非通工专业《现代通信网》第六章互联网2

1、2022/9/8内容6.1 Internet概述6.2 互连的原理6.3 网络层6.4 传输层6.5 应用层6.6 IPv62022/9/81、主要功能和协议网络层的主要功能是实现主机到主机间的通信：1）选路功能2）转发功能3）差错报告路由表Routing protocols路径选择RIP, OSPF, BGP传输层: TCP, UDP数链层物理层网络层ARP protocol 地址映射IP protocol地址格式数据报格式分组处理规则ICMP protocol差错报告router “signaling”ARP缓存2022/9/8选路和转发选路：路由器之间执行路由协议，创建路由表，决定端到端

2、的分组转发路径的过程，选路过程通常需要多台路由器之间的协作完成，属于控制面的功能。 转发：路由器从输入接口接收一个分组后，根据分组目的地址查询路由表，将分组转发到指定的输出接口的过程。转发过程仅涉及一台路由器，甚至是一个板卡，处理过程也相对简单，属于数据面的功能。 1230111分组头中携带目的地址选路算法 本地路由表header valueoutput link010001010111100132212022/9/82、IPv4简介 采用无连接的数据报服务模式：每一个数据报都包含选路转发需要的全部信息。2022/9/8第一个字提供分组的概要描述信息： 版本（4bit）：分组的版本号。 头部长

3、度（4bit）：以32比特为一个字的单位，描述分组头部的长度 服务类型（8bit）：描述分组要求的服务类型，包括可靠性，优先级，时延，吞吐量等，但目前没有被路由设备广泛支持。总长度（16bit）：该字段以8比特为单位描述包括头部和数据部分的分组总长度，分组总长度不能超过64kB。第二个字的信息用于进行分片处理：标识符 (16 bits): 该字段帮助在任意一对源、目的IP地址对之间唯一地确定一个分组。无论是否分片，该字段是始终保持不变的。分片标志 (3 bits): 目前仅使用了两个比特，MF 比特(More Fragment)置1，代表该分片是分组中的一片，置0则代表该分片是分组的最后一片；

4、DF 比特(Dont Fragment)置1，代表该分组不允许被中间路由器分片，置0则允许分片。 分片偏移量 (13 bits): 以8字节为单位描述分片在原分组中的位置，目的端主机根据这个信息可以进行分片重装。 参数的含义2022/9/8第三个字：生存期TTL：路由器每处理一个数据报，必须将其TTL值减1，当TTL0时则丢弃分组。协议：指明目的端传送层的协议类别。 TCP = 6, ICMP = 1, UDP = 17头部校验和：该值在每一个路由器上都要进行从新计算和生成。第四、五个字：源和目地地址：32bit的地址，指明主机和其所在网络的位置。可选项：允许IP头部被扩展，但出于性能上的考虑

5、，目前很少使用，IPV6中则完全取消。参数的含义2022/9/8协议类型字段编码2022/9/8IP分组的分片:Fragmentation每个网络都有自己的MTU（ Maximum Transmission Unit ）。如Ethernet为1500字节，多数广域网链路则不超过576字节。信源无法预先获知所有中间网络的MTU。IP解决方案：分片hosthostrouterrouterMTU = 4000MTU = 1500MTU = 20002022/9/8与分片相关的字段LengthIP分片的长度Identification 与其它分片进行匹配FlagsDont fragment flagM

6、ore fragments flagFragment offset本分片在整个分组中的位置以64bit为计数单位 (13 bit长)2022/9/8IP分片 例1hostrouterMTU = 4000IPHeaderIPDataLength = 3820, MF=02022/9/8 IP 分片例2routerrouterMTU = 2000IPHeaderIPDataLength = 3820, MF=03800 bytesIPHeaderIPDataLength =1940, MF=1, Offset = 01920 bytesIPDataIPHeaderLength = 1900, MF

7、=0, Offset = 2401880 bytes除最后一个分片外，所有分片的数据字段必须是8字节的整数倍2022/9/8IP分片例3IPHeaderIPDataLength = 1940, MF=1, Offset = 01920 bytesIPDataIPHeaderLength = 1900, MF=0, Offset = 2401880 byteshostrouterMTU = 1500IPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 01440 bytesIPHeaderIPDataLength = 500, MF=1, Offset = 18

8、0480 bytesIPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 2401440 bytesIPHeaderIPDataLength = 460, MF=0, Offset = 420440 bytes2022/9/8IP 重装-目的端由于分片到达的顺序可能是乱的因此最后一个分片到达前，很难确分组的实际长度。有些分片可能重复只保留一个拷贝某些分片可能丢失丢弃整个分组IPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 0IPHeaderIPDataLength = 500, MF=1, Offset = 180IPHe

9、aderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 240IPHeaderIPDataLength = 460, MF=0, Offset = 420IPDataIPDataIPDataIPData2022/9/8Ethereal抓包IP分组2022/9/83、IPv4编址两个基本功能：唯一地标识主机; 帮助路由器快速地找到目的主机的位置，即选路问题。IP地址结构：一个IP地址由两部分组成，表示成， 。接口（Interface）：一个IP地址只能用来唯一地标识一个网络接口。“全0”代表“本”， “全1”代表“全部”。2022/9/8IPv4分类编址Network I

10、DHost IDNetwork IDHost ID816A类320B类10C类110Multicast AddressesD类1110Reserved for experimentsE类1111242022/9/8首字节规则A类: 7比特网络前缀, 24比特主机号，有126个网络，每个网络16,777,214 台主机。 B类: 14比特网络前缀, 16比特主机号，有16,384网络，每个网络65,534台主机。C类: 21比特网络前缀, 8比特主机号，有2,097,512网络，每个网络254台主机。以上合计约40亿地址。四类地址首字节取值范围如下： A类地址: 1 - 126B类地址:128

11、- 191C类地址: 192 - 223D类地址: 224 - 239例如，根据首字节规则，路由器可以很快确定222.24.9.5 是一个 C 类的地址，其网络前缀是222.24.9，主机号是5。2022/9/8特殊地址与保留地址 RFC1918中规定如下地址是私有地址： 一个A类地址10.0.0.0， 16个B类地址172.16.0.0172.31.0.0， 256个C类地址192.168.0.0192.168.255.0 2022/9/8IP子网与子网划分路由器每个接口连接一个IP子网，编址时，同一个子网的接口要求具备相同网络前缀。2022/9/8子网编址 分类编址的缺陷两层结构的限制A,

12、B,C类网络规模划分不合理，大多数公司的网络多在3001000主机规模 。1985年，RFC950子网编址，三级结构 2022/9/8子网计算和表示法 全“0”和全“1”子网的问题： 考虑网络地址 10.0.0.0，假如进行了子网划分，那么如何区分它是一个A类网络 10 ? 还是一个子网 10.0 ? 广播地址 10.255.255.255，它是对整个网络“10”的定向广播? 还是仅对子网10.255的广播 ? 2022/9/8子网划分例子例1，假设某大型机构分配了一个B 类地址块175.32.0.0/16。该机构的网络规划了10个IP子网，每个子网的主机数基本相当。根据需求先确定子网号的位数

13、，取子网号为4个比特，24=16，保留全“0”子网，和全“1”子网，可用子网号为14个。 2022/9/8子网划分例子2022/9/8VLSM-变长子网划分例2，假设一个拥有C类网络202.117.15.0/24的小型机构，有6个部门，每个部门要求划分成一个子网。其中4个子网主机数不超过10，一个子网的主机数是60，一个子网的主机数是100，整个网络容量不超过200主机，一个C类网络的地址容量可以满足需求。 2022/9/82022/9/8Classless Inter-Domain Routing(CIDR)实际建网面临的问题 Internet规模激增，A,B类IP地址资源紧张，路由表增长过

14、快子网编址允许一个机构内部网络结构任意复杂，但不能限制骨干网路由表的大小。CIDR包含三部分内容： 拓扑相关的无分类地址分配策略。支持无分类地址的域间选路。地址汇聚机制（超网）。2022/9/8CIDR编址的特点IETF在1993【rfc1519】将其标准化,对子网概念的进一步扩展。CIDR型IP地址的网络部分可以任意长：使用地址块的公共部分做为网络前缀。地址格式：a.b.c.d/x表示,其中x表示32bit的地址中，前x bit为网络部分。分配给同一机构的地址空间必须保持连续（2的幂次）以实现地址聚集。11001000 00010111 00010000 00000000前缀部分主机部分20

15、0.23.16.0/232022/9/8C类地址的分区194.0.0.0195.255.255.255 欧洲198.0.0.0199.255.255.255 北美200.0.0.0201.255.255.255 中南美202.0.0.0203.255.255.255 亚太示例：在某路由器中，去往欧洲地区的路由项 可聚集为一项194.0.0.0/7,相应的网络掩码可写为254.0.0.02022/9/8如何获取网络地址？强调位置相关的分配原则：机构通常从其ISP处获取IP地址。ISP本身则从全球型的权威地址管理机构ICANN获取地址（Internet Corporation for Assign

16、 Names and Numbers).Regional Internet Registries (RIRs) ARIN (North America, Southern Africa), APNIC (Asia-Pacific), RIPE (Europe, Northern Africa), LACNIC (South America)ICANN同时负责管理DNS根服务器，分配域名，解决域名纷争问题。2022/9/82022/9/8CIDR路由汇聚与“超网”例如：一个小型规模的ISP分配有连续的32个C类地址块222.24.0.0222.24.31.255。 2022/9/8分层编址: 更

17、具体的路由ISP2拥有到机构1更具体的路由信息！“向我发送以 200.23.16.0/20”开头的任何东西200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23ISP1机构0机构7Internet机构1ISP2“向我发送以 199.31.0.0/16或200.23.18.0/23” 开头的任何东西200.23.20.0/23机构2.2022/9/8CIDR：最长前缀匹配Destination =12.5.9.16- payload Prefix Interface Next Hop 12.0.0.0/8 10.14.22.19 ATM 5/0/8 12.4.0.0

18、/15 12.5.8.0/23 attached Ethernet 0/1/3 Serial 1/0/7 10.1.3.77 IP Forwarding Table 0.0.0.0/0 10.14.11.33 ATM 5/0/9 OKbetterbest!2022/9/8编址方式与网络结构的变迁2022/9/84、转发功能逐跳转发 “逐跳”指发送一个分组时无需确切指定到达目的地的完整路径，仅需指定到达目的地的下一跳设备即可，当分组转发到下一跳后，再由下一跳设备为该分组执行相同的转发过程，直至将分组交付到目的主机。两步：选路决策，转发直接交付Vs间接交付 2022/9/8路由表的结构router

19、#show ip routeIPv4 Routing Table:Dest Mask Gw Interface Owner pri metric10.26.32.0 255.255.255.0 10.26.245.5 fei_1/1 bgp 200 0 10.26.33.253 255.255.255.255 10.26.245.5 fei_1/1 ospf 110 14 10.26.33.254 255.255.255.255 10.26.245.5 fei_1/1 ospf 110 13 10.26.36.0 255.255.255.248 10.26.36.2 gei_5/2.1 dir

20、ect 0 0 10.26.36.2 255.255.255.255 10.26.36.2 gei_5/2.1 address 0 0 10.26.36.24 255.255.255.248 10.26.36.26 gei_5/2.4 direct 0 0 10.26.245.4 255.255.255.252 10.26.245.6 fei_1/1 direct 0 0 10.26.245.6 255.255.255.255 10.26.245.6 fei_1/1 address 0 0 2022/9/8路由表项的产生由以下三种方式之一产生：直连路由：当设备接口上正确配置了IP地址，则相应信

21、息自动出现在路由表中并与接口关联,该类路由项由设备链路层发现，链路层只能发现本接口所属网段。静态路由：由系统管理员手工设置的路由称之为静态路由，它不随网络拓扑结的改变而改变。动态路由：由路由协议生成，能够根据网络的拓扑变化调整相应的路由信息。适用于大规模和复杂的网络。2022/9/8同一网段-直接交付IP地址：192.168.1.2MAC地址：00:20:AF:00:00:02IP地址：192.168.1.1MAC地址：00:20:AF:00:00:01以太网IP层封装IP包包发往IP地址192.168.1.2以太网IP层封装MAC帧帧发往MAC地址00:20:AF:00:00:02封装MAC帧收到MAC帧ARP拆封IP包收到IP包AB网络情况协议层次2022/9/8以太网以太网接口不同网段-间接交付以太网IP层MAC帧IP层串行接口以太网接口IP层网络情况协议层次PPP分组IP包IP包发送端主机A接收端主机B路由器EthernetPPPHOST AHOST Bfei-1/1e1_2/1Ethernetfei-1/1e1_2/1IP层路由器PPP帧IP包IP包串行接口MAC帧IP包IP包20.1.1.220.1