准备知识交换和路由 艾泰科技在线认证工程师培训资料 2013年10月

交换和路由——计算机网络基础第一页，共58页。技术以太网技术原理与技术路由简介技术交换技术概述第二页，共58页。采用进行网络互连－互联网协议()－－传输控制协议()－－用户数据报协议()－－文件传输协议()－－及其它协议等－与数据联网相关的协议一般由在其()文档中规定。采用一系列基于协议所组成的网络称为。RRTCP/IPinternet1

TCP/IPinternet2LANR－路由器工作站

LAN之间的数据互连是基于一组数据联网协议RRRRRR第三页，共58页。业务应用业务描述文件传输协议－可使用户和远程计算机用户间进行文件的传输简单邮件传输协议－使得连接到的用户间能够传输电子邮件终端仿真－允许远程登录到一台主机或计算机域名服务器－提供用于网络资源业务名称转换的目录网络文件系统－允许接入远程文件简单网络管理系统－能够对各网元(如路由器、桥等)进行管理－允许接入全球站点来获得提供信息第四页，共58页。和层模型协议参考模型模型第五页，共58页。和层模型功能描述各层主要功能各层主要功能第六页，共58页。使用协议进行信息传输在协议层次中，下层是服务的提供者，上层是服务用户。网络中的第层总是第层比层提供更完善的服务。服务：描述协议层次中相邻层之间关系的有效的抽象的概念，是网络中各层向上层提供的一组操作。第七页，共58页。和的主要特性传输控制协议()－使用序列号()和确认的方法来提供可靠的数据传输。－类似于面向连接传输的方法，提供“虚连接”的建立。－提供端口号()用于对上层协议的复用去复用－全双工数据传输。用户数据报协议()－无连接的传输协议－无保证传输、不可靠的机制－比有较少的负荷－更简单－在应用和管理信息传输中流行(如)第八页，共58页。和的主要特性网际协议()－无连接的网络协议－使用位寻址，全球唯一(用打点的十进制记号来代表)－封装或分组－向不同的网络提供公共的逻辑接口(分组的逻辑路由)网际控制报文协议()－提供层的差错报告－的差错都是路由器→信源主机模式－提供拥塞控制功能－提供路径控制功能第九页，共58页。地址解析（）概念真正做的工作之一是在各种物理网络技术上覆盖一层软件，将物理地址隐藏起来，互联网自层开始表现为统一的地址格式，层以上的各层均使用地址；而物理网络内部，依然使用各自原来的物理地址。因此，在互联网中存在两种地址，二者之间要建立映射的关系，这种关系成为地址解析。地址解析协议－用于从地址到物理地址的映射反向地址解析协议－用于从物理地址到地址的映射第十页，共58页。总结本章对协议及其相关的内容作了概括的介绍 －与模型的比较对照 －基于的应用业务。 －协议簇中的部分协议的特性第十一页，共58页。技术概述原理与技术路由简介技术交换技术以太网技术第十二页，共58页。局域网综述课题－以其开始的年月命名－以模型为标准的物理层和数据链路层的标准－服务访问点提供通信的相邻层次间的寻址内容－信号编码和译码－顺序的比特发送和接收－提供通过双绞线、同轴电缆或光纤对传送介质的连接第十三页，共58页。局域网综述系列标准－（系列介绍和接口原语的定义）－（协议）－（载波侦听多路访问冲突检测）－（令牌总线）－（－令牌环）－（都市网）－（－光纤分布式数据接口）－（时间槽）特点局域网一般都是广播型网络，网上站点共享信道，一个站点发送数据，其他站点均能收到。第十四页，共58页。总结局域网的层次是在数据链路层的。数据链路层分为链路控制子层和介质访问子层。传统的帧结构。第十五页，共58页。技术概述以太网技术路由简介技术交换技术原理与技术第十六页，共58页。原理与技术的特点和地位地址数据报的传送的拥塞和差错控制第十七页，共58页。的特点和地位层相当于模型中的网络层，主要的技术有三个部分： －地址及寻径 －数据报的传送 －层的差错和拥塞控制作为通信子网的最高层，它的特点是提供无连接的数据报的传输机制，不保证传输的可靠性。协议是点到点的，对等实体之间的通信不经过中间机器，对等机器之间拥有直接的物理连接。协议要屏蔽低层的不同的物理网络，向上层提供统一的数据报，从而实现网络的互联。第十八页，共58页。地址地址屏蔽了不同结构物理层和数据链路层的地址地址的概念：地址实际上是一种标识符，用于标识系统中的某个对象。标识符通常分为三类：名字、地址和路径地址采用全网通用的地址格式，并在统一的管理下进行地址分配，保证一个地址对应一台主机地址。地址是一种层次地址，它携带关于对象的位置信息。第十九页，共58页。的地址结构互联网在概念上分为三个层次：主机层、网络层、互联网层地址正是对互联网层次的反映，地址明显携带位置信息。主机网络IP地址的结构第二十页，共58页。地址分类类类类类类比特的地址()被划分成网络号和主机号两部分。网络号的长度将决定整个互联网中能包含多少个网络，主机号长度决定了每个网络中能容纳多少台主机。地址共有类地址，其中、、为主类地址。以覆盖宽范围的网络配置。(把地址空间扩展到个字节)第二十一页，共58页。地址分类应用网络设计者需要考虑哪些地址范围最能适应网络演进的需求。地址定义的方式适应了大网量少，主机数目多，小网量大，主机数目少的特点，又方便网络号和主机地址号的提取。地址包含有网络信息，为数据报的路由提供了重要的基础。地址分类网络数目

主机数目

()典型的网络应用类非常大的网络类

中规模网络例如、企业网类小型企业、学校类网中的广播应用第二十二页，共58页。地址范围特殊地址形式：、回送地址：为保留地址，用于软件测试和本机进程通信。、广播地址：主机号为全，在全网范围广播，如。、受限广播地址：比特的地址为全，只在本网段内广播。、网络地址：主机号部分为的地址不分配给单个的主机(只用来指示网络，表示具有某个网络号的网段)。、地址：网络号为全的地址，被解释成本网络。类别网络号（）范围主机号（）范围～～～～～～～.第二十三页，共58页。地址的子网编址子网：在的主类网络中，再进行网络的细分。产生的原因：地址资源有限，网络规模增长巨大方法：从主类网中的主机号部分的高比特位开始借用部分比特，作为网络号部分，从而将一个主类网由划分为不同的子网，借用的主机比特数据不同，得到的子网的大小也不同。掩码：区分一个地址的网络号和主机号部分的技术。地址的网络号全部置，主机号部分全部置的地址称为一个地址掩码。一个地址必须规定其掩码。地址及其子网掩码技术也称为可变长子网掩码。网段：一个地址与它的掩码相“与”，得出的结果，即为该地址所在的网段。优点：充分利用地址资源，便于管理，限制广播信息，便于寻址第二十四页，共58页。地址的子网编址举例说明：一个类网的地址，类网的正常掩码为.二者相与得出该地址的网段为。采用子网掩码技术时，如果借用了主机号的比特作为该地址的子网号，则掩码为与相与，得出子网的网段为：。二进制表示

类网正常掩码

得出网段

借比特主机位作为网络号掩码

子网网段为

第二十五页，共58页。地址的管理地址是全局有效的，因此它的分配和回收等也应该统一管理对应与地址结构的层次性，地址管理机构和管理方式也是层次型的最高级的管理机构叫做网络信息中心，负责向提出地址请求的组织分配网络地址，然后各组织再本网络内部对地址的主机号部分进行本地分配第二十六页，共58页。组播组播传送：同时向一组遍布与网络中的主机传送同一个数据报即发送方只需构造一个数据报，在其中的目的地址填入组播地址，一次发送出去，而不必对目的地址进行多次重复的发送。一个组内的主机可以属于不同的物理网络，甚至不属于同一个路由选择系统。组：拥有同一个组播地址一组主机构成一个组，一个可以在一个物理网络上，要可以跨越多个物理网络。同时一台主机可以属于不同的组。低层支持：要求层之下的数据链路层支持组播。以太网的组播地址支持：在六字节的以太网地址，若最高字节的最低比特为，则该地址为组播地址。以点分进制表示为第二十七页，共58页。组播地址地址中的类地址为组播地址组播地址的最高个比特为，所以组播地址的范围为：～，其中是保留地址，不分配；也是保留地址，代表“全主机组”，即本地网内参与组播的所有主机和路由器。组播地址没有层次，整个网络只能多个所有组玻成员在逻辑上是等同的。因此组播地址中的一部分有管理分配，多数组播地址自由分配。组播地址只能作为目的地址，而不能出现在任何信源地址中也不能出现在源路径和记录路径中。也不能出现在的“信宿不可到达”中。每个组都拥有一个唯一的一个组播地址。分为标准的永久性组播地址和暂时性组播地址，前者由分配；后者根据需要创建。第二十八页，共58页。地址解析地址解析概念：地址和物理地址的双向映射－物理地址映射方式： 表格方式：在主机中建立一个地址－物理地址的映射表 非表格方式：地址映射完全由机器完成。 直接映射：针对短而可配置的物理地址，如令牌环网 将配置的地址直接映射到物理地址中。 动态关联：针对具有广播能力的、长而固定的物理地 址，如以太网地址，采用协议。物理地址－地址映射方式： 用于无盘机的操作中，使用的地址协议为。第二十九页，共58页。协议连接到的主机一般用“物理”地址标识(例如地址)。地址(逻辑上的)通过利用动态地址分辨协议()来找到远端主机的物理位置。－概念ARP响应包ARP请求包主机A主机B主机C主机DRARP服务器第三十页，共58页。的解析过程过程 、主机首先广播一个请求报文，请求目的地主机的物理地址 、网上所有主机都能收到这个请求报文，但只有主机识别自己的地址。 、主机对主机发回响应，回答自己的物理地址 、主机可以应用响应来“存储”或缓存（）网络中其它的主机<:物理>地址 、在发送报文时，主机直接查找缓存中的<:物理>地址映射列表如果找不到目的物理地址，则执行第～步骤。高效性手段 、为了提高效率，在请求报文中放入信源的<:物理>地址对，以防信宿紧接着为了解析信源的物理地址而再启动解析过程 、信源在广播自己的<:物理>地址对时，网络上所有主机都可以将它存入自己的缓存中 、协议规定在主机开机时，要主动广播<:物理>地址对，以免其它主机对它运行第三十一页，共58页。的解析过程过程 、在服务器中存入一个本网的<物理－>地址对的映射表 、无盘机发出请求，在请求中携带本地的物理地址 、网络上所有主机均收到请求，但只有服务器处理请求 、服务器根据请求中的物理地址，查找<物理－>地址对的映 射表，直接发给请求者，而不采用广播方式。 、如果网络中存在多个服务器，请求者会收到所有服务器的响 应，但只能使用最先到达的一个解析响应。的差错控制定时重传技术服务器如果网络中存在多个服务器，可以提高系统性能，但是问题是所有服务器回答一个请求，会带来网络的拥挤，解决办法为： 、给每个无盘机分配一个主服务器，其它服务器为次服务器，一般情况下，只有主服务器才回答请求，次服务器只记录请求到达事件。如果某个次服务器在第一个请求后，再次收到同样一个请求则认定主服务器不能作出响应，这个此服务器完成对请求的响应。 、采用与第一种方法近似的原理，来避免所有次服务器同时响应。第三十二页，共58页。数据报的传送数据报的封装报头数据区帧数据区帧头理想情况为在帧中能够封装全部的数据报，而实际的情况并非如此数据报的分片 层之下的物理网络，对帧的大小有不同的规定，每个物理网络对其物理帧的最大长度，称为最大传输单元。的最大长度为个字节，如果一个数据报的长度大于其下层，就必须将分片传输。这就需要利用到数据报头中标识、标志和片偏移字段。IP报头数据1（600字节）数据2（600字节）数据3（200字节）片1头数据1（600字节）片2头数据2（600字节）片3头数据3（200字节）片1（偏移0）片2（偏移600）片3（偏移1200）第三十三页，共58页。数据报的分片和重组数据报分片的控制片头：从初始的数据报头直接拷贝（除了“标志”和“片偏移”）字节，普通报头的长度（无选项字段）。片偏移量：在分片的传输中，片偏移以比特为单位，表示该片中数据区 的第一个数据字节在整个数据报中的位置（偏移量）。标识：信源机赋予数据报的标识符，用于区分各个不同的数据报。信宿机根据标识字段来重组同一个数据报，在数据报分片时，这个字段不加修改拷贝到片头中。该字段为为个字节。标志：比特，只有低比特有效，编码表示数据报分片的情况。 －片未完，置位表示该片不是数据报的最后一片。－不分片，置位表示数据报不能被分片。数据报分片的原则 －各片近可能大，但必须能为下层帧能够封装 －片的大小（以字节为单位时），必须是的整数倍，以便计算其偏移量。数据报分片的位置出现在不同的的交界处，即路径的网关处。数据报分片的重组分片的逆过程，但是重组是在信宿机。第三十四页，共58页。的拥塞和差错控制－用于的差错报告、拥塞控制、路径控制，其中差错报告为网关到信源主机的模式值消息描述 值 消息描述回送应答 目的不可达源抑制 重定向回送响应 数据报超时参数出错 时间戳请求时间戳应答 信息请求信息应答 地址掩码请求地址掩码应答消息头类型编码校验和 信息字节字节字节 第三十五页，共58页。－网际控制报文协议报文中的字段： 类型：报文的类型 编码：提供关于报文类型的进一步的信息 校验和：提供整个报文的校验和。 信息：出错数据报报头及该数据报前比特，提供这些信息的目的在于帮助信源机确定出错数据报。报文类型 －差错报文 －路径控制和重定向报文 －拥塞控制和源抑制报文 －请求应答报文第三十六页，共58页。－网际控制报文协议差错报文 －目的不可达，分为网络、主机、协议和端口四大部分 －超时报告，利用字段 －参数出错报告，报告出错的数据报的报头和错误的数据报选项参数路径控制和重定向报文 解决主机从网关处获得路由消息的方法。拥塞控制和源抑制报文 －网关发生拥塞的时候，发出源抑制报文 －信源机收到源抑制报文后，按一定的速率降低发往某信宿的数据报速率 －拥塞解除后，信源机要恢复数据传输速率，请求应答报文 －回送请求应答报文，用于测试信宿机的可到达性 －时间戳请求应答报文，用于时钟同步 －地址掩码请求应答报文，为了正确解释子网地址第三十七页，共58页。总结协议是互联网中最重要的协议之一地址技术有效地隐藏了物理地址的差异，在不同的网络之间实现了一种统一、有效的地址模式地址解析协议的贡献在于实现了地址和物理地址的映射，使得地址真正成为网间通用地址。数据报在网络中的传送是有可能分片的传送的，一旦分片传送，信宿机必须能够将其重组起来。层的拥塞和差错控制是由协议来实现。第三十八页，共58页。技术概述以太网技术原理与技术技术交换技术路由简介第三十九页，共58页。路由简介分组交付（）是指在互联网络中路由器转发分组的物理传输过程与数据报转发交付机制；分组交付可以分为直接交付和间接交付两类;是直接交付还是间接交付，路由器需要根据分组的目的地址与源地址是否属于同一个子网来判断直接交付

当分组的源主机和目的主机是在同一个网络，或转发是在最后一个路由器与目的主机之间时将直接交付；

第四十页，共58页。路由简介间接交付：

目的主机与源主机不在同一个网络上，分组间接交付。第四十一页，共58页。路由简介路由选择的基本概念对路由选择算法的要求

算法必须是正确、稳定和公平的

算法应该尽量简单

算法能够适应网络拓扑和通信量的变化

算法应该是最佳的

讨论路由选择算法涉及的主要参数：

跳数（）—分组从源结点到达目的结点经过的路由器的个数

带宽（）—链路的传输速率

延时（）—分组从源结点到达目的结点花费的时间

负载（）—通过路由器或线路的单位时间通信量

可靠性（）—传输过程中的误码率

开销（）—传输过程中的耗费，与所使用的链路带

宽相关第四十二页，共58页。路由简介静态路由选择算法和动态路由选择算法从路由选择算法对网络拓扑和通信量变化的自适应角度划分，可以分为静态路由选择算法与动态路由选择算法两大类；动态路由协议路由可以自动的学习到达远端网络的路径信息。而静态路由则不然，它需要网络管理者手动的将到达目的网络的路径添加到路由表中。

静态路由选择算法也叫做非自适应路由选择算法，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化；静态路由适合在规模较小、不经常改变的网络中

；

动态路由选择算法也称为自适应路由选择算法，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。动态路由适合在大的网络中，这样，路径的改变不需要网络管理者手动的更改路由信息。第四十三页，共58页。路由选择方法下一跳路由选择在路由器中只保留下一跳路由选择，而不是保留完整的路由信息，优点：路由表非常简化第四十四页，共58页。路由选择方法特定网络路由选择根据网段来进行路由选择，优点：

简化路由表，查找简便第四十五页，共58页。路由选择方法特定主机路由选择与特定网络路由选择相反，其是根据主机地址来进行路由选择，优点：

提高安全性缺点:

效率低下第四十六页，共58页。路由选择方法默认路由选择第四十七页，共58页。路由简介路由选择模块与路由表

在每个路由器接收到一个分组时，路由选择模块必须进行路由查询；路由器查询的顺序是：

第一步是判断该分组是不是直接转发。如果不是就间接转发，第二步确定是不是特定主机转发。如果不是特定主机转发，第三步确定是不是特定网络转发。如果不是特定网络转发，最后就要确定是