计算机网络19讲

1练习一个数据报长度为4000字节（固定首部长度）。现在经过一个网络传送，但此网络能够传送的最大数据长度为1500字节。试问应当划分为几个短些的数据报片？各数据报片的数据长度、片偏移字段和MF标志应为何值？IP数据报固定首部长度为20字节

总长度(字节)数据长度(字节)MF片偏移原始数据报4000398000数据报片11500148010数据报片2150014801185数据报片31040102003702IP数据报的最大长度是多少个字节？答：64K(1K=216)字节，因为其首部的总长度字段只有16bit长。但实际上最多只能表示65535字节而不是65536字节，因为在二进制中的16个1表示十进制的（216

–1）。IP数据报的首部的最大长度是多少个字节？典型的IP数据报首部是多长？答：IP数据报首部中有一个首部长度字段，4bit长，可表示的最大十进制数字是15。因此首部长度的最大值是15个4字节长的字，即60字节。典型的IP数据报不使用首部中的选项，因此典型的IP数据报首部长度是20字节。3IP数据报必须考虑最大传送单元MTU(MaximumTransferUnit)。这是指哪一层的最大传送单元？包括不包括首部或尾部等开销在内？答：这是指IP层下面的数据链路层的最大传送单元，也就是下面的MAC帧的数据字段，不包括MAC帧的首部和尾部的各字段。因为IP数据报是装入到MAC帧中的数据字段，因此数据链路层的MTU数值就是IP数据报所容许的最大长度（是总长度，即首部加上数据字段）。如果一个路由器要同时连接在一个以太网和一个ATM网络上，需要有什么样的硬件加到路由器上？答：一个以太网网卡和一个ATM网卡。46.6.3内部网关协议OSPF

(OpenShortestPathFirst，开放最短路径优先)1.OSPF协议的基本特点O：“开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。SPF：“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法OSPF只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。是分布式的链路状态协议。5三个要点向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。

只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。6链路状态数据库

(link-statedatabase)

由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。这个数据库实际上就是全网的拓扑结构图，它在全网范围内是一致的（这称为链路状态数据库的同步）。OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。

7OSPF的区域(area)

为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域。每一个区域都有一个32bit的区域标识符（用点分十进制表示）。区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200个。8自治系统ASOSPF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主干路由器：R3,R4,R5,R6,R7区域边界路由器：R3,R4,R7自治系统边界路由器：R69划分区域划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。OSPF使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作主干区域(backbonearea)。主干区域的标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。10OSPF直接用IP数据报传送OSPF的位置在网络层，OSPF不用UDP而是直接用IP数据报传送。OSPF构成的数据报很短。这样做可减少路由信息的通信量。数据报很短的另一好处是可以不必将长的数据报分片传送。分片传送的数据报只要丢失一个，就无法组装成原来的数据报，而整个数据报就必须重传。11OSPF的其他特点OSPF对不同的链路可根据IP分组的不同服务类型（TOS）而设置成不同的代价。因此，OSPF对于不同类型的业务可计算出不同的路由。多路径间的负载平衡：如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径。。保证仅在可信赖的路由器之间交换链路状态信息：所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别的功能。支持可变长度的子网划分和无分类编址CIDR。每一个链路状态都带上一个32bit的序号，序号越大状态就越新。12OSPF运行过程OSPF的运行过程：1、每个运行OSPF的路由器发送HELLO报文到所有启用OSPF的接口。如果在共享链路上两个路由器发送的HELLO报文内容一致，那么这两个路由器将形成邻居关系。2、从这些邻居关系中，部分路由器形成邻接关系。邻接关系的建立由OSPF路由器交换HELLO报文和网络类型来决定。3、形成邻接关系的每个路由器都宣告自己的所有链路状态。4、每个路由器都接受邻居发送过来的LSA，记录在自己的链路数据库中，并将链路数据库的一份拷贝发送给其它的邻居。5、通过在一个区域中泛洪，使得给区域中的所有路由器同步自己数据库。6、当数据库同步之后，OSPF通过SPF算法，计算到目的地的最短路径，并形成一个以自己为根的无自环的最短路径树。7、每个路由器根据这个最短路径树建立自己的路由转发表。13IP数据报OSPF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比特鉴别区域标识符鉴别类型14OSPF的五种分组类型类型1，问候(Hello)分组。类型2，数据库描述(DatabaseDescription)分组。类型3，链路状态请求(LinkStateRequest)分组。类型4，链路状态更新(LinkStateUpdate)分组，用洪泛法对全网更新链路状态。类型5，链路状态确认(LinkStateAcknowledgment)分组。1516OSPF基本概念RouterID一个32bit的无符号整数，是一台路由器的唯一标识，在整个自治系统内唯一首先，路由器选取它所有的loopback接口上数值最高的IP地址如果路由器没有配置IP地址的loopback接口，那么路由器将选取它所有的物理接口上数值最高的IP地址用作路由器ID的接口不一定非要运行OSPF协议17指定的路由器

(designatedrouter)

多点接入的局域网采用了指定的路由器的方法，使广播的信息量大大减少。指定的路由器代表该局域网上所有的链路向连接到该网络上的各路由器发送状态信息。181920OSPF的基本操作问候问候数据库描述数据库描述数据库描述数据库描述链路状态请求链路状态更新链路状态确认确定可达性达到数据库的同步新情况下的同步21OSPF使用的是可靠的洪泛法t更新报文ACK报文RRRRt1t2t3t422OSPF的其他特点每两个相邻路由器每隔10s交换1次问候分组。若由40s未收到某个相邻路由器发来的问候分组，则可认为该相邻路由器是不可达，应修改链路状态数据库，并重新计算路由表。OSPF还规定每隔一段时间，如30分钟，要刷新一次数据库中的链路状态。由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。OSPF没有“坏消息传播得慢”的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于100ms。23OSPF协议OSPF配置如下：1、创建loopback接口，定义ROUTEIDrouterA(config)#interfaceloopback10routerA(config)#ipaddress192.168.100.1255.255.255.02、开启OSPF进程routerA(config)#routerospf1010代表进程编号，只具有本地意义3、申请直连网段routerA(config-router)#network10.1.1.00.0.0.255area0

注意反掩码和区域号24查看OSPF配置信息验证OSPF的配置Router#showipospf显示路由表的信息Router#showiproute清除IP路由表的信息Router#cleariproute在控制台显示OSPF的工作状态Router#debugipospf256.7虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT

6.7.1虚拟专用网VPN本地地址——仅在机构内部使用的IP地址，可以由本机构自行分配，而不需要向因特网的管理机构申请。全球地址——全球惟一的IP地址，必须向因特网的管理机构申请。

26X10.1.0.1用隧道技术实现虚拟专用网部门A因特网部门BR1R2隧道125.1.2.3194.4.5.6Y10.2.0.3使用隧道技术本地地址本地地址全球地址27X10.1.0.1用隧道技术实现虚拟专用网部门A因特网部门BR1R2隧道125.1.2.3194.4.5.6Y10.2.0.3使用隧道技术加密的从

X

到

Y

的内部数据报外部数据报的数据部分源地址：125.1.2.3目的地址：194.4.5.6数据报首部部门A部门BXYR1R2125.1.2.3194.4.5.610.1.0.110.2.0.3虚拟专用网VPN286.8综合应用举例——中小规模局域网组建

知识点回顾：①第4章局域网的主要技术：拓朴结构、传输介质、介质访问控制方式以及相关标准和协议等。

深入调查，了解需求组网的主要技术环节：②第6章网络互连：路由协议、IP地址、接入Internet等。

综合分析，确定性能

网络选型，设计拓朴

接入Internet

安装、配置、调试

划分子网，分配IP地址296.8.1背景——现状及未来某单位有三栋建筑：1号楼、2号楼、3号楼，每栋楼直线相距50米。现有电脑50台，未来3~5年增加到100台左右。1号楼:3层办公楼20台电脑2号楼:5层研发部(3楼）、供销部等部门3号楼:5层生产车间10台电脑现有20台电脑未来3~5年增加到70左右306.8.2需求分析及带宽估算共享软、硬件资源。在局域网内实现实时音频、视频服务，研发部内部能够互相传输CAD图片。每间办公室、每个车间都有一个信息点。实现Internet的接入和网上信息发布。1.总体需求2.带宽估算比较精确的带宽可以采取由点带宽到分支带宽，再到主干带宽的推算方法，这里采用一个简单的粗略估算方法：假设所有用户同时并发，每个视频流需要占用带宽200Kbps，则主干带宽为：当前需求：200Kbps×50≈10Mbps未来需求：200Kbps×100≈20Mbps316.8.3网络选型可选择的组网技术有：Ethernet、TokenRing、TokenBus、ATM等。首选方案：以太网技术。TokenRing、TokenBus技术近年已经逐渐退出市场，很少采用。ATM技术以交换速度快、服务质量好而著称，但技术复杂、价格昂贵，在局域网中的应用不多。Ethernet技术经过多年的发展，已经在传统的10M以太网的基础上开发出100M、1G、10G以太网，技术较成熟，价格适中，在局域网中应用广泛。网络选型的原则：技术成熟、性能满足需求并适当留有余地（通常冗余30~50%）、价格