计算机基础知识治疗NN.ppt

计 算 机 网 络,第7章 网络互连,7.1 互连网的概念,本章重点 网际协议IP Internet的路由选择协议 Internet组管理协议IGMP、无类型域间CIDR 下一代网际协议IPv6,7.1 互连网的概念,网络互连中继系统 物理层：转发器（repeater） 数据链路层：网桥或桥接器（bridge） 网络层：路由器（router） 网络层以上：网关（gateway）,链路层 协议,物理层 协议,网络层 协议,应用层,传输层,网络层,链路层,物理层,表示层,会话层,路由器,网 桥,中继器,中继节点,7.2 Internet的网际协议IP,地址解析协议ARP 逆地址解析协议RARP Internet控制报文协议ICMP,7.2.1 IP 地址及其转换,1. IP地址及其表示方法 五类：A、B、C、D、E 网络号字段net-id 主机号字段host-id,IP地址（IP Address） 地址组成：网络号 + 主机号； Fig. 5-47 地址表示采用用点分隔的十进制表示法，如166.111.68.3； 全0和全1有特殊含义 全0：表示本网络或本主机； 全1：表示广播地址； Fig. 5-48 子网（Subnets） 分而治之的思想：为了便于管理和使用，可以将网络分成若干供内部使用的部分，称为子网。对外界，该网络还是一个单独的网络。 Fig. 5-49,IP地址的特点,不能反映任何有关主机位置的地理信息； 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其net-id是不同的； 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的net-id； 所有分配到网络号net-id的网络是平等的； IP地址有时也可用来指明一个网络的地址。,7.2.1 IP 地址及其转换,3. 子网的划分-子网掩码 知道一个主机的IP地址和子网掩码，就知道： 该子网上的一个主机 本网络中的另一个子网上的一个主机 在另一个网络上的一个主机 总之： IP地址A、C、C类 子网掩码子网号和主机号的分界线,例,子网掩码为：0xFFFFFFE0 IP地址为： 140.252.20.68 00010100 01000100 得知：B类地址 net-id为140.252 子网掩码为 11111111 11111111 11111111 11100000,子网号,主机号,7.2.1 IP 地址及其转换,2. IP地址与物理地址 IP地址放在IP数据报的首部； 硬件地址则放在MAC帧的首部。,IP层抽象的互连网上，只看到IP数据报； 路由器只根据目的站的IP地址进行选择； 在具体的物理网络的链路层，只看到MAC帧；IP数据报被封装在MAC帧里面； 路由器都有各自的IP地址和两个硬件地址；,7.2.1 IP 地址及其转换,4. 地址的转换 IP地址MAC地址（ARP，RARP） 主机名字 IP地址,ARP地址解析协议,建立一个ARP表，表中存放（IP地址，MAC地址）对； 每个主机启动时，广播它的（IP地址，MAC地址）映射； ARP表中的表项有生存期，超时则删除。,当主机A（IP）主机B： 先在A的ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址， 若有，则：查出其对应的物理地址，并将它写入 MAC帧，之后通过LAN发往此物理地址。 若无，则： ARP进程在本LAN上广播发送一个ARP请求分组，上面有主机B的IP地址。 所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。 主机B在ARP请求分组中看到自己的IP地址，就向主机A发送一个ARP响应分组，上面写上自己的物理地址。 主机A收到主机B的ARP响应分组后，在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址到物理地址的映射。,RARP逆地址解析协议,物理地址IP地址 RARP服务器有一个从物理地址到IP地址的映射表。 当收到RARP请求分组后，通过映射表查出其IP地址。 写入RARP响应分组，发回。,7.2.2 IP数据报的格式,IP数据报,IP数据报由报头和正文部分构成，正文部分就是来自传输层的数据。 IP报头包括 20个字节的 固定部分和 变长(最长40 字节)的可选 部分，从左 到右传输。,IP报头,Version：4 bits (版本域) 目前使用最广的v4，最新的版本是v6。 IHL： 4 bits (IP Header Length) 最小为5，最大为15，单位为32-bit。 Type of Service：8 bits (服务类型域) Bits 0-2：Precedence，8种不同的优先级。 Bit 3：0 = Normal Delay，1 = Low Delay Bit 4：0 = Normal Throughput，1 = High Throughput Bit 5：0 = Normal Relibility，1 = High Relibility Bit 6-7：Reserved for Future Use 目前，几乎所有路由器都忽略服务类型域。,IP报头,Total length：16 bits (总长度域) 包括报头和正文，最长为65535字节。 Identification：16 bits (标识域) 用于让目的主机判断新来的分段属于那个分组，属于同一分组的分段具有同样的标识值。 Flags：3 bits Bit 0：reserved, must be zero Bit 1：(DF) 0 = May Fragment, 1 = Dont Fragment. DF位置1，表示不允许路由器对该数据报分段，因为目的主机不能重组分段。这意味着该数据报可能需要绕过最优路径上的小分组网络，而选择次优路由。所有机器都能够接收小于等于576字节的分组/分段。 Bit 2：(MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments. 除最后一个段外的所有段都要置MF位。,IP报头,Fragment offset：3 bits (段偏移量) 此域的基本单位是8 bytes。 除最后段外的其他段的取值应是8字节的倍数。 Time To Live：8 bits (生存期TTL) 用于限制分组的生存周期，防止其在网络中无限制的转发。 在实际实现中，分组/分段每经过一个路由器TTL减1，为0则丢弃，并给源主机发送一个告警分组。 Protocol： 8 bits (协议域) 上层使用哪种传输协议。 如果传输层协议是TCP，取值为6；如果传输层协议是UDP，取值为17。,IP报头,Header checksum：16 bits (头部校验和) 只对IP报头做校验。 算法：报头的每16位求反，循环相加(进位加在末尾)，后再求反。如果报头正确，结果应为零。 按照经验，这个简单的算法是够用了，但也可以用CRC校验来代替。 头部校验和在每个节点都需要重新计算。 Source Address：32 bits (源地址) 发送主机的IP地址。 Destination Address：32 bits (目的地址) 接收主机的IP地址。,IP报头,Options：variable (选项) 选项域便于为后续版本引进新信息，提供了可扩展能力。 每种选项用一个字节标明选项类型，一个字节标明长度(可有可无)，其余时若干数据字节。每种选项的总长度为4字节的倍数，不够则填充，最长为40字节。 已经定义了五种选项，但是并不是所有的路由器都支持全部五种选项。,IP报头选项,Security(安全性) 说明信息的安全程度。实际上，所有路由器都忽略此选项。 Strict source routing (严格源路由) 将从源到目的地的完整路径上所有的IP地址都记录下来。数据报必须严格地按照这条路径传送。 当路由器崩溃时，该字段可用于发送紧急分组或测量时间。 Loose source routing (松散源路由) 同样是一系列的IP地址，但只要求该数据报按照指定次序遍历所列的路由器，不是一条严格路径，可以穿越其它路由器。 Record route (记录路由) 另该数据报穿越的路由器将其IP地址加到选项域，但现在已经不够用了。 Time stamp (时间戳) 在记录路由的同时还记录一个32位的时间标记，用于路由算法的纠错。,7.2.3 Internet控制报文协议ICMP,7.2.4 IP层处理数据报的流程,路由器与结点交换机的区别,7.2.4 IP层处理数据报的流程,7.2.4 路由器的IP层路由算法,提取目的站的IP地址的D，得出其网络号N； 若N是此路由器直接相连的一个网络号，则直接通过该网络将数据报交付给目的站D；否则转3； 若路由表中有目的地址为D的指明主机路由，则将数据报送给所指明的下一站路由器；否则转4； 若路由表中有到达网络N的路由，则将数据报送给所指明的下一站路由器；否则转5； 若路由表中有子网掩码，用它与目的站IP地址D相“与”，得出结果M；若M为目的站网络号，则将数据报送给所指明的下一站路由器；否则转6； 若路由表中有默认路由，则将数据报送给所指明的默认路由器；否则转7； 报告路由选择出错。,7.2.4 路由器的IP层路由算法,注：在IP数据报中始终不出现下一站路由器的IP地址。,7.3 Internet的路由选择协议,7.3.1 两类路由选择协议 内部网关协议IGP：在一个自治系统内部使用的路由选择协议。如RIP，HELLO，OSPF 外部网关协议EGP：将路由选择信息传递到另外的自治系统中的协议。如BGP,7.3.2 内部网关协议IGP,路由信息协议RIP 一个基于距离向量的分布式路由选择协议。 “距离”为到目的网络所经过的路由器数。 RIP允许一个通路最多包含15个路由器。 RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由，它选择一个具有最少路由器的路由。,路由信息协议RIP,7.3.2 内部网关协议IGP,2. HELLO协议 一种基于路由的网络时延协议。 提供两种功能： 使路由器和目的主机的时钟同步。 每个路由器和目的主机都能计算出到目的主机的最小时延路由。,7.3.2 内部网关协议IGP,3. 开放最短通路优先协议OSPF 一种分布式的链路状态协议。 所有路由器都维持一个链路状态数据库（即整个互连网的拓朴结构图） OSPF让每一个链路状态都带上一个32bit的序号。 每个路由器用链路状态数据库中的数据算出其路由表。 即时更新链路状态数据库。 路由器间频繁交换信息来建立链路状态数据库，并维持链路状态数据库在全网范围内的一致性。 直接用IP数据报传送。,7.3.3 外部网关协议,BGP将网络分为三类： 与BGP只有一个连接的网络；不能转发数据报。 与BGP有两个或以上连接的网络；可转发数据报。 能转发第三方数据报的转发网络。如主干网。,7.3.3 外部网关协议,BGP使用的四种报文： Open报文 Update报文 Keepalive报文 Notification报文 三个功能过程： 邻站探测 邻站可达性 网络可达性,7.4 Internet组管理协议IGMP,IGMP是用来进行多播的。,7.5 无类型域间路由选择CIDR,解决IP地址不够分配的问题。将超过2百万个C类地址按照可变大小的块进行分配。 RFC 1519将世界划分为四个区域，将一部分C类地址分配给它们： 欧洲区域：194.0.0.0195.255.255.255 北美区域： 198.0.0.0199.255.255.255 中美和南美区域： 200.0.0.0201.255.255.255 亚太区域： 202.0.0.0203.255.255.255,7.6 下一代的网际协议IPv6,IPv4的局限性 1.地址空间危机。 Internet飞速发展，IP地址出现紧缺趋势,目前的IP地址只能支撑10年。 大量的移动设备和家电设备上网的趋势使目前的形势更加严峻。 2.路由表的膨胀 IP地址中A类已经分配完毕, B类也已经差不多了, 剩下的C类地址已经成为大家瓜分的目标。 C类地址：超过2百万个，主机数量不超过255个 3.安全性的不足 4.IP地址的配置复杂 5.IP协议的性能有待提高,IPv6新特性,1.使用128位的地址空间，可支持多达 340，282，366，920，938，463，374，607，431，768，211，456个地址。 2.采用分层地址编码。 3.采用64位对齐的简化头部格式。 4.支持网络结构的扩展性。 5.支持自动地址配置（即插即用）。 6.数据多播功能支持。,IPv6新特性,7.骨干网络层更有效路由汇聚。 8.支持QoS和资源预留，可以用来 保证实时的数据传输 。 8.ICMP协议改进，与旧的ICMPv4不兼容。