wǎng)絡上。如果是，就將數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機B而不需要通過路由器。但如果目的主機與源主機A不是連接在同一個網(wǎng)絡上，則應將數(shù)據(jù)報發(fā)送給本網(wǎng)絡上的某個路由器，由該路由器按照轉(zhuǎn)發(fā)表指出的路由將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給下一個路由器。這就叫作間接交付。

直接交付和間接交付間接交付間接交付間接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但間接交付就必須使用路由器路由器路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機,其任務是轉(zhuǎn)發(fā)分組.典型的路由器的結(jié)構(gòu)路由選擇路由選擇處理機路由選擇協(xié)議路由表3輸入端口3交換結(jié)構(gòu)輸入端口輸出端口分組轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)表分組處理輸出端口……11133122223——網(wǎng)絡層2——數(shù)據(jù)鏈路層1——物理層“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的IP數(shù)據(jù)報從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去?！奥酚蛇x擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡拓撲的變化情況，動態(tài)地改變所選擇的路由。路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。在討論路由選擇的原理時，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別，而是籠統(tǒng)的使用“路由表”輸入端口對線路上

收到的分組的處理數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢螅瑢⒎纸M送到網(wǎng)絡層的隊列中排隊等待處理。這會產(chǎn)生一定的時延。物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡層處理分組排隊

交換結(jié)構(gòu)

輸入端口的處理從線路接收分組查表和轉(zhuǎn)發(fā)輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來的分組發(fā)送到線路當交換結(jié)構(gòu)傳送過來的分組先進行緩存。數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路。物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡層處理分組排隊

輸出端口的處理向線路發(fā)送分組緩存管理交換結(jié)構(gòu)分組丟棄若路由器處理分組的速率趕不上分組進入隊列的速率，則隊列的可用存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。中間設備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。網(wǎng)絡層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網(wǎng)絡層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)。

網(wǎng)絡互相連接起來

要使用一些中間設備當中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時，一般并不稱之為網(wǎng)絡互連，因為這僅僅是把一個網(wǎng)絡擴大了，而這仍然是一個網(wǎng)絡。網(wǎng)關(guān)由于比較復雜，目前使用得較少?；ヂ?lián)網(wǎng)都是指用路由器進行互連的網(wǎng)絡。由于歷史的原因，許多有關(guān)TCP/IP

的文獻將網(wǎng)絡層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)絡互連使用路由器互連網(wǎng)絡與虛擬互連網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡網(wǎng)絡(a)互連網(wǎng)絡(b)虛擬互連網(wǎng)絡路由器

虛擬互連網(wǎng)絡（IP網(wǎng)）虛擬互連網(wǎng)絡的意義所謂虛擬互連網(wǎng)絡也就是邏輯互連網(wǎng)絡，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用IP協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡從用戶看起來好像是一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡。使用IP協(xié)議的虛擬互連網(wǎng)絡可簡稱為IP網(wǎng)。使用虛擬互連網(wǎng)絡的好處是：當互聯(lián)網(wǎng)上的主機進行通信時，就好像在一個網(wǎng)絡上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡異構(gòu)細節(jié)。名詞internet和Internet以小寫字母i開始的internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個通用名詞，它泛指由多個計算機網(wǎng)絡互連而成的虛擬網(wǎng)絡。以大寫字母I開始的的Internet（因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡相互連接而成的特定計算機網(wǎng)絡，它采用

TCP/IP

協(xié)議族，且其前身是美國的ARPANET。因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議

有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個基本概念1.理想的路由算法算法必須是正確的和完整的。算法在計算上應簡單。算法應能適應通信量和網(wǎng)絡拓撲的變化，這就是說，要有自適應性。算法應具有穩(wěn)定性。算法應是公平的。算法應是最佳的。代價在研究路由選擇時，需要給每一條鏈路指明一定的代價(cost)。這里“代價”并不是指“錢”，而是由一個或幾個因素綜合決定的一種度量(metric)，如鏈路長度、數(shù)據(jù)率、鏈路容量、是否要保密、傳播時延等，甚至還可以是一天中某一個小時內(nèi)的通信量、結(jié)點的緩存被占用的程度、鏈路差錯率等。最佳路由不存在一種絕對的最佳路由算法。所謂“最佳”只能是相對于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。實際的路由選擇算法，應盡可能接近于理想的算法。路由選擇是個非常復雜的問題它是網(wǎng)絡中的所有結(jié)點共同協(xié)調(diào)工作的結(jié)果。路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時無法事先知道。

從路由算法的自適應性考慮靜態(tài)路由選擇策略——即非自適應路由選擇，其特點是簡單和開銷較小，但不能及時適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化。動態(tài)路由選擇策略——即自適應路由選擇，其特點是能較好地適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化，但實現(xiàn)起來較為復雜，開銷也比較大。2.分層次的路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)采用分層次的路由選擇協(xié)議。因特網(wǎng)的規(guī)模非常大。如果讓所有的路由器知道所有的網(wǎng)絡應怎樣到達，則這種路由表將非常大，處理起來也太花時間。而所有這些路由器之間交換路由信息所需的帶寬就會使因特網(wǎng)的通信鏈路飽和。許多單位不愿意外界了解自己單位網(wǎng)絡的布局細節(jié)和本部門所采用的路由選擇協(xié)議（這屬于本部門內(nèi)部的事情），但同時還希望連接到因特網(wǎng)上。自治系統(tǒng)(autonomoussystem)因特網(wǎng)將整個互聯(lián)網(wǎng)劃分為許多較小的自治系統(tǒng)AS。一個自治系統(tǒng)是一個互聯(lián)網(wǎng)，其最重要的特點就是自治系統(tǒng)有權(quán)自主地決定在本系統(tǒng)內(nèi)應采用何種路由選擇協(xié)議。一個自治系統(tǒng)內(nèi)的所有網(wǎng)絡都屬于一個行政單位(例如，一個公司，一所大學，政府的一個部門，等等)來管轄。一個自治系統(tǒng)的所有路由器在本自治系統(tǒng)內(nèi)都必須是連通的。課件制作人：謝希仁因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議

IGP(InteriorGatewayProtocol)即在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，如RIP和OSPF協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP(ExternalGatewayProtocol)若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，當數(shù)據(jù)報傳到一個自治系統(tǒng)的邊界時，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個自治系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP。在外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中目前使用最多的是BGP-4。R1H1H2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（例如，RIP）自治系統(tǒng)A自治系統(tǒng)B自治系統(tǒng)CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（例如，OSPF）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2自治系統(tǒng)和

內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議這里要指出兩點因特網(wǎng)的早期RFC文檔中未使用“路由器”而是使用“網(wǎng)關(guān)”這一名詞。但是在新的RFC文檔中又使用了“路由器”這一名詞。應當把這兩個屬于當作同義詞。IGP和EGP是協(xié)議類別的名稱。但RFC在使用EGP這個名詞時出現(xiàn)了一點混亂，因為最早的一個外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議的協(xié)議名字正好也是EGP。因此在遇到名詞EGP時，應弄清它是指舊的協(xié)議EGP還是指外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP這個類別。因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP：具體的協(xié)議有多種，如RIP和OSPF等。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP：目前使用的協(xié)議就是BGP。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP

(RoutingInformationProtocol)1.工作原理路由信息協(xié)議RIP是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡中的每一個路由器都要維護從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡的距離記錄。

“距離”的定義從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為1。從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加1。RIP協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hopcount)，因為每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加1?！熬嚯x”的定義RIP認為一個好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。RIP允許一條路徑最多只能包含15個路由器?！熬嚯x”的最大值為16時即相當于不可達?？梢奟IP

只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。RIP不能在兩個網(wǎng)絡之間同時使用多條路由。RIP選擇一個具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕還存在另一條高速(低時延)但路由器較多的路由。RIP協(xié)議的三個要點僅和相鄰路由器交換信息。交換的信息是當前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的時間間隔交換路由信息，例如，每隔30秒。路由表的建立路由器在剛剛開始工作時，只知道到直接連接的網(wǎng)絡的距離（此距離定義為1）。以后，每一個路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。經(jīng)過若干次更新后，所有的路由器最終都會知道到達本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡的最短距離和下一跳路由器的地址。RIP協(xié)議的收斂(convergence)過程較快，即在自治系統(tǒng)中所有的結(jié)點都得到正確的路由選擇信息的過程。2.距離向量算法收到相鄰路由器（其地址為X）的一個RIP報文：(1)先修改此RIP報文中的所有項目：將“下一跳”字段中的地址都改為X，并將所有的“距離”字段的值加1。(2)對修改后的RIP報文中的每一個項目，重復以下步驟：若項目中的目的網(wǎng)絡不在路由表中，則將該項目加到路由表中。否則若下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，則將收到的項 目 替換原路由表中的項目。否則若收到項目中的距離小于路由表中的距離，則進行更新， 否則，什么也不做。(3)若3分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路由器記為不可達的路由器，即將距離置為16（距離為16表示不可達）。(4)返回。路由器之間交換信息RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都和自己的相鄰路由器不斷交換路由信息，并不斷更新其路由表，使得從每一個路由器到每一個目的網(wǎng)絡的路由都是最短的（即跳數(shù)最少）。雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由信息，但由于每一個路由器的位置不同，它們的路由表當然也應當是不同的。112131FEDCBA51612151314141611151一開始，各路由表只有到相鄰路由器的信息網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1“4”表示“從本路由器到網(wǎng)

4”“1”表示“距離是

1”“”表示“直接交付”112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)1的距離是1?！币虼薆現(xiàn)在也可以到網(wǎng)1，距離是2，經(jīng)過A。”112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)2的距離是1?！币虼薆現(xiàn)在也可以到網(wǎng)2，距離是2，經(jīng)過A?！?12131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后A說：“我到網(wǎng)3的距離是1?！钡?/p>

B

沒有必要繞道經(jīng)過路由器

A再到達網(wǎng)

3，因此這一項目不變。112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后C說：“我到網(wǎng)4的距離是1。”但

B

沒有必要繞道經(jīng)過路由器

C再到達網(wǎng)

4，因此這一項目不變。112131FEDCBA51612151314141611151路由器B收到相鄰路由器A和C的路由表網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

4網(wǎng)

6網(wǎng)

5網(wǎng)

1112131416112A22A314162C更新后C說：“我到網(wǎng)6的距離是1。”因此B現(xiàn)在也可以到網(wǎng)6，距離是2，經(jīng)過C?！弊罱K所有的路由器的路由表都更新了FEDCBA11213142B52E63B1122A32A43A5162F12E22D33C42C516113B23B32B4152F61網(wǎng)2網(wǎng)6網(wǎng)5網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)412A2132A43A5162F12A22A314153C62CRIP協(xié)議的位置RIP協(xié)議使用運輸層的用戶數(shù)據(jù)報UDP進行傳送（使用UDP的端口520）。因此RIP協(xié)議的位置應當在應用層。但轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報的過程是在網(wǎng)絡層完成的。4字節(jié)RIP報文3.RIP2協(xié)議的報文格式路由信息（20字節(jié)/路由）可重復出現(xiàn)最多25個IP數(shù)據(jù)報路由標記網(wǎng)絡地址地址族標識符距離(1-16)IP首部UDP首部首部路由部分必為0版本命令4字節(jié)子網(wǎng)掩碼下一跳路由器地址UDP用戶數(shù)據(jù)報RIP2的報文

由首部和路由部分組成RIP2報文中的路由部分由若干個路由信息組成。每個路由信息需要用20個字節(jié)。地址族標識符（又稱為地址類別）字段用來標志所使用的地址協(xié)議。路由標記填入自治系統(tǒng)的號碼，這是考慮使RIP有可能收到本自治系統(tǒng)以外的路由選擇信息。再后面指出某個網(wǎng)絡地址、該網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼、下一跳路由器地址以及到此網(wǎng)絡的距離。RIP協(xié)議的優(yōu)缺點RIP存在的一個問題是當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，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。

RIP協(xié)議最大的優(yōu)點就是實現(xiàn)簡單，開銷較小。RIP限制了網(wǎng)絡的規(guī)模，它能使用的最大距離為15（16表示不可達）。路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，開銷也就增加。R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2正常情況1112R1R1

說：“我到網(wǎng)1的距離是1，是直接交付?！薄?”表示“從本路由器到網(wǎng)

1”“1”表示“距離是

1”“”表示“直接交付”R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2正常情況1112R1R2

說：“我到網(wǎng)1的距離是2，是經(jīng)過

R1。”“1”表示“從本路由器到網(wǎng)

1”“2”表示“距離是

2”“R1”表示經(jīng)過R1R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R1

說：“我到網(wǎng)1的距離是16（表示無法到達），是直接交付?！钡玆2

在收到R1

的更新報文之前，還發(fā)送原來的報文，因為這時R2

并不知道R1

出了故障。R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R1收到R2的更新報文后，誤認為可經(jīng)過R2

到達網(wǎng)1，于是更新自己的路由表，說：“我到網(wǎng)

1

的距離是

3，下一跳經(jīng)過R2”。然后將此更新信息發(fā)送給R2。13R2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況1111612R112R1R2以后又更新自己的路由表為“1,4,R1”，表明“我到網(wǎng)1距離是4，下一跳經(jīng)過R1”。13R214R1R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2R2R1網(wǎng)1網(wǎng)3網(wǎng)2網(wǎng)

1出了故障正常情況11…11613R215R2116R212R112R114R1116R1…這就是好消息傳播得快，而壞消息傳播得慢。網(wǎng)絡出故障的傳播時間往往需要較長的時間(例如數(shù)分鐘)。這是RIP的一個主要缺點。這樣不斷更新下去，直到R1和R2到網(wǎng)

1

的距離都增大到16時，R1和R2才知道網(wǎng)1是不可達的。內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF

(OpenShortestPathFirst)1.OSPF協(xié)議的基本特點“開放”表明OSPF協(xié)議不是受某一家廠商控制，而是公開發(fā)表的?！白疃搪窂絻?yōu)先”是因為使用了Dijkstra提出的最短路徑算法SPFOSPF只是一個協(xié)議的名字，它并不表示其他的路由選擇協(xié)議不是“最短路徑優(yōu)先”。是分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。

三個要點向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里使用的方法是洪泛法。發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息?！版溌窢顟B(tài)”就是說明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”(metric)。

只有當鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才用洪泛法向所有路由器發(fā)送此信息。

鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫

(link-statedatabase)

由于各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，因此所有的路由器最終都能建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫實際上就是全網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖，它在全網(wǎng)范圍內(nèi)是一致的（這稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步）。OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫能較快地進行更新，使各個路由器能及時更新其路由表。OSPF的更新過程收斂得快是其重要優(yōu)點。OSPF的區(qū)域(area)為了使OSPF能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡，OSPF將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的范圍，叫作區(qū)域。每一個區(qū)域都有一個32bit的區(qū)域標識符（用點分十進制表示）。區(qū)域也不能太大，在一個區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過200個。自治系統(tǒng)ASOSPF劃分為兩種不同的區(qū)域區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0.3主干區(qū)域0.0.0.0至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng)

8網(wǎng)

6網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

1網(wǎng)

7區(qū)域0.0.0.2網(wǎng)4網(wǎng)

5R8劃分區(qū)域劃分區(qū)域的好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個區(qū)域而不是整個的自治系統(tǒng)，這就減少了整個網(wǎng)絡上的通信量。在一個區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整網(wǎng)絡拓撲，而不知道其他區(qū)域的網(wǎng)絡拓撲的情況。OSPF使用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分。在上層的區(qū)域叫作主干區(qū)域(backbonearea)。主干區(qū)域的標識符規(guī)定為0.0.0.0。主干區(qū)域的作用是用來連通其他在下層的區(qū)域。

自治系統(tǒng)AS主干路由器區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0.3主干區(qū)域0.0.0.0至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng)

8網(wǎng)

6網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

1網(wǎng)

7區(qū)域0.0.0.2網(wǎng)4網(wǎng)

5R8自治系統(tǒng)AS區(qū)域邊界路由器區(qū)域0.0.0.1區(qū)域0.0.0.3主干區(qū)域0.0.0.0至其他自治系統(tǒng)R9R7R6R5R4R3R2R1網(wǎng)

8網(wǎng)

6網(wǎng)

3網(wǎng)

2網(wǎng)

1網(wǎng)

7區(qū)域0.0.0.2網(wǎng)4網(wǎng)

5R8OSPF直接用IP數(shù)據(jù)報傳送OSPF不用UDP而是直接用IP

數(shù)據(jù)報傳送，可見OSPF的位置在網(wǎng)絡層。OSPF構(gòu)成的數(shù)據(jù)報很短。這樣做可減少路由信息的通信量。數(shù)據(jù)報很短的另一好處是可以不必將長的數(shù)據(jù)報分片傳送。分片傳送的數(shù)據(jù)報只要丟失一個，就無法組裝成原來的數(shù)據(jù)報，而整個數(shù)據(jù)報就必須重傳。OSPF的其他特點OSPF對不同的鏈路可根據(jù)IP分組的不同服務類型TOS而設置成不同的代價。因此，OSPF對于不同類型的業(yè)務可計算出不同的路由。如果到同一個目的網(wǎng)絡有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。這叫作多路徑間的負載平衡。所有在OSPF路由器之間交換的分組都具有鑒別的功能。支持可變長度的子網(wǎng)劃分和無分類編址CIDR。每一個鏈路狀態(tài)都帶上一個32bit的序號，序號越大狀態(tài)就越新。IP數(shù)據(jù)報OSPF分組IP數(shù)據(jù)報首部OSPF分組OSPF分組首部類型1至類型5的OSPF分組24字節(jié)081631版本路由器標識符類型分組長度檢驗和鑒別比特鑒別區(qū)域標識符鑒別類型2.OSPF的五種分組類型類型1，問候(Hello)分組。類型2，數(shù)據(jù)庫描述(DatabaseDescription)分組。類型3，鏈路狀態(tài)請求(LinkStateRequest)分組。類型4，鏈路狀態(tài)更新(LinkStateUpdate)分組，用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。類型5，鏈路狀態(tài)確認(LinkStateAcknowledgment)

分組。OSPF的基本操作問候問候數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述數(shù)據(jù)庫描述鏈路狀態(tài)請求鏈路狀態(tài)更新鏈路狀態(tài)確認確定可達性達到數(shù)據(jù)庫的同步新情況下的同步OSPF使用的是可靠的洪泛法t更新報文ACK報文RRRRt1t2t3t4OSPF的其他特點OSPF還規(guī)定每隔一段時間，如30分鐘，要刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并無直接關(guān)系。因此當互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時，OSPF協(xié)議要比距離向量協(xié)議RIP好得多。OSPF沒有“壞消息傳播得慢”的問題，據(jù)統(tǒng)計，其響應網(wǎng)絡變化的時間小于100ms。指定的路由器

(designatedrouter)

多點接入的局域網(wǎng)采用了指定的路由器的方法，使廣播的信息量大大減少。指定的路由器代表該局域網(wǎng)上所有的鏈路向連接到該網(wǎng)絡上的各路由器發(fā)送狀態(tài)信息。OSPF支持三種網(wǎng)絡的連接(1)兩個路由器之間的點對點連接(2)具有廣播功能的局域網(wǎng)(3)無廣播功能的廣域網(wǎng)局域網(wǎng)

L1局域網(wǎng)

L2(a)網(wǎng)絡拓撲(b)有向圖L1L2W1W3W2DBCAIHGFE12422233341312167788810W4W64W56522544333288131212107616ABHGFECDI廣域網(wǎng)

W5廣域網(wǎng)

W3廣域網(wǎng)

W2廣域網(wǎng)

W6廣域網(wǎng)

W1廣域網(wǎng)

W4有向圖L1L2W1W3W2DBCAIHGFE12422233341312167788810W4W64W565L1L2W1W3W2DBAIGFE4331216788W4W6W5654以路由器F為根的最短路徑樹外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGPBGP是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。BGP的較新版本是1995年發(fā)表的BGP-4（BGP的第4個版本）?？梢詫GP-4簡寫為BGP。BGP使用的環(huán)境卻不同因特網(wǎng)的規(guī)模太大，使得自治系統(tǒng)之間路由選擇非常困難。對于自治系統(tǒng)之間的路由選擇，要尋找最佳路由是很不現(xiàn)實的。自治系統(tǒng)之間的路由選擇必須考慮有關(guān)策略。因此，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP只能是力求尋找一條能夠到達目的網(wǎng)絡且比較好的路由（不能兜圈子），而并非要尋找一條最佳路由。BGP

發(fā)言人每一個自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個路由器作為該自治系統(tǒng)的“BGP發(fā)言人”。一般說來，兩個BGP發(fā)言人都是通過一個共享網(wǎng)絡連接在一起的，而BGP發(fā)言人往往就是BGP邊界路由器，但也可以不是BGP邊界路由器。BGP交換路由信息一個BGP發(fā)言人與其他自治系統(tǒng)中的BGP發(fā)言人要交換路由信息，就要先建立TCP連接，然后在此連接上交換BGP報文以建立BGP會話(session)，利用BGP會話交換路由信息。使用TCP連接能提供可靠的服務，也簡化了路由選擇協(xié)議。使用TCP連接交換路由信息的兩個BGP發(fā)言人，彼此成為對方的鄰站或?qū)Φ日?。BGP發(fā)言人和

自治系統(tǒng)AS的關(guān)系BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人BGP發(fā)言人AS1AS3AS2AS5AS4自治系統(tǒng)連通圖BGP發(fā)言人互相交換網(wǎng)絡可達性的信息后，各BGP發(fā)言人就可找出到達各自治系統(tǒng)的比較好的路由。AS1AS6AS2AS3AS5AS4AS7AS8BGP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)（AS1）地區(qū)ISP（AS2）地區(qū)ISP（AS3）本地ISP（AS4）N1，N2本地ISP（AS5）N3，N4本地ISP（AS6）N5本地ISP（AS7）N6，N7自治系統(tǒng)AS2

的BGP發(fā)言人通知主干網(wǎng)的BGP發(fā)言人：“要到達網(wǎng)絡N1,N2,N3和N4可經(jīng)過AS2?！盉GP發(fā)言人交換路徑向量主干網(wǎng)（AS1）地區(qū)ISP（AS2）地區(qū)ISP（AS3）本地ISP（AS4）N1，N2本地ISP（AS5）N3，N4本地ISP（AS6）N5本地ISP（AS7）N6，N7主干網(wǎng)還可發(fā)出通知：“要到達網(wǎng)絡N5,N6和N7可沿路徑（AS1,AS3）?！盉GP協(xié)議的特點BGP協(xié)議交換路由信息的結(jié)點數(shù)量級是自治系統(tǒng)數(shù)的量級，這要比這些自治系統(tǒng)中的網(wǎng)絡數(shù)少很多。每一個自治系統(tǒng)中BGP發(fā)言人（或邊界路由器）的數(shù)目是很少的。這樣就使得自治系統(tǒng)之間的路由選擇不致過分復雜。BGP協(xié)議的特點BGP支持CIDR，因此BGP的路由表也就應當包括目的網(wǎng)絡前綴、下一跳路由器，以及到達該目的網(wǎng)絡所要經(jīng)過的各個自治系統(tǒng)序列。在BGP剛剛運行時，BGP的鄰站是交換整個的BGP路由表。但以后只需要在發(fā)生變化時更新有變化的部分。這樣做對節(jié)省網(wǎng)絡帶寬和減少路由器的處理開銷方面都有好處。BGP-4共使用四種報文(1)打開(Open)報文，用來與相鄰的另一個BGP發(fā)言人建立關(guān)系。(2)更新(Update)報文，用來發(fā)送某一路由的信息，以及列出要撤消的多條路由。(3)保活(Keepalive)報文，用來確認打開報文和周期性地證實鄰站關(guān)系。(4)通知(Notificaton)報文，用來發(fā)送檢測到的差錯。BGP報文的格式4字節(jié)類型長度標記BGP報文的數(shù)據(jù)部分可變長度首部長度19字節(jié)IP多播和因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP

IP多播的基本概念多播可明顯地減少網(wǎng)絡中資源的消耗。復制復制R1R3R4R5R6R2XBDCA多播組G多播組G多播組GIP多播的一些特點(1)多播使用組地址——IP使用D類地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。(2)永久組地址——由因特網(wǎng)號碼指派管理局IANA負責指派。(3)動態(tài)的組成員(4)使用硬件進行多播D類IP地址

與以太網(wǎng)多播地址的映射關(guān)系0000000000000001010111100111008162431D類IP地址多播主機組標識符的低23bit

復制到以太網(wǎng)地址中在多播主機組標識符中的5bit

不能用來構(gòu)成以太網(wǎng)地址48bit以太網(wǎng)地址01005E目的地址的第1字節(jié)中的最低位比特置1表示多播因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP

(InternetGroupManagementProtocol)

IGMP是在多播環(huán)境下使用的協(xié)議，它位于網(wǎng)際層。IGMP使用IP數(shù)據(jù)報傳遞其報文（即IGMP報文加上IP首部構(gòu)成IP數(shù)據(jù)報），但它也向IP提供服務。不把IGMP看成是一個單獨的協(xié)議，而是屬于整個網(wǎng)際協(xié)議IP的一個組成部分。IGMP可分為兩個階段第一階段：當某個主機加入新的多播組時，該主機應向多播組的多播地址發(fā)送IGMP報文，聲明自己要成為該組的成員。本地的多播路由器收到IGMP報文后，將組成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給因特網(wǎng)上的其他多播路由器。IGMP可分為兩個階段第二階段：因為組成員關(guān)系是動態(tài)的，因此本地多播路由器要周期性地探詢本地局域網(wǎng)上的主機，以便知道這些主機是否還繼續(xù)是組的成員。只要對某個組有一個主機響應，那么多播路由器就認為這個組是活躍的。但一個組在經(jīng)過幾次的探詢后仍然沒有一個主機響應，則不再將該組的成員關(guān)系轉(zhuǎn)發(fā)給其他的多播路由器。主機在多播中的幾種狀態(tài)加入組/啟動計時