第六章网络互连课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/4/2,#,2024/11/18,1,6.1,节 互连网的概念,一、互连网络,Internet,1.,什么叫,“,互连网络（,internet network,）,”,？,是指由许多种类不同的计算机网络互连而成；,其特点：, 在物理上已连接在一起，并可进行通信,;,在逻辑上已经组成了一个大型的计算机网络,.,2. Internet,因特网,是指特定计算机网络，采用,TCP/IP,协议，且其前身是美国的,ARPANET,。,2023/9/1816.1节 互连网的概念,2024/11/18,2,二、互连网络需解决的问题,：,互连是针对不同的类型网络互连，因而有许多问题需要解决，主要有：,1.,不同的寻址方案,2.,不同的最大分组长度,3.,不同的网络接入机制,4.,不同的超时控制,5.,不差错恢复方法,6.,不同路由选择技术,7.,不同服务（面向连服务和无连接服务）等。,2023/9/182二、互连网络需解决的问题：,2024/11/18,3,三、互连网络中间设备,用于网络之间互连的中继设备，称为网络互连设备,物理层，中继器（转发器）,Repeater,Data link,，,网桥（桥接口）,bridge,网络层，路由器（,Router,）,网桥,+,路由器，桥路由（,brouter),在网络层以上的网关（,gate way,）,半网关（,half-gateway,）：网关结构被分成两部分，中间通过一条通信链路连接，每个半网关由一个网络服务提供者拥有和维护。,网络,扩充,网络,互连,2023/9/183三、互连网络中间设备网络网络,2024/11/18,4,用于,1,2,这二层的并不称之为网络互连，仅仅是把一个网络扩大的，而这仍然是一个网络。,一般讨论的互连网：是指用路由器进行互连网络。,注意：有许多有关,TCP/IP,的文献将网络层使用的路由器称为网关。,2023/9/184用于1,2这二层的并不称之为网络互连，仅,2024/11/18,5,四、,Internet,的标准化方法,由于参加互连的计算机网络都使用相同网际协议,IP,，因此，可将互连后的网络看成为一个虚拟网络，或称,IP,网。因为在进行通信时，就像在一个网络上通信一样，看不见网络的各个细节。,2023/9/185四、Internet的标准化方法,2024/11/18,6,五、互连方式,面向连接的虚电路方式,从源端到目的端的虚电路是由一系列的虚电路连接起来的。,每个路由器负责转发输入分组，并按要求转换分组格式和虚电路号，,无连接的数据报方式,每个网络层分组不是按顺序沿着同一条路径发送，它们被分别进行处理，经过多个路由器和子网后到达目的端。,分组动态选择路由，按不同路径到达目的地。,2023/9/186五、互连方式 面向连接的虚电路方式,2024/11/18,7,数据报方式关键技术,：,1,）,寻址,全局互连的网络地址,2,）,路由,端系统和路由器维护路由表：,目的网络，下一路由器,3,）,分组生命期,：防止分组占用带宽 站点计数,时间戳,4,）,差错控制和流量控制,允许路由器和接收端限制它们接收数据的速率。,5,）,分段和重组,透明分段法,：某个数据报分出的若干个数据报经过一个路由器重组，分段对于后面的网络完全透明。,不透明分段法,：中间路由器不重组数据报分段，由接收端主机负责重组该数据报。,2023/9/187数据报方式关键技术：,2024/11/18,8,两种互连方式的优缺点,面自连接,优点：缓冲区可以预约，按序，使用较短的分组，,缺点：需要维护一 张表存储打开连接的信息,路由固定，无法绕过故障区域,子网为不可靠数据报方式时，实现困难,无连接,特点：更有可能造成拥塞，但也更能适应拥塞,路由器崩溃时的健壮性，需更长的分组头部,可以进行动态路由选择。,2023/9/188两种互连方式的优缺点,2024/11/18,9,6.2,节 网络互连协议,IP,6.2.1,网际互连协议,IP,IP,协议是,TCP/IP,体系中二个中最主要的协议之一，与,IP,协议配套使用的还有三个协议：,地址解析协议,ARP,(Address Resolution Protocol),逆地址解析协议,RARP,. (Reverse Address Resolution Protocol),Internet,控制报文协议,ICMP,.(Internet Control Message Protocol),2023/9/1896.2节 网络互连协议IP,2024/11/18,10,它们的关系如下：,物理硬件,与各种网络的接口,RARP ARP,ICMP,TCP,UDP,各种应用协议,Data link,物理层不是,TCP/IP,的一部分,TCP/IP,TELNET,FTP,SMTP,1,物理层,2 Data link,3,网络层,（,Internet,层）,4,运输层,应用层,OSI,2023/9/1810它们的关系如下：物理硬件与各种网络的接,2024/11/18,11,一、,IP,提供的服务,无连接、不可靠的网络服务,IP,层只对,20,字节的,IP,头（含源、目的地址）进行计算并检查校验和若头有差错，则丢弃。,IP,层负责,处理路由选择和分组分段,端到端,IP,层交换的协议单元,IP,数据报,IP,数据报可以分段为,n,个较小的,IP,分组,分段,分段时，将源地址，目的地址复制到每个,IP,分组,端系统重组,IP,数据报，若某个分段丢失，则整个数据都被丢弃。,提供初步的流量控制,若太快发送一个,ICMP,源抑制报文给发送端，由发送端传输层协议降低数据报发送速度。,2023/9/1811一、IP提供的服务,2024/11/18,12,二、,IP,地址及其转换,在,TCP/IP,体系中，,IP,地址是一个最重要的概念。,什么叫,IP,地址,?,例：我们实验室的,IP,：,211.114.2.4,（,C,类）,华工校园网的,IP,：,202.114.0.245,教育网（武汉）：,202.112.1.81,计算机系网关：,211.69.206.254,等等，都是每一个单位的网络的,IP,地址。,2023/9/1812二、IP地址及其转换,2024/11/18,13,所谓,IP,地址：,就是给每一个连接在,Internet,上的主机分配一个在全世界范围是唯一的,32bit,地址。,1. IP,地址的分类,Internet,的,IP,地址分成,5,类,A,、,B,、,C,、,D,、,E,类，其中，,A,、,B,、,C,为常用类，都由二个字符组成。,A,类,0,netid,host id,网络号字符,1,字节,主机号字符,3,字节,（,host id,）,网络号,1126,2023/9/1813所谓IP地址：0netidhost,2024/11/18,14,10,Net-id,host id,2,字节,2,字节,B,类,110,Net-id,host id,3,字节,1,字节,C,类,128.1191.254,网号,192.0.1223.255.254,（网号范围）,1110,组播地址,D,类,是广播地址，留,Internet,的,IAB,使用,E,类,11110,保留,现在仅能申请到的,B,、,C,类,2023/9/181410Net-idhost id 2字,2024/11/18,15,实际上只是获得一个网络号,net,id,，各主机号,host,id,，则由单位自行分配。,2.IP,地址的表示方法：,方法：,采用点分十进制记法（,dotted decimal notation,）即将,32bit,的,IP,地址中的每,8,位用等效的十进制表示，并每,8,位之间加上一个点。,例：,10000001 00001011 00000011 00011111,129 11 3 31,IP=129.11.3.31,2023/9/1815 实际上只是获得一个网络号,2024/11/18,16,三、,IP,地址与物理地址,以下图说明,首部,应用层数据,TCP,报文,首部,数据,IP,数据报,首部,尾部,MAC,帧,IP,地址,硬件地址,网络层及以上,使用,IP,地址,Data link,及以下,使用硬件地址,2023/9/1816三、IP地址与物理地址以下图说明首部应,2024/11/18,17,说明,：,（,1,）,IP,地址放在,IP,数据报的首部（在网络层以上使用）。,（,2,）硬件地址放在,MAC,帧的首部（在链路层以下使用）。,2023/9/1817说明：,2024/11/18,18,传递过程：,1.,在,IP,互连网上我们看到的只是,IP,数据报；,2.,在具体的物理网络的链路层，我们看到的只是,MAC,帧。,HA,1,IP,1,HA,HA,2,IP,3,HA,3,IP,4,HA,6,IP,6,IP,1,IP,6,IP,1,IP,6,IP,1,IP,6,HB,MAC,帧,MAC,帧,MAC,帧,2023/9/1818传递过程：HA1IP1HA HA2IP,2024/11/18,19,细心的会发现，还有二个重要问题还没有解决：,1.,如何知道某一个主机或路由器的硬件地址,2.IP,数据报如何找到下一站路由器,.,四、子网的划分与子网掩码,例如：,IP,地址中的,A,至,C,类地址，可供分配的网络号超过,2.1,万个；,第一，设计者没有预示到,PC,会普及的如此之快，网上的主机数目的急剧增长。,第二，,IP,地址在使用时有很大的浪费。,例：某单位申请到,B,类地址，,B,类可容纳,6.5,万个，该单位有,1,万台主机，其余：,5.5,万个,IP,地址浪费。,2023/9/1819细心的会发现，还有二个重要问题还没有解,2024/11/18,20,1.,子网的建立,R,子网,1,子网,2,（,Subnet,）,说明,：,（,1,）用路由器连接单位的子网，其优点：, 出现故障时容易隔离和管理, 不引起广播风暴,（,2,）建立子网，,R,通过子网号（字符）来管理和识别；,2023/9/18201.子网的建立R子网1子网2（Subn,2024/11/18,21,2.,子网掩码,（,Subnet mask,）,TCP/IP,体系规定用一个,32bit,的子网掩码来表示网号字符的长度。,具体的做法是：,网掩码由一连串的,“,1,”,和,“,0,”,组成。,2023/9/18212.子网掩码（Subnet mask）,2024/11/18,22,2,10,netid,hostid,2,本地分配,B,类地址,6,位,10bit,10,netid,hostid,subnetid,子网号,主机号,增加子网号,子网掩码,0000000000,111111,11111111,11111111,8,个,8,个,6,个,10,个,255.255.252.0,2023/9/1822210netidhostid2本地,2024/11/18,23,说明,:, Subnet,id,（子网号）,6,位：可表示子网号,62,个；（全,“,1,”,，,“,0,”,不用）, 主机号（,host,id,）,10,位：可表示,1022,个主机（全,“,1,”,，全,“,0,”,不用）, 子网可使用的,IP,地址：,第一子网：从,130.50.4.1,开始,130.50.4.254,；,第二子网：从,130.50.8.1,开始。,2023/9/1823说明:,2024/11/18,24,第一子网号：,第二子网号：,0 0 0 0 0 1,0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,6,个,8Bit,8Bit,0 0 0 0 0 1,1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,6,个,8Bit,8Bit,0 0 0 0 1 0,0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,6,个,8Bit,8Bit,0 0 0 0 1 0,1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,6,个,8Bit,8Bit,2023/9/1824第一子网号：第二子网号：0 0 0 0,2024/11/18,25,注意：,1.,多划分出一个子网号字符要付出代价，可表示的主机号，比不划分时要少了一些。,例：对于一个,16bit,的,Host,id,，,B,类,IP,不划分时：可表示的主机号：,65534,个,划分,6bit,的子网号后：,（,6,位） 子网号：,62,个 （去掉全,1,，,0,）,（,10,位） 子网中的主机号：,1022,个（去掉,1,，,0,）,总的主机号：,621022=63364,个,少了：,65534-63364=2170,个,2.,若一个单位不进行子网划分，则其子网掩码为默认值。子网掩码中,“,1,”,的长度就是网络号的长度：,2023/9/1825注意：,2024/11/18,26,3,当采用子网掩码时，从,IP,地址还不容易看出子网号和主机号。,例：,IP,地址为,: 140.252.20.68 B,类,A,类,B,类,111,00000,111,000,8bit,24bit,16bit,16bit,C,类,子网掩码,255.0.0.0,默认值,子网掩码,255.255.0.0,默认值,子网掩码,255.255.255.0,默认值,2023/9/18263 当采用子网掩码时，从IP地址还不容,2024/11/18,27,4.,特殊,IP,地址,全,0,的网络号码 表示本网络,全,1,的网络号码 表示子网掩码,全,0,的主机号码 该,IP,地址就是网络的地址,全,1,的主机号码 表示广播地址，即对该网络上所有的主机进行广播,全,0,的主机号码,0.0.0.0,本机,网络号码为,127.X.X.X,用作本地软件回送测试,全,1,地址,255.255.255.255,向我们网络上的所有主机广播,2023/9/18274. 特殊IP地址,2024/11/18,28,5.,地址扩展,IPV6 128,位, - IPV4,（,32,位地址）,冒分十六进制表示法 ：,105.220.136.100.255.255.255.255.0.0.18.128.140.10.255.255,(8,个,),表示为：,69DC,：,8864,：,FFFF,：,FFFF,：,0,：,1280,：,8C0A,：,FFFF,零压缩：（用两个冒号代替连续的零）,例：,FF0C,：,0,：,0,：,0,：,0,：,0,：,0,：,B1,写为：,FF0C,：,B1,2023/9/18285. 地址扩展,2024/11/18,29,五、地址的转换,为什么,要进行地址转换？,上面的,IP,地址是不能直接用来进行通信的，这是因为：,IP,地址只是主机在网络层中的地址,作为用户不愿意使用难记的主机号,2023/9/1829五、地址的转换,2024/11/18,30,1,TCP/IP,体系中的转换机制,.,在较小网络，用,host,文件进行转换,主机名,IP,地址,Hosts,文件转换的方式, 较大网络中，通过域名系统,DNS,服务器进行转换,.DNS,：,Domain Name System,原主机的名字解析,操作,resolve,DNS,域名服务器,IP,地址转换映射表,2023/9/18301 TCP/IP体系中的转换机制.,2024/11/18,31,例：主机,A,主机,B,的 通信,步骤,：,（,1,）通过,DNS,域名系统，查找主机,B,的,IP,地址,B,：,IP=209.0.0.6,（,2,）通过解析协议,ARP,，完成从,IP,到物理地址的转换：,物理地址,=08002B00EE0A,2023/9/1831例：主机A主机B的 通信,2024/11/18,32,转换过程,DNS,ARP,结果：,(,网址）目的主机名,202.114.0.245,（,IP,）,IP,地址,（,48=32bit,）,04002A00E037 (,物理地址）,（,48bit,）,2023/9/1832转换过程DNSARP结果：,2024/11/18,33,2.,说明：, 由于,IP,地址为,32bit,，而物理地址是,48bit,，因此，它们之间的转换不是一个简单的转换；, 在一个网络上可能经常会有新的用户加入（计算机）或撤走（老的），更换网卡也会使其物理地址改变，那么，由谁动态更新,IP,地址物理地址的转换表,由,ARP,地址解析协议解决这一问题,。,即：,ARP,完成地址转换表的更新。,3.ARP,中的地址转换表更新：,问题：,设主机,B,才入网，主机,A,中的,ARP,有,B,的,IP,，无,B,的物理地址。,2023/9/18332.说明：,2024/11/18,34,A,发布,ARP,请求（有请求的,IP),A,C,B,B,收到,ARP,请,求分组发现有,自己的,IP,地址,A,收到,B,的,响应分组，将,其,IP,写入,Cache,B,发送一个,ARP,响应分组,写入：,IP,08002B00EE0A,如果主机,B,地址更新，或者说查不到主机,B,。,情况：主机,B,才入网,也可能主机,A,刚加电，缓冲区为空等。,地址如何更新,?,IP,物理地址,202.114.0.225,08002B00EE0A,. ,IP,地址映射表,2023/9/1834A发布ARP请求（有请求的IP)A,2024/11/18,35,首部,+,数据,固定,（,20,）,可变,最大,60,字节,六、,IP,数据报的格式,格式由二部分组成：,2023/9/1835首部 + 数据固定（20）,2024/11/18,36,版本,首部长度,服务类型,总长度（,16,）,标识,标志,段偏移,寿命（,8,）,协议（,8,位）,首部检验和,原站,IP,（,32,位）,目的站,IP(32,位）,长度可变字符,数据,4,位，指,IP,协议版号（,IP4,版）,4,位，表示首部长度最大,15,个单位，,首部字节数：,154,字节,=60,字节,总长度,=,首部,+,数据,=65535,字节（最大）,寿命，,8bit,，表示,该,IP,数据报的网络,发稿的生存时间建议,值：,32,秒 最大：,255,秒,协议：,8,位，指运,输层数据是使用的,何种协议,固定,可变,首部,格式如下：,0,31,13bits,2023/9/1836版本首部长度服务类型总长度（16）标识,2024/11/18,37,例：有,4,个,A,类网络通过,3,个路由器连接的一起， 每一个网络上都可能有很多的主机。,如果：,按这些主机的完整,IP,地址来制作路由表，则这样的路由表过于复杂；但按主机所在的网络号,net-id,来制作路由表，每一个路由器中的路由表非常简单，只有包含,4,个要查找的网络。,2023/9/1837例：有4个A类网络通过3个路由器连接的,2024/11/18,38,目的主机,下一站,R,20.0.0.0,直接,30.0.0.0,直接,10.0.0.0,20.0.0.7,40.0.0.0,30.0.0.1,N,1,10.0.0.0,N,2,20.0.0.0,N,3,30.0.0.0,N,4,40.0.0.0,R,1,R,2,R,3,10.0.0.4,20.0.0.7,20.0.0.9,30.0.0.2,30.0.0.1,40.0.0.4,R,2,路由表,为什么是,20.0.07,不是,20.0.0.9,因为要交付下一路由器的端口，其,IP,地址为,20.0.0.7,2023/9/1838目的主机下一站R20.0.0.0直接3,2024/11/18,39,6.2.2,公用数据网互连协议,x.75,1,面向连接的虚电路互连方式,两个,DTE,之间的虚电路是由若干个网内虚电路和网间按,x.75,操作的半网关（路由器）至半网关之间的虚电路串连而成的。,例：,P.235,图,6.8,G1,，,G2,，,G3,，,G4,：半网关,VC1,，,VC3,，,VC5,：网内虚电路,VC2,，,VC4,为网间虚电路,网内协议：允许使用数据报，分组走的路可以不同。但所有数据分组都要准确地按同样的顺序通过每一个网关。,虚电路号为,12,位，有,4096,条虚电路。,2,x.25,和,x.75,呼叫请求分组格式,p.236,3,过程：,建立连接（呼叫请求）传输数据，拆除连接。,2023/9/18396.2.2 公用数据网互连协议x.7,2024/11/18,40,6.3,网桥技术,bridge,：帧的转发,LAN,的扩展（网桥实现,MAC,子层的连接）,例：从,IEEE802.x,到,IEEE802.y,的网桥。,P.238,图,6.10,1.,特点, 把,MAC,帧不作任何改变转发给目的,LAN,。,MAC,可能是：数据帧；控制帧；目的地为桥的帧（桥协议数据单元）, 桥要有足够的,buffer,，防止拥塞。, 桥可能连接多个局域网，应具有寻址功能，动态路由功能。, 网桥过滤和转发 过滤：同一网络中不转发；,转发：根据路由表选择合适的端口。,2023/9/18406.3 网桥技术 bridge：帧的,2024/11/18,41,2,网桥面临的问题,a,不同的帧格式：格式重排，重新计算校验和,b,不同的数据速率,c,不同的超时时间：与不同的速率相关,d,不同的最大帧长度,网桥连接多个局域网,路由选择：,透明网桥；,源路由网桥,2023/9/18412网桥面临的问题,2024/11/18,42,6.3.1,透明网桥,利用了网桥的拓朴结构，未最佳利用带宽,生成树是拓朴结构中的一个子集。,1,对用户具有透明性,2,生成树算法,每个桥维护一个基于,MAC,地址的过滤数据库。,包括：,收到一个帧，查过滤数据库，决定向哪一端口号转发。若未找到该,MAC,地址项，则将帧往除了它所到来的端口外所有端口发送,扩散。,逆向学习法建过滤数据库：用到达的每一个,MAC,帧的源地址端口号建过滤数据库。,目的地,端口号,超时,2023/9/18426.3.1 透明网桥目的地端口号超时,2024/11/18,43,桥回路：,桥已知,B,点位置：,B,在,LAN Y,A,发往,B,的帧,转发该帧，到达,，,在,Y,端口收到,A,到,B,的帧，更新；,转发该帧，到达,，,在,Y,端口收到,A,到,B,的帧，更新，,A,在,LAN Y,边,A,和,B,在同一边 出错,桥不知,B,点位置时，无限,COPY,，无限重传。,桥,桥,站点,A,站点,B,LAN Y,LAN X,2023/9/1843桥回路：桥桥站点A站点BLAN Y,2024/11/18,44,生成树算法：,利用图论的基本结构：对于那些由许多节点及连接点的边组成的连接图，存在一棵生成，它保证了图的连通性，同时又没有一个闭合环。,LAN,对应一个图的节点，连任意两个,LAN,的网桥对应一条边。,动态生成一棵生成树（拓朴结构改变时，重新生成新的树。,方法： 例：,p.243,图,6.11,选取根桥：每个网桥都广播它的标识，标识最低的网桥被选为生成树的根。,决定所有其他桥的根端口，每个桥有一条到根桥的具有最少花费的路径。,决定每个,LAN,的选取端口，每个,LAN,中有一个到根桥最少路径花费的桥,选取桥，选取桥用来把桥连接到该,LAN,上的端口称为选取端口。,每个,LAN,中的选取桥允许转发帧，其他桥中所有端口置为阻塞状态，不允许转发帧。,2023/9/1844生成树算法：,2024/11/18,45,6.3.2,源路由网桥,1,基本思想：由源站点自己选择路由，并把信息以所要经过的路由上的,LAN,和桥标识序列的形式放在要传输的帧中。,特点：桥不需维护路由表，仅根据帧中包含的路由信息来决定是否转发该帧。,2,最佳路径获得的方法,手工：把信息手工加载进每个站点。,网内相邻站点查询获得远程站点路由信息。,2023/9/18456.3.2 源路由网桥,2024/11/18,46,动态路由发现,源,-,全路由请求帧,-,目的,-,每一路由一个非广播响应,源,-,单一路由请求帧,-,目的,-,全路由响应帧,-,源选择,四种路由指示类型：,1,）空，源和目的站点在同一,LAN,上，桥不转发该帧。,2,）非广播：帧的,LAN,编号和桥编号序列定义从源到目的一条唯一路由。,3,）全路由广播：每个桥将帧向远离源节点方向的每个端口转发。,4,）单一路由广播：以源节点作为根的生成树上的网桥进行转发。,2023/9/1846动态路由发现,2024/11/18,47,3,透明网桥和源路由网桥的比较,特点,透明网桥,源路由网桥,面向,无连接,连接,透明性,完全透明,不透明,配置,自动的,手工的,路由,非最优,优化,定位,逆向学习,通过发现帧,故障处理,由网桥处理,由主机处理,复杂性,在网桥中,在主机中,2023/9/18473透明网桥和源路由网桥的比较特点透明,2024/11/18,48,6.3.3,源路由透明网桥,使用,MAC,源地址字段的某一位，路由信息指示（,RII,）位。,RII=1,帧按源路由逻辑处理，,RII=0,按透明桥逻辑处理,6.3.4,远程网桥,用来连接两个或多个相距较远的局域网,半桥,半桥,通信服务（点到点链路,HDLC,或分组交换网,X.25,）,封装,去掉通信用的字段、恢复,LAN,LAN,2023/9/18486.3.3 源路由透明网桥半桥半桥通,2024/11/18,49,6.4,路由器和路由协议,6.4.1,自治系统,问题：,由于,Internet,的规模非常大，如果让所有的路由,器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，,处理起来也太花时间。,解决：,为了便于进行路由选择，,Internet,将整个,Internet,划分为许多较小的单位，也就是自治系统,AS,（,Autonomous System,）。,2023/9/1849 6.4 路由器和路由协议,2024/11/18,50,网,1.1,网,1.2,网,1.3,网,1.4,R,1,R,4,R,2,R,3,AS,2,AS,1,AS,2,2023/9/1850网1.1网1.2网1.3网1.4R1R,2024/11/18,51,AS,的特点：,1.,一个,AS,就是一个互连网络，有权自主地决定本系统内应采用何种路由选择协议；,2.,一个,AS,内的所有网络属于一个行政单位来管辖。（如，一个公司，一所大学）,AS,内部使用,.,Internet,的二类路由选择协议：,（,1,）内部网关协议,IGP,（,Interior Gateway Protocol,）,即一个,AS,内部使用的路由选择协议，而这与的互连网的其他,AS,选用什么路由选择协议关系，如：,RIP,，,HELLO,和,OSP,协议。,（,2,）外部网关协议,EGP,（,External Gateway Protocol,）,即将数据报从一个,AS,传送到另一个,AS,中所使用的协议。（如：目前使用最多的是,BGP,）,2023/9/1851AS的特点：,2024/11/18,52,6.4.2,、内部网关协议,IGP,1.,路由信息协议,RIPRFC1058,RIP,是一个基于距离向量的分布式路由选择协议。,（,1,）,RIP,工作原理：,路由表,最短距离,=,最少路由器数,定义：,“距离”为到目的网络所经过的路由器数。,目的地,下一节点,距离,计时器,2023/9/18526.4.2、内部网关协议IGP目的地下,2024/11/18,53,规定：,“,距离,”,也称为,“,跳数,”,（,hop count,），,每经过一个路由器，跳数就加,1,；,RIP,认为一个好的路由器就是它通过的路由器的数目少，也就是,“,距离短,”,；,RIP,允许一个通路最多只能包含,15,个路由器,.,即：距离,16 =16,时不可达,可见，,RIP,只适用小型互连网。,2023/9/1853规定：,2024/11/18,54,Net,0,Net 1,10.0.0.0,R,1,R,2,R,3,R,4,Net 2,20.0.0.0,Net 3,30.0.0.0,10.0.0.4,20.0.0.7,20.0.0.9,30.0.0.2,y,x,y,的距离为,N,互连网中的每个路由器每隔,30,秒向相邻路由器广播自己的路由表，所谓相邻路由器就是连接的同一个网络上的二个路由器，（例：,R,1,，,R,2,是相邻，,R,1,与,R,3,不是）。,路由表信息：到某一网络距离；以及应经过的下一站；,路由表更新原则：到各目的网络距离最短；,2023/9/1854Net0Net 1R1R2R3R4Ne,2024/11/18,55,更新依据：,例：,x,：我到目的网络,y,的网络的距离为,N,；,k,：若将下一站路由器选为,x,，则我到网络,y,的距离为,N+1,；,处理步骤：,1.,若原路由表没有到网络,y,的项目，则增加到网络,y,的项目；,2.,若原路由表已有到网络,y,的项目，到目的网络,y,经过路由器,z,距离为,M,，,NM,则进行更新，否则不。,3.,更新后的下一站路由器应为,x,；,2023/9/1855更新依据：,2024/11/18,56,4.,经过一段时间后，更新过程就收敛到所有的路由器能建立起自己路由表；,5.,若要分解还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为,16,。,为了更好理解,RIP,协议的工作原理，以下图为例：,例：开始，所有路由器中的路由表只有路由器所接入的网络（共有二个网络）的情况。,2023/9/18564.经过一段时间后，更新过程就收敛到所,2024/11/18,57,目的主机网络号,下一站,距离,10,-,0,20,-,0,目的主机网络号,下一站,距离,20,-,0,30,-,0,目的主机网络号,下一站,距离,30,0,40,0,20,-,0,30,-,0,10,20.0.0.7,1,40,30.0.0.1,1,R,1,路由表,R,2,路由表,R,3,路由表,N,2,20.0.0.0,N,3,30.0.0.0,N,4,40.0.0.0,R,1,R,2,R,3,10.0.0.4,20.0.0.7,20.0.0.9,30.0.0.2,30.0.0.1,40.0.0.4,N,1,10.0.0.0,20,-,0,10,-,0,30,20.0.0.9,1,40,20.0.0.9,2,30,-,0,40,-,0,10,30.0.0.2,2,20,30.0.0.2,1,R,2,先收到,R,1,，,R,3,的路由信息,更新自己的路,由表,.,R,2,的路由表送给,R,1,，,R,1,再次更新自己,R,3,收到,R,2,的信息后，,再次更新,自己,2023/9/1857目的主机网络号下一站距离10-020-,2024/11/18,58,（,2,）无穷计数问题,距向向量路由协议，造成无穷计数问题的原因，好消息传播快，坏消息传播慢。,P.255,图,6.16,（,3,）解决无穷计数问题的方法,抑制规则,：,一旦路由器了解到某个网络不可达，就会在一段时间（抑制期）内忽略所有有关那个网络的路由信息，在抑制期内，使网络不可达状态能传播到所有其他的路由器。,水平分割,通过一个特定的网络接口发送,RIP,时，绝对不要包括通过那个网络接口学习到的路由信息。,毒性反转水平分割：交换路由信息时，从邻居那了解的路由信息的距离被置为无穷大。,防止两个路由器之间的回路。,2023/9/1858（2）无穷计数问题,2024/11/18,59,触发更新,防止三个或多个路由器之间的回路。,一旦路由器到目的网络的距离改变，马上发送一个路由更新消息，而不管是否到了定期发送路由更新消息的时候。,按力棒，快速更新,加快收敛过程。,（,4,）,RIP,消息,基于,UDP,的协议，端口号为,520,，作为,UDP,的数据段进行封装,分为两类：请求路由信息消息,路由信息消息,2023/9/1859触发更新防止三个或多个路由器之间,2024/11/18,60,IP,首部,UDP,首部,RIP,报文,UDP,数据报,IP,数据报,20,字节,8,字节,首部,路由,48=32bit,2025=50Byte,命令,版本,必为,0,地址类别,必为,0,IP,地址,距离,2023/9/1860IP首部UDP首部RIP报文UDP数据,2024/11/18,61,2.,开放最短通路优先协议,OSPF,（,1,）问题的提出,：,RIP,协议最大的优点是简单。,但：,RIP,限制了网络的规模，它能使用的最大距离为,15,，不适应当今网络的发展需要。（即,RIP,限制了网络规模,N15,）,路由器之间交换的完整路由信息开销太大。,路由更新过程的收敛时间长，即坏消息传得慢。,OSPF,（,Open Shortest Path First,）就是为克服,RIP,的这些缺点提出来的。,2023/9/18612.开放最短通路优先协议OSPF,2024/11/18,62,（,2,）,OSPF,的简介,1989,年提出,“,开放表示该协议不是变某一家厂商控制而是公开发表的，任何人不需付费；,OSPF,目前还不是,ISO,或,IEEE,的标准，但它却从,OSI,的,IS-IS,路由选择协议中吸收了许多好思想。,内部网关协议中，,OSPF,协议比较新，很受欢迎。,基本思想：,一种链路状态路由协议。每个路由器维护它自己的本地链路状态信息（即路由器到子网的链路状态和可以到达的邻居路由器），并且通过扩散的办法把更新了的本地链路状态信息广播给自治系统中每个路由器。便以每个路由器都知道自治系统内部的拓朴结构和链路状态信息，并采用相同的算法（,Dijksra,的最短路经算法）计算最短路由。,2023/9/1862（2）OSPF的简介,2024/11/18,63,（,3,）,OSFP,的特点：,动态的路由算法：拓朴或链路状态改变时，重新计算最短路由。,支持负载平衡功能：当有几条到目的最短路时，可将负载分流,允许网络管理员配置路径花费的度量，,R,根据花费计算最小花费的路由。,支持区域的概念。自治区内划分多个区域，区域内的通信只需考虑区域自身的拓朴。,支持认证服务：只有被授权的路由器才能进行路由处理,允许路由器交换通过别的方法了解到路由信息,e.g,，通过,BGP,了解其他自治系统的路由。,2023/9/1863（3）OSFP的特点：,2024/11/18,64,IP,数据报首部,OSPF,报文,OSPF,报文首部,类型,15,的,OSPF,报文,IP,数据报,只要网络拓扑发生变化，数据库很快进行更新，,5,秒更新一次，保持全网范围的一致性。依靠各路由器之间的频繁交换信息来建立链路状态数据库，全网范围内维持数据库的一致性。,不用,UDP,而是直接用,IP,数据报传送，并且数据报文短。,2023/9/1864IP数据报首部OSPF报文OSPF报文,2024/11/18,65,类,1,，,Hello,报文 发现谁是邻居,类,2,，,Database Description,报文 通知发送者有哪些更新,类,3,，,Link State Request,报文，向对方请求发送信息,类,4,，,Link State Update,报文，更新状态,类,5,，,Link State ack,确认报文,2023/9/1865类1，Hello报文 发现谁是邻居,2024/11/18,66,（,4,）区域,许多网络和主机组合在一起，再加上连接在这些网络上的路由器，称为区域。,区域内有相应的链路状态库和相应的有向图。,区域边界路由器：一个同时连接多个区域的路由器运行多个链路状态路由算法（每个算法对应一个区域）,主干区域：包括所有的区域边界路由器，其它主干路由器,OSPF,中的各种路由器。,p. 262,图,6.21,2023/9/1866（4）区域,2024/11/18,67,(5),OSPF,协议过程,定期扩散链路状态更新信息,引入选取路由器：网络中连在上面的所有路由器选举一个选取,R,作为代表，它被认为与所有邻居路由邻接，但其它邻居之间没有邻接。,原因：,N,个,R,互连，可能为,N,（,N-1,）,/2,条邻接，,R,收到路由消息时扩散，可能得到,N,2,个消息重复传递，通过选取,R,，只传递,N,个,COPY,。,主干区从边界,R,获得信息，计算主干到每个非主干区的最短路径，分发给边界,R,，再由边界,R,在其区域内广播该消息。,2023/9/1867(5)OSPF协议过程,2024/11/18,68,6.4.4,、外部网关协议,1.BGP,作用：,BGP,用来在不同自治系统的路由器之间交换路由信息，必须考虑有关的策略：如政治、安全、经济等方面考虑，进行人工配置。,例如：,我国之内的站点在互相传送数据报时不要经过国外兜圈子，如不要经过美国。,因此，这些路由选择策略包括政治、安全、或经济方面的等因素考虑。,注：这些策略都是由人工对一个路由的进行设置的，并不是,BGP,协议。,2023/9/18686.4.4、外部网关协议,2024/11/18,69,边界网关协议,BGP,：,Internet,标准外部网关路由协议,通过,TCP,连接发送,BGP,消息,2,BGP,消息类型,Open,：建立和另一个,R,的邻居关系,Update,：传输一个单一路由的消息和,/,或列出取消的多条路由。,Keepaline,：确认,Open,消息，定期维护邻居关系,Notyification,：检测到错误时发送。,3,消息格式,p.270,2023/9/1869边界网关协议BGP：,2024/11/18,70,4,过程：邻居获取，邻居可达性，网络可达性,邻居获取：,BGP router: Open,消息；,邻居应答,:keepaline,消息,邻居可达性,建立,BGP,连接的两个路由器定期互相发送,keepaline,消息，以保证,Hold,计时器不会超时。,网络可达性,每个,Router,维护一个它能到达的子网的数据库以及到达那个子网的最佳路由，数据库发生变化时，,Router,会发送一个,update,消息。,2023/9/18704过程：邻居获取，邻居可达性，网络可,2024/11/18,71,5 BGP,工作原理,以,F,为例：,到达,D,的路由,F,收到相邻路由信息,B,说：我使用,BCD,G,说：我使用,G C D,I,说：我使用,I F G CD,E,说：我使用,E F G C D;,F,收到这些信息流，找出其中最好的一个路由。,A,B,C,E,F,I,J,H,D,G,2023/9/18715 BGP工作原理以F为例：,2024/11/18,72,分析：,从,I,和,E,使用的路由显然不能用，因为要经过,F,；,只有从,B,，或,G,中选择；,选择的标准：,BGP,用一个模块检查路由，并给它们打分数。,BGP,基本上是一个距离向量协议，可解决,“,坏信息传得慢,”,这一问题。,2023/9/1872分析：,2024/11/18,73,6,BGP,特点,As-Path,字段用来保证路由信息传递不会无限制地循环下去。一个,R,收到一个,Uploate,消息，若,R,所在的自治系统标识被包括在该,Update,消息的,As-path,字段中，则这个,R,不会把,Update,信息转发给其他,R,，防止消息的循环。,BGP,向邻居说明正在使用的确切路由，而不是提供到每个可能目的地的开销，不存在距离向量算法的无穷计数问题。,2023/9/18736BGP特点,