网络层 计算机网络

1、网络层网络层2qIPv4地址地址分类分类、子网划分、子网划分、CIDR（重点）（重点） q路由算法路由算法(距离距离-向量路由，链路状态路由向量路由，链路状态路由)原理及原理及其具体实现其具体实现(RIP和和OSPF) （重点）（重点） qIPv4分组头部结构、各字段的含义（理解）分组头部结构、各字段的含义（理解）q网络层其它协议网络层其它协议(ARP、ICMP 、 DHCP) （理解）理解）q 路由表与路由转发路由表与路由转发（理解）理解）qIP组播、组播、IPv6（了解）（了解） IP地址地址 IP地址分类与表示地址分类与表示 子网划分子网划分 CIDR-Classless InterDo

2、main RoutingIP地址的层次结构和分类地址的层次结构和分类 IP地址分为地址分为A、B、C、D、E类类031NetIDHostID1110多址传送地址多址传送地址110前缀前缀后缀后缀0前缀前缀后缀后缀0816311 0前缀前缀后缀后缀1111保留将来使用保留将来使用A类类B类类C类类D类类E类类大规模网络大规模网络中规模网络中规模网络小规模网络小规模网络地址类别地址类别网络数网络数主机数主机数A0127（128）16777216-2B128191（16384）65536-2C192223（2097152）256-2CLASS ACLASS BCLASS C私有网络的私有网络的IP地

3、址地址 IANA（Internet Assigned Number Authority）保留保留给私有网络的给私有网络的IP地址段地址段地址类别地址类别地地 址址A类类10.0.0.0 - 10.255.255.255B类类172.16.0.0 - 172.31.255.255C类类192.168.0.0 - 192.168.255.255IP地址地址 IP地址分类与表示地址分类与表示 子网划分子网划分 CIDR-Classless InterDomain Routing NAT-Network Address Translation子网划分子网划分 随着网络规模的扩大，虽然能为一个网络提供大

4、量的随着网络规模的扩大，虽然能为一个网络提供大量的IP地地址（如址（如B类地址），但通常在一个网络（如以太网）内支类地址），但通常在一个网络（如以太网）内支撑不了那么多的主机撑不了那么多的主机 解决的方法是允许在内部将一个网络分成若干个子网，而解决的方法是允许在内部将一个网络分成若干个子网，而对外仍像一个网络对外仍像一个网络主机的主机的IP地址分配地址分配按子网划分按子网划分从从IP地址的主机号的高位部分取出若干位作为子地址的主机号的高位部分取出若干位作为子网的标识，其余作为子网中的主机标识，在子网网的标识，其余作为子网中的主机标识，在子网中，主机标识可任意指定中，主机标识可任意指定网络号网络

5、号子网号子网号主机号主机号子网掩码子网掩码 子网掩码的作用子网掩码的作用因为子网地址长度不是固定的，所以必须说明设备地因为子网地址长度不是固定的，所以必须说明设备地址中的哪一部分是包含子网的网络地址段，地址中哪址中的哪一部分是包含子网的网络地址段，地址中哪一部分是主机地址段一部分是主机地址段子网掩码子网掩码（续（续1）一个一个C类主机地址为类主机地址为202.120.3.99，所属，所属 子网号为子网号为 011，其掩码应为：，其掩码应为：255.255.255.224子网地址子网地址网络地址网络地址主机地址主机地址C类类IP地址地址 11001010 01111000 00000011 0

6、11 0 0 0 11202120399掩掩 码码11111111 11111111 11111111 1 1 1 000 0 0255255255224掩码也可用更简洁的方式表示：掩码也可用更简洁的方式表示：202.120.3.99/27，其中其中27表示掩码中表示掩码中1的个数的个数子网划分实例子网划分实例1某单位有三个部门，分别有自己的网络，虽然每个部门的主机数某单位有三个部门，分别有自己的网络，虽然每个部门的主机数都比较少，但也需要三个都比较少，但也需要三个C类地址（因为没有比类地址（因为没有比C类地址更小的类地址更小的了），掩码为：了），掩码为：255.255.255.0 Net12

7、02.120.1.0 Net2202.120.2.0 Net3202.120.3.0 202.120.1.1 202.120.1.2 202.120.1.3 202.120.1.4 202.120.3.1 202.120.3.2 202.120.3.3 202.120.2.1 202.120.2.2 202.120.2.3路由器路由器掩码：掩码：255.255.255.0 Net1202.120.1.0 Net2202.120.2.0 Net3202.120.3.0 202.120.1.1 202.120.1.2 202.120.1.3 202.120.1.4 202.120.3.1 202.

8、120.3.2 202.120.3.3 202.120.2.1 202.120.2.2 202.120.2.3路由器路由器选择子网号长度选择子网号长度 三个子网一共只有三个子网一共只有10台主机，因此一个台主机，因此一个C类地址就类地址就足够了足够了 子网和主机所需位数的分配：可以根据子网数或者子网和主机所需位数的分配：可以根据子网数或者每个子网中的主机数来决定每个子网中的主机数来决定 如按子网数来决定：如按子网数来决定：3个子网需要个子网需要2位编码：位编码：00，01，10，11，但一般，但一般00和和11保留，因此保留，因此3个子网需要个子网需要3位编码，则子网掩码为：位编码，则子网掩码

9、为：202.120.1.0/27子网划分实例子网划分实例2SubNet 1 = 001 202.120.3.32/27SubNet 2 = 010 202.120.3.64/27SubNet 3 = 011202.120.3.96/27 202.120.3.33 202.120.3.34 202.120.3.35 202.120.3.36 202.120.3.97 202.120.3.98 202.120.3.99 202.120.3.65 202.120.3.66 202.120.3.67路由器路由器采用子网划分技术，可节约采用子网划分技术，可节约IP地址，图中掩码为：地址，图中掩码为：25

10、5.255.255.224掩码：掩码：255.255.255.224子网划分实例子网划分实例3例：某单位有多个部门，每个部门的机器数为例：某单位有多个部门，每个部门的机器数为20个左个左右，现申请有一个右，现申请有一个C类地址类地址 202.10.23.0，问：，问： 就就目前而言，如何划分子网较为合理，请确定子网目前而言，如何划分子网较为合理，请确定子网掩码，每个子网中主机数最多为多少台掩码，每个子网中主机数最多为多少台?用用3位表示子网号，位表示子网号，5位表示主机号是合理的，所以：位表示主机号是合理的，所以：掩码为：掩码为：255.255.255.224；最多的子网个数：；最多的子网个数

11、：8(6)个个 每个子网中主机数最多可接：每个子网中主机数最多可接：32 2 = 30（台）（台）某个主机某个主机IP地址及其掩码也可写成：地址及其掩码也可写成：202.10.23.47/27IP地址地址 IP地址分类与表示地址分类与表示 子网划分子网划分 CIDR-Classless InterDomain Routing NAT-Network Address TranslationCIDR无类域间路由无类域间路由 为什么要引入为什么要引入CIDR 一个一个B类地址对大多数机构来说还是太大，类地址对大多数机构来说还是太大，C类地址又太类地址又太小，网络地址本身又非常紧缺小，网络地址本身又非

12、常紧缺 解决办法：（解决办法：（RFC1519） 以可变长分块的方式分配所剩的以可变长分块的方式分配所剩的C类网络，把若类网络，把若干个干个C类地址（必须是连续的）捆绑成一个组地类地址（必须是连续的）捆绑成一个组地址，作为一个分配单元址，作为一个分配单元 甚至也可把甚至也可把256个个C类地址合成一个类地址合成一个B类地址类地址 引入引入CIDR的好处的好处 提高提高IP地址的利用率地址的利用率 缩短路由表缩短路由表 无分类的两级编址的记法是：无分类的两级编址的记法是： IP地址地址 := , (4-3) CIDR 还使用还使用“斜线记法斜线记法”(slash notation)，即在，即在

13、IP 地址面加上一个斜线地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数的个数）无分类无分类的两级编址的两级编址 128.14.32.0/20 表示的地址（表示的地址（212 个地址）个地址）10000000 00001110 00100000 0000000010000000 00001110 00100000 0000000110000000 00001110 00100000 0000001010000000 00001110 00100000 00000011100000

14、00 00001110 00100000 0000010010000000 00001110 00100000 0000010110000000 00001110 00101111 1111101110000000 00001110 00101111 1111110010000000 00001110 00101111 1111110110000000 00001110 00101111 1111111010000000 00001110 00101111 11111111所有地址的 20 位前缀都是一样的最小地址最大地址构成超网构成超网 前缀长度不超过前缀长度不超过 23 位的位的 CIDR

15、 地址块都包含了多个地址块都包含了多个 C 类地址。类地址。 这些这些 C 类地址合起来就构成了超网。类地址合起来就构成了超网。 网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。地址中，划分子网是使网络前缀变长。 CIDR 地址块划分举例地址块划分举例 因特网206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大学 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

16、.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 单位 地址块 二进制表示 地址数 ISP 206.0.64.0/18 11001110.00000000.01* 16384 大学 206.0.68.0/22 11001110.00000000.010001* 1024 一系 206.0.68.0/23 11001110.00000000.01000

17、10* 512 二系 206.0.70.0/24 11001110.00000000.01000110.* 256 三系 206.0.71.0/25 11001110.00000000.01000111.0* 128 四系 206.0.71.128/25 11001110.00000000.01000111.1* 128CIDR 地址块划分举例地址块划分举例 因特网206.0.68.0/22206.0.64.0/18ISP大学 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.

18、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这个 ISP 共有 64 个 C 类网络。如果不采用 CIDR 技术，则在与该 ISP 的路由器交换路由信息的每一个路由器的路由表中，就需要有 64 个项目。但采用地址聚合后，只需用路由聚合后的 1 个项目 206.0.64.0/18 就能找到该 ISP。 最长前缀匹配最长前缀匹配 应当从匹配结果中选

19、择具有最长网络前缀的路由：应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最最长前缀匹配长前缀匹配(longest-prefix matching)。 网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体(more specific) 。收到的分组的目的地址 D = 206.0.71.128路由表中的项目：206.0.68.0/22 （ISP） 206.0.71.128/25 （四系）查找路由表中的第 1 个项目AND D = 206. 0. 01000100. 0第 1 个项目 206.0.68.0/22 的掩码 M 有 22 个连续的 1。M = 111

20、11111 11111111 11111100 00000000因此只需把 D 的第 3 个字节转换成二进制。M = 11111111 11111111 11111100 00000000206. 0. 01000100. 0与 206.0.68.0/22 匹配收到的分组的目的地址 D = 206.0.71.128路由表中的项目：206.0.68.0/22 （ISP） 206.0.71.128/25 （四系）再查找路由表中的第 2 个项目AND D = 206. 0. 71. 10000000第 2 个项目 206.0.71.128/25 的掩码 M 有 25 个连续的 1。M = 11111

21、111 11111111 11111111 10000000因此只需把 D 的第 4 个字节转换成二进制。M = 11111111 11111111 11111111 10000000206. 0. 71. 10000000与 206.0.71.128/25 匹配28qIPv4地址地址分类分类、子网划分、子网划分、CIDR（重点）（重点） 路由算法路由算法(距离距离-向量路由，链路状态路由向量路由，链路状态路由)原理及原理及其具体实现其具体实现(RIP和和OSPF) （重点）（重点） qIPv4分组头部结构、各字段的含义（理解）分组头部结构、各字段的含义（理解）q网络层其它协议网络层其它协议(

22、ARP、DHCP、ICMP) （理解）理解）q 路由表与路由转发路由表与路由转发（理解）理解）qIP组播、组播、IPv6（了解）（了解） 自适应算法（自适应算法（adaptive algorithmadaptive algorithm） 距离矢量算法（距离矢量算法（D-V） 链路状态算法（链路状态算法（L-S）路由器动态建立和维护一张最优的路由表路由器动态建立和维护一张最优的路由表D-V算法的工作原理算法的工作原理 每个路由器用两个向量每个路由器用两个向量Di和和Si来表示该点到网上所有来表示该点到网上所有节点的路径距离及其下一个节点节点的路径距离及其下一个节点 相邻路由器之间交换路径信息相邻

23、路由器之间交换路径信息 各节点根据路径信息更新路由表各节点根据路径信息更新路由表 di1：从节点从节点i 到节点到节点1 的时延向量的时延向量di2：从节点从节点i 到节点到节点2 的时延向量的时延向量 Di =di1di2di3dinSi =si1si2si3sinsi1：从节点从节点i到节点到节点1的一条最小时延路径上的下一个节点的一条最小时延路径上的下一个节点si2：从节点从节点i到节点到节点2的一条最小时延路径上的下一个节点的一条最小时延路径上的下一个节点其中：其中：n 网络中的节点数网络中的节点数Di节点节点i的时延向量的时延向量dij节点节点i到到j的最小时延的当前估计值的最小时延

24、的当前估计值Si节点节点i的后继节点向量的后继节点向量sij从节点从节点i到到j的最小时延路径上的下一节点的最小时延路径上的下一节点 路由表的更新路由表的更新dij = min(dix + dxj) ( x A )（从（从i到到j的时延取途经每个节点时的时延的最小值）的时延取途经每个节点时的时延的最小值） Sij = x（从（从i到到j途经的下一个节点为途经的下一个节点为x） 其中：其中：A 与与i相邻的所有节点的集合相邻的所有节点的集合diji到到j 的最短距离的最短距离dixi到到x的最短距离的最短距离dxjx到到j 的最短距离的最短距离 距离向量算法距离向量算法D-V算法的缺点算法的缺点

25、 交换的路径信息量大交换的路径信息量大 路径信息不一致路径信息不一致 收敛速度慢（坏消息）收敛速度慢（坏消息） 不适合大型网络不适合大型网络无穷计算问题无穷计算问题 好消息传播得快，坏消息传播得慢好消息传播得快，坏消息传播得慢ABCDE初始时初始时1第第1次交换后次交换后12第第2次交换后次交换后123第第3次交换后次交换后1234第第4次交换后次交换后ABCDE1234初始时初始时3234第第1次交换后次交换后3434第第2次交换后次交换后5454第第3次交换后次交换后5656第第4次交换后次交换后7676第第5次交换后次交换后7878第第6次交换后次交换后 A下网了下网了自适应算法自适应算

26、法（adaptive algorithm） 距离矢量算法（距离矢量算法（D-V） 链路状态算法（链路状态算法（L-S）路由器动态建立和维护一张最优的路由表路由器动态建立和维护一张最优的路由表链路状态算法（链路状态算法（ L-S ） （Link State Routing） 基本思想：基本思想： 发现它的邻接节点，并得到其网络地址发现它的邻接节点，并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径计算到每个

27、其他路由器的最短路径发现邻接节点发现邻接节点 当一个路由器启动后，向每个点到点线路发送当一个路由器启动后，向每个点到点线路发送HELLO分组分组（携带自己的网络地址），另一端的路由器发送回来一个应（携带自己的网络地址），另一端的路由器发送回来一个应答来说明它是谁，即通报其网络地址答来说明它是谁，即通报其网络地址链路状态算法（链路状态算法（ L-S ）基本思想：基本思想： 发现它的邻接节点，并得到其网络地址发现它的邻接节点，并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其

28、他路由器将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径计算到每个其他路由器的最短路径测量线路开销测量线路开销 发送一个发送一个ECHO分组要求对方立即响应，通过测量一个来回分组要求对方立即响应，通过测量一个来回时间再除以时间再除以2，发送方就可以得到一个延迟估计值，想要更，发送方就可以得到一个延迟估计值，想要更精确些，可以重复这一过程，取其平均值精确些，可以重复这一过程，取其平均值 链路状态算法（链路状态算法（ L-S ）基本思想：基本思想： 发现它的邻接节点，并得到其网络地址发现它的邻接节点，并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一

29、个分组以告知它刚知道的所有信息组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径计算到每个其他路由器的最短路径构造分组构造分组子网及其节点到其邻节点（路由器）的线路开销测量值（子网及其节点到其邻节点（路由器）的线路开销测量值（即延时，假设以即延时，假设以ms计）计）ABCDEF序号序号序号序号序号序号序号序号序号序号序号序号年龄年龄年龄年龄年龄年龄年龄年龄年龄年龄年龄年龄B4A4B2C3A5B6E5C2D3 F7 C1 D7F6E1F8E8AE324FDCB56187子网的链路、状态及分组情况：子网的链路、状态及分组情

30、况： 节点节点A仅与节点仅与节点B和和E相邻相邻A B的时延为的时延为4msA E的时延为的时延为5ms 链路状态算法（链路状态算法（ L-S ）基本思想：基本思想： 发现它的邻接节点，并得到其网络地址发现它的邻接节点，并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径计算到每个其他路由器的最短路径发布链路状态分组发布链路状态分组 用扩散法（向邻接的节点）发布链路状态分组用扩散法（向邻接的节点）发布链路状

31、态分组 （以（以B为例，为例，B的邻接点有的邻接点有A、C、F） 源源序号序号年龄年龄ACFACF数据数据A2160011100 F2160110001 E2159010101 C2060101010 D2159100011 源节点源节点E的链路状态分组经的链路状态分组经A和和F到节点到节点B，节点，节点B必须必须再将再将E的状态分组转送到的状态分组转送到C，并向，并向A和和F发发ACK 发送标志发送标志ACK标志标志Tnbm P365 Fig. 5-14 链路状态分组的转发和确认链路状态分组的转发和确认链路状态算法（链路状态算法（ L-S ）基本思想：基本思想： 发现它的邻接节点，并得到其网

32、络地址发现它的邻接节点，并得到其网络地址 测量它到各邻接节点的延迟或开销测量它到各邻接节点的延迟或开销 组装一个分组以告知它刚知道的所有信息组装一个分组以告知它刚知道的所有信息 将这个分组发给所有其他路由器将这个分组发给所有其他路由器 计算到每个其他路由器的最短路径计算到每个其他路由器的最短路径计算新路由计算新路由 用用Dijkstra算法计算到每个节点的路由算法计算到每个节点的路由 得到该节点到每个节得到该节点到每个节点的最短路径点的最短路径最短路由选择最短路由选择（Dijkstra） Dijkstra算法（算法（1959）：通过用边的权值作为距离）：通过用边的权值作为距离的度量来计算最短路

33、径，有最少边数的路径不一定的度量来计算最短路径，有最少边数的路径不一定是最短路径是最短路径 1674329115328635如下图：如下图：5和和4之间边数最少的路径是之间边数最少的路径是5234但最短路径是但最短路径是523674 采用的数据结构采用的数据结构集合集合S：尚未找到最短路径的节点：尚未找到最短路径的节点的集合的集合数组数组R：Ri为从指定源点去节点为从指定源点去节点i的路径上的路径上，节点，节点i的前一个的前一个 节点节点数组数组D：Di为从指定源点到节点为从指定源点到节点i的最短距的最短距离离算法的初始化算法的初始化 初始化集合初始化集合S为除源节点外的所有节点为除源节点外的

34、所有节点 初始化数组初始化数组D：如果从源节点到节点：如果从源节点到节点v的边存在，则的边存在，则D(v)为该边的权值，否则为无穷大为该边的权值，否则为无穷大 初始化数组初始化数组R：如果从源节点到节点：如果从源节点到节点v的边存在，则的边存在，则R(v)为源节点，否则为为源节点，否则为0算法算法 WHILE（集合（集合S非空）非空） 从从S中选一节点中选一节点u，使，使Du最小；最小；如果（如果（Du为无穷大）为无穷大）错误！无路径存在，退出错误！无路径存在，退出把把u从从S中删去；中删去；对对(u,v)是边的每个节点是边的每个节点v 如果（如果（v仍在仍在S中）中）C=Du+weight(

35、u,v);如果如果 （CDv） /*v找到了一条更短的路径找到了一条更短的路径*/Rv= u; /*替换替换v的最短路径及长度的最短路径及长度*/Dv=C;DijkstraDijkstra算法算法AEDCB212113计计 算算BCDEF02,A5,A1,A ,- ,-12,A4,D2,D ,-22,A4,D4,E33,E4,E44,E源点源点A到所有结点的最短路径到所有结点的最短路径F3552DFEABC11212L-S图图SPF树树L-S路由算法的优缺点路由算法的优缺点 LS的优点的优点 路由信息的一致性好，坏消息也一样传播得快路由信息的一致性好，坏消息也一样传播得快 状态分组的长度较短，

36、仅包含到邻接点的距离等，与网络状态分组的长度较短，仅包含到邻接点的距离等，与网络规模关系不大，传输所耗用的网络带宽不大，所以可适用规模关系不大，传输所耗用的网络带宽不大，所以可适用于大型网络于大型网络 LS的缺点的缺点 每个路由器需要有较大的存储空间，用以存储所收到的每每个路由器需要有较大的存储空间，用以存储所收到的每一个节点的链路状态分组一个节点的链路状态分组 计算工作量大，每次都必须计算最短路径计算工作量大，每次都必须计算最短路径内部网关协议内部网关协议 RIP (Routing Information Protocol) RIP 是一种分布式的基于是一种分布式的基于距离向量距离向量的路由

37、选择协议。的路由选择协议。 RIP 协议中的协议中的“距离距离”也称为也称为“跳数跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。 “距离距离”的最大值为的最大值为16 时即相当于不可达。可见时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。只适用于小型互联网。1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息网 3网 2网 4网 6网 5网 1“4”表示“从本路由器到网 4”“1”表示“距离是 1”“ ”表示“直接交付”1 1 2 1 3

38、 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后A 说：“我到网 1 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 1，距离是 2，经过 A。”1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6

39、 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后A 说：“我到网 2 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 2，距离是 2，经过 A。”1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后A 说：“我到网 3 的距离是 1。”但 B 没有必要绕道经过路由器 A再到达网 3，因此这一项目不变。1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2

40、 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2 A3 1 4 1 6 2 C更新后C 说：“我到网 4 的距离是 1。”但 B 没有必要绕道经过路由器 C再到达网 4，因此这一项目不变。1 1 2 1 3 1 FEDCBA5 1 6 1 2 1 5 1 3 1 4 1 4 1 6 1 1 1 5 1 路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表网 3网 2网 4网 6网 5网 11 1 2 1 3 1 4 1 6 1 1 2 A2 2

41、A3 1 4 1 6 2 C更新后C 说：“我到网 6 的距离是 1。”因此 B 现在也可以到网 6，距离是 2，经过 C。”最终所有的路由器的路由表都更新了FEDCBA1 1 2 1 3 1 4 2 B5 2 E6 3 B1 1 2 2 A3 2 A4 3 A5 1 6 2 F1 2 E2 2 D3 3 C4 2 C5 1 6 1 1 3 B2 3 B3 2 B4 1 5 2 F6 1 网 2网 6网 5网 1网 3网 41 2 A2 1 3 2 A4 3 A5 1 6 2 F1 2 A2 2 A3 1 4 1 5 3 C6 2 C 4 字节RIP 报文RIP2 协议的报文格式协议的报文格式

42、 路由信息（20 字节/路由）可重复出现最多 25 个IP 数据报自治系统号网络地址网络类型标志距离 (1-16) IP 首部UDP 首部首部路由部分必为 0版本命令 4 字节子网掩码下一跳路由器地址UDP 用户数据报内部网关协议内部网关协议 OSPF (Open Shortest Path First) 是分布式的是分布式的链路状态协议。链路状态协议。 OSPF 的区域的区域(area) 为了使为了使 OSPF 能够用于规模很大的网络，能够用于规模很大的网络，OSPF 将将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区区域。域。 每一个区域都有一个每一

43、个区域都有一个 32 位的区域标识符（用点分位的区域标识符（用点分十进制表示）。十进制表示）。 区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过过 200 个。个。 自治系统 ASOSPF 划分为两种不同的区域划分为两种不同的区域 区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8自治系统 AS主干路由器主干路由器区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1

44、网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8自治系统 AS区域边界路由器区域边界路由器 区域 0.0.0.1区域 0.0.0.3主干区域 0.0.0.0至其他自治系统R9R7R6R5R4R3R2R1网 8网 6网 3网 2网 1网 7区域 0.0.0.2网 4网 5R8IP 数据报OSPF 分组分组 IP数据报首部OSPF 分组OSPF 分组首部类型 1 至类型 5 的 OSPF 分组24 字节081631版 本路 由 器 标 识 符类 型分 组 长 度检 验 和鉴 别位鉴 别区 域 标 识 符鉴 别 类 型外部网关协议外部网关协议 BGPBGP 是不同自治系统的路

45、由器之间交换路由信息的协是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。议。 BGP 较新版本是较新版本是 2006 年年 1 月发表的月发表的 BGP-4（BGP 第第 4 个版本），即个版本），即 RFC 4271 4278。 边界网关协议边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网只能是力求寻找一条能够到达目的网络且络且比较好的路由比较好的路由（不能兜圈子），而（不能兜圈子），而并非要寻找一条最并非要寻找一条最佳路由佳路由。BGP 发言人交换路径向量发言人交换路径向量 主干网（AS1）地区 ISP（AS2）地区 ISP（AS3）本地 ISP（AS4）N1， N2本地 ISP（AS

46、5）N3， N4本地 ISP（AS6）N5本地 ISP（AS7）N6， N7自治系统 AS2 的 BGP 发言人通知主干网的 BGP 发言人：“要到达网络 N1, N2, N3 和 N4 可经过 AS2。” BGP 发言人交换路径向量发言人交换路径向量 主干网（AS1）地区 ISP（AS2）地区 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主干网还可发出通知：“要到达网络 N5, N6 和 N7 可沿路径（AS1, AS3）。” BGP 报文具有通用的首部报文具有通用的首部BGP 报文通用首部报

47、文通用首部字节 16 2 1BGP 报文主体部分报文主体部分类 型长 度标 记TCP首部首部IP 首部BGP 报文TCP 报文73qIPv4地址地址分类分类、子网划分、子网划分、CIDR（重点）（重点） q路由算法路由算法(距离距离-向量路由，链路状态路由向量路由，链路状态路由)原理及原理及其具体实现其具体实现(RIP和和OSPF) （重点）（重点） qIPv4分组头部结构、各字段的含义（理解）分组头部结构、各字段的含义（理解）q网络层其它协议网络层其它协议(ARP、DHCP、ICMP) （理解）理解）q 路由表与路由转发路由表与路由转发（理解）理解）qIP组播、组播、IPv6（了解）（了解）

48、 固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报首部发送在前可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移

49、填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分可变部分区 分 服 务发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本占 4 位，指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)区 分 服 务IP 数据报首部的固定部分中的各字段 首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填

50、 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分区分服务占 8 位，用来获得更好的服务在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直未被使用过。1998 年这个字段改名为区分服务。只有在使用区分服务

51、（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度

52、可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification) 占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(flag) 占 3 位，标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF (Dont Fragment) 。只有当 DF 0

53、时才允许分片。 保留 DF MF首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(12 位)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。区 分 服 务数据报的分段数据报的分段IP包分段举例包分段举例 一个物理网络的一个物理网络的MTU为为1500B，现要传输一个，现要传输一个IP分组（其分组（其IP分组头为分组头为20B，数据区长度为，数据区长度为1400B）到）到MTU为为620B的另一个物理网

54、络，其分段情的另一个物理网络，其分段情况为：况为： 原原IP报头报头600600200分段分段1报头报头600分段分段2报头报头600分段分段3报头报头200 每个分段的头部其基本部分（如源地址、目的每个分段的头部其基本部分（如源地址、目的地址等）是地址等）是copy原原IP分组的头部，与分段相关分组的头部，与分段相关的域则应重新生成的域则应重新生成 IP包分段举例包分段举例（续）（续）原头部原头部分段分段1头部头部 分段分段2头部头部 分段分段3头部头部ID 标识标识30303303033030330303M 标志标志0110OS 段偏移段偏移0075150TL 总长总长1420620620

55、220段未结束段未结束75 x 8 = 600首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分生存时间(8 位)记为 TTL (Time To Live)数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分协议(8 位)字段指出此数据报携

56、带的数据使用何种协议以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程区 分 服 务运输层网络层首部TCPUDPICMPIGMPOSPF数 据 部 分IP 数据报协议字段指出应将数据部分交给哪一个进程首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部检验和(16 位)字段只检验数据报的首部不检验数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。 区 分 服 务发送端接收端16 位字 116 位字 2置为全 0检验和16 位字 n

57、16 位反码算术运算求和取反码数据报首部IP 数据报16 位检验和16 位字 116 位字 216 位检验和16 位字 n16 位反码算术运算求和16 位结果取反码数据部分若结果为 0, 则保留；否则，丢弃该数据报数据部分不参与检验和的计算例例首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分源地址和目的地址都各占 4 字节区 分 服 务IP可选项可选项用于增加在原始设想中没有考虑到的工作用于增加在原始设想中没有考虑到的工作可选项可选项描述描

58、述 Security规定数据包的加密方式规定数据包的加密方式Strict source routing分组必须严格按此路径转发分组必须严格按此路径转发Loose source routing分组必须经过给出的路由器分组必须经过给出的路由器Record route每台途经的路由器都必须附上它的每台途经的路由器都必须附上它的IP地址地址Timestamp每台途经的路由器都必须附上它的每台途经的路由器都必须附上它的IP地址和时间地址和时间戳戳95qIPv4地址地址分类分类、子网划分、子网划分、CIDR（重点）（重点） q路由算法路由算法(距离距离-向量路由，链路状态路由向量路由，链路状态路由)原理及

59、原理及其具体实现其具体实现(RIP和和OSPF) （重点）（重点） qIPv4分组头部结构、各字段的含义（理解）分组头部结构、各字段的含义（理解）q网络层其它协议网络层其它协议(ARP、DHCP、ICMP) （理解）理解）q 路由表与路由转发路由表与路由转发（理解）理解）qIP组播、组播、IPv6（了解）（了解） 地址解析协议地址解析协议ARP 工作原理工作原理 ARP的报文格式的报文格式 暂存暂存ARP应答应答 处理接收的处理接收的ARP消息消息 工作原理工作原理 一个一个ARP请求消息是一个数据帧，其中包含发请求消息是一个数据帧，其中包含发送站点的送站点的MAC地址和地址和IP地址，以及目

60、的站点的地址，以及目的站点的IP地址，并把此数据帧在本物理网络内广播地址，并把此数据帧在本物理网络内广播 一个一个ARP应答消息是一个数据帧，其中包含应应答消息是一个数据帧，其中包含应答站点的答站点的MAC地址和地址和IP地址，以及原发送站点地址，以及原发送站点的的IP地址，并把此数据帧发送给原发送站点地址，并把此数据帧发送给原发送站点 ARP 响应AYXBZ主机 B 向 A 发送ARP 响应分组 主机 A 广播发送ARP 请求分组 ARP 请求ARP 请求ARP 请求ARP 请求209.0.0.5209.0.0.600-00-C0-15-AD-1808-00-2B-00-EE-0A我是 20