互联网及其应用2-2-广域和路由原理.ppt

第一部分网络协议 七 广域网技术和路由 局域网的限制 局域网的限制数量 共享距离 竞争 广域网的机制 克服方法包交换 交换机和路由器存贮转发Storeforward 包交换 包交换和介质共享包交换的结构包交换机接口和实现包交换机间的互联各种点到点通信方式 广域网构成 Next hop转发 IP头部格式 版本 ipv4IHL IP头部长度32位组为单位IP头部最长60字节 最小20字节总长度 包括头部和用户数据 IP分组最长65535字节 但是实践中很少会超过1500字节 常限制为576字节标识 DF MF 分段偏移 IP分段与重组TTL 初始为64 在每个路由器处减1 为0时丢弃协议 高层协议 TCP 6 UDP 17 头部检验和 采用1的反码运算把16位字相加源地址 目的地址 IP选项 填充以保证32比特边界用户数据 开始位置由IHL字段决定 IP格式 广域网地址 明确的格式目的地址 在转发时 IP分组的源和目的地址不改变 只是MAC地址改变层次地址方案hierarchicaladdresscheme IP地址分类 IP地址范围 IP地址 IP地址类 两层的层次结构 networknumber hostid一个IP地址标识主机的一个接口 而不是一个主机一个主机可能有两个或多个地址两层 三层层次结构 子网 IP地址 子网 subnetting 多个物理网络 子网 共享一个IP网络地址空间 常常为B类 IP地址主机部分的一些比特作为子网号只有本地路由器知道子网的存在本地路由器通过子网掩码来截取子网号三层层次结构 网络号 子网ID 主机ID IP地址 子网掩码 标识哪些地址属于网络部分 哪些地址属于主机部分 主机部分对应的比特为0 其它为1传统上子网掩码不会在0后再跟一个1 即子网ID是连续的A类地址 255 0 0 0 B类地址255 255 0 0 C类地址255 255 255 0 IP地址 子网地址限制 一个子网地址不能取全0或者全1不允许采用1比特子网掩码10001100 10110011 11011100 11001000140 179 220 200IP地址11111111 11111111 11100000 00000000255 255 224 000子网掩码 10001100 10110011 11000000 00000000140 179 192 000子网地址10001100 10110011 11011111 11111111140 179 223 255广播地址 IP地址 子网 如果子网掩码为n比特 则子网的个数为2n 2如果主机部分为n比特 则子网中的主机数为2n 2对于上面的例子 140 179 0 0采用3比特作为子网ID 则总共有6个子网 每个子网最多有2 13 2 8190个节点 总个B类子网有49140个节点 而如果不划分子网 则最多有2 16 2 65534个节点 IP地址 超网supernetting CIDR ClasslessInterDomainRouting RFC1519问题 C类网络很多200万个 路由表爆炸C类地址太小 而B类地址太大 并且很少 16382 抛弃类的边界 即超网 1992年提出ISP分配地址时给用户一组连续 2n C类地址 子网掩码被扩展为允许描述多个网络组成的一个大的网络 IP地址 超网 假设用户需要1000个IP地址 则分配4个C类 192 60 128 0 11000000 00111100 10000000 00000000 ClassCsubnetaddress192 60 129 0 11000000 00111100 10000001 00000000 ClassCsubnetaddress192 60 130 0 11000000 00111100 10000010 00000000 ClassCsubnetaddress192 60 131 0 11000000 00111100 10000011 00000000 ClassCsubnetaddress 192 60 128 0 11000000 00111100 10000000 00000000 SupernettedSubnetaddress255 255 252 0 11111111 11111111 11111100 00000000 SubnetMask192 60 131 255 11000000 00111100 10000011 11111111 Broadcastaddress四个C类地址可以用 192 60 128 0 netmask255 255 252 0来标识 IP地址和物理地址的转化 已知IP地址ARP已知MAC地址RARP IP地址映射 ARP 直接递交 必须把IP地址映射为硬件地址直接映射 proNet 192 12 69 x 其中x为主机的proNet地址静态地址表映射映射表手工维护 很少改变X 25使用一个IP地址到 电话号码 的映射表动态映射 ARP通过询问网络中的主机来维护一个动态映射表 IP地址映射 ARP ARP IP地址 MAC地址用于以太网等广播网络中解析地址如果不知道IP地址对应的MAC地址 发送ARP请求 暂时保留IP分组在缓冲区ARP请求采用广播发送 SenderIP MACaddress TargetIP MACaddress所有站点收到ARP请求 更新相应的cacheTargetIP站点响应ARP请求 源和目的字段相掉 并且填写源MAC地址缓冲ARP响应 在20分钟后清除arp a显示ARP表 IP地址映射 RARP RARP MAC IP地址无盘工作站获得自己的IP地址 MAC地址是唯一不变的主机广播RARP请求RARP服务器返回该MAC对应的IP地址 IP地址映射 ProxyARP 代理ARP 通过ARP在两个物理网络中用同一IP网络路由器连接另一个网络 对第一个网络透明第一个网络中的主机认为总个网络中只有一个物理网络 采用更短的子网掩码路由器将响应第一个网络到第二个网络主机的ARP请求 回以路由器的MAC地址 IP地址映射 ProxyARP 第一个网络中的ARP请求会增加主机必须保留更多的IP到MAC地址映射安全漏洞 spoofing对网络拓扑有要求 比如两个物理网络间有两个路由器连接 路由概念 源地址独立性概念 不依赖源地址和路径优点 紧凑 机制一致层次地址和路由关系路由表和路由概念层次地址优点 索引表规模缺省路由使用 路由和图论 内部 interior 和外部交换机 exterior 路由表的数据完整优化图论的应用 nodelink 路由表的生成和计算 defaultroute大型网络路由表人工配置的不可能性静态路由staticrouting动态路由dynamicrouting 最短路径计算 Dijkstra算法最短路径和权值 最短路径计算算法 给定 指定源点和边赋权的图计算 从源点到其它各节点的最短距离和下一站路由表方法 初始化集合S为除源点外的多有节点初始化数组D if源点到v有边 D v 为权值 orD v 无穷大值初始化数组R if源点到v有边 R v 为源点 or为0 While S非空 从S中选一节点 使D u 最小 If D u 无穷大 error break DeleteufromS 对u v是边的节点v If v在S中 c D u weigh u v if c D v R v R u D v c 分布式路由计算 各自计算相邻发送故障间断路由更新矢量距离路由 VD 链路状态路由 SPF 矢量距离路由vector distance目标 到目标距离值对 给定 本地路由表 临机变权 输入的路由信息计算 更新路由表方法 设置路由表中每项的距离初始化 目的地就是本报交换机的项 其下一站值不用 距离为0 While 等待临机路由信息 置发送者为交换机N 对信息中每一项 v 目的 D 距离 c D 信息到来的该边的权值 检查并更新路由表 If 无路由到v 加入目的为v 下一站为N 距离为C的项 elseif 已经存在下一站为N的路由 用C替代表中的距离值 elseif 存在距离大于C的路由 更新 下一站为N 距离为C SPF 链路状态路由交换信息仅仅含路径状态信息各自计算 同SP 同时计算 和VD区别 IP转发 三种路由方式 直接路由 目的节点在同一个子网中间接路由 目的节点不在同一个子网 必须经过中继路由器缺省路由 目的节点不在路由表中时 IP转发 getdestinationIPaddressDifnetwork D