IP网络通信基础

1、IP网络通信思考请分析一下当前计算机网络的体系结构？大纲一、IP网络的逻辑二、对实际网络进行IP层抽象四、IP协议的细节三、对实际网络进行其他层抽象IP网络的逻辑2、只关心IP报文的传输，不关心底层报文的变化；3、IP报文的传输只需要路由表的决策4、路由表的维护1、IP网络是一个纯逻辑网络对实际的网络进行IP层抽象1、抽象的依据: 只关心IP报文的起点（主机）、改变IP报文的中间点（路由器、网关）、 IP报文的终点（主机）。2、抽象的过程: 把对IP报文不做任何处理的设备以线取代(如二层交换机、HUB等设备)； 把对IP报文完整传输的过程以线取代(如IP 网络叠加在ATM网络上)； 保留报文起

2、点、中间点、报文终点，得出纯IP网络逻辑拓扑图。对实际的网络进行IP层抽象：实例1对实际的网络进行IP层抽象：实例2对实际的网络进行IP层抽象：实例3对实际的网络进行IP层抽象：实例4对实际的网络进行链路层抽象：实例1ADSL ModemADSL DSLAM思考：图中存在几个链路层网络？对实际的网络进行链路层抽象：实例2PLC思考：图中存在几个链路层网络？PLCPLC对实际的网络进行传输层抽象 传输层已经不存在网络的概念。只用关心起点、终点，这就是端到端的概念，不关心中间到底经过多少路由器。 这里有一个session的概念，用session来表示比较形象，session说明传输层的连接有自己的

3、生命周期。有开始、有结束。 一个完整的通信过程可能是多个session的生灭过程，而这多个session可能位于1对主机之间，也可能位于多个主机之间。既可能同时存在多个session，也可能各个session之前存在明显的先后次序。(考察下图的web服务器访问过程）PCWEB serverDatabase server对实际的网络进行应用层抽象 对应用层进行抽象，完全关注于功能实体，而这些功能实体的实现又依赖于传输层的许多session来实现。这些功能实体可以位于同一物理主机上，也可以位于不同的物理主机上。因此，session也可以是同一对主机上的，也可以是不同主机的session。 大家可以

4、思考一下SIP协议的实现，思考一个完整的SIP通话过程需要哪些功能实体，这些功能实体的功能实现需要建立哪些session？IP协议的细节1：路由表生成1、主机路由的生成： a) 当手动设置主机接口的IP地址、网关、掩码时会自动生成路由表项； b) 当主机DHCP得到相关信息后会自动生成路由表项； c) 可以手动设定静态路由；2、路由器路由的生成： a) 当手动设置路由器接口的IP地址、网关、掩码时会自动生成路由表项； b) 可以手动设定静态路由； c) 可以通过RIP、IS-IS、OSPF、BGP等路由协议动态更新路由； d) 可以通过IGRP、EIGRP等Cisco私有路由协议更新路由；IP

5、协议的细节2：RIP协议路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）是一个简单的距离向量路由协议。思考：什么是距离向量模型？ RIP有两种工作模式主机采用被动（passive）模式，只接收RIP消息不会传递自己的路由表中的信息给别的路由器，只是静静地倾听其它RIP路由器广播的路由信息，并且根据收到的路由信息更新自己的路由表。路由器采用主动（active）模式，发送和接收RIP消息定期把路由信息传递给其它RIP路由器，并且根据收到的RIP消息来更新自己的路由表。IP协议的细节2：RIP协议RIP采用的距离度量是一种非常简单的测量到目的地的距离的方式：站点计数度量

6、（或称站跳数、段跳数，hop）。路由器把到它直接连接的网络的距离定义为1，如果距离为n，表示它到达目的地途中要经过n个路由器，即：距离给出了该路由要经过的路由器的个数。 RIP在具体实现时常常允许管理人员对这些慢速的网络指定一个更大的距离度量值（1）。IP协议的细节2：RIP协议RIP工作过程RIP路由器初始化时，会把那些到达它所直接连接的网络的路由加载进来（距离一般被设置为1）。一般RIP的具体实现也允许管理人员增加新的路由，比如说不是通过RIP协议了解到的路由。 每个RIP路由器每隔30秒广播一个路由消息。 RIP路由器也可能通过发送Request消息来询问别的路由器有关某些路由或者所有路

7、由的信息，比如当一个主机启动后，可能要求相邻的RIP路由器传递路由表中的所有信息。 IP协议的细节2：RIP协议当RIP路由器R从路由器G收到一个路由消息时，它检查该消息中包含的每一条到目的地D的路由，其中距离为cost(G,D)，把该路由与自己路由表中到同一目的地D的路由相比较。 如果路由表中不存在，在路由表中增加一条路由：到目的地D的下一个路由器跳段的地址为G，距离为cost(R,G)+cost(G,D) 。 否则比较是否路由消息中指出的到目的地D的路由的距离更短：cost(R,G)+cost(G,D)cost(R,D)？其中cost(R,D)为路由表中原有的到目的地D的路由。如果满足上述

8、式子，说明找到一条更短的路由，更新路由表中那条到目的地D的路由：下一个跳段路由器为G，距离为cost(R,G)+cost(G,D)。如果路由消息中新通知的路由和原来的路由的距离是一样的，RIP仍然选择使用老的路由，这有助于保持路由的稳定。 IP协议的细节2：RIP协议RIP路由失效RIP在路由表中对每条路由都有一个计时器，当收到新的有关这条路由的消息时，该计时器被重新设置，如果计时器超时（超过180秒，即连续6次没有收到路由消息，是一种n次有k次机制），这条路由就被宣告为失效，即目的地不可达。失效路由并不马上从路由表中删去，因为这条失效的路由还应该向邻居路由器报告，经过一段超时（garbage

9、-collection timer，90秒）后，该路由最终被从路由器中去掉。RIP把距离在16 hops以上的路由作为不可达（“无穷大”）。不可达的取值考虑到了网络的规模和收敛的速度两者之间的平衡。 IP协议的细节2：RIP协议和RIP协议会遇到无穷计数问题水平分割（Split-Horizon） 一种解决无穷计数问题的方法。 不要把从某个接口了解到的路由信息再通过该接口传递给其他路由器，以避免形成路由回路。例：如果A到某个目的地D的路由要经过邻居B，则A向B发送的更新消息不应包含到D的路由。毒性反转（Poisoned reverse）水平分割 不是不给邻居路由器发送通过该邻居了解的路由信息，而

10、是和往常一样给邻居路由器发送路由信息，只是那些从该邻居了解到的路由信息的距离被置为无穷大，即到目的网络是不可达的。 能比水平分割方法更快地解除路由回路。IP协议的细节2：RIP协议触发更新水平分割解决了两个节点间的路由回路，但是考虑三个或者更多节点间的路由回路：C-D链路断开A认为经B可以到达DC收到该消息，认为经A可到DC告诉B经A可到D当路由器了解到到某个目的地的路由有变化时，马上发送更新消息，从而加快收敛过程。Hold-Down Timer触发更新并不是万能的，可能在触发更新传遍整个网络前有一个节点发送了定时更新消息，无效路由会再次传播。在发生触发更新时开始一个hold-down tim

11、er随机计时，忽略来自于邻居路由器的有关到该目的地的消息。同时可以防止触发更新消息产生过多的网络负载，而形成广播风暴。IP协议的细节2：RIP协议RIP基于UDP，使用UDP端口号520。 RIP消息可以分为两类：请求路由信息消息（RIP消息的COMMAND字段为1, request ），路由器可以通过发送请求路由信息消息获得某个路由器的全部路由或者部分路由表项路由信息消息（RIP消息的COMMAND字段为2, response ）路由信息消息发送的条件：（1）收到请求路由信息消息（2）每隔30秒定期发送。RIP消息都具有一个统一的格式 命令（COMMAND）字段指示RIP消息的类型（requ

12、est或response）地址家族标识（address family identifier）字段，使得RIP协议也可以在别的网络层协议下使用，而不是局限在TCP/IP环境中。没有长度字段，这是因为下层的UDP有封装功能，从而可以知道消息的边界。 IP协议的细节2：RIP协议RIP协议局限性因为RIP选择16作为无穷大，不能用在网络直径大于15的网络中。RIP使用的距离度量非常简单，不能采取一种动态的方法（比如根据网络延迟或负载）来选择路由。尽管RIP采用了很多措施（比如毒性反转的水平分割和触发更新等）来解决无穷计数问题，但是这种可能性仍然存在，因此RIP一般用在网络规模不是很大的场合。 但RIP实