传输介质与网络连接设备（终稿）

1、第4章 传输介质与网络设备主要内容网络传输介质物理层网络互联设备数据链路层网络互联设备网络层网络互联设备有线通信无线通信双绞线同轴电缆光纤无线电短波通信地面微波接力通信红外线和激光卫星通信VSAT卫星通信4.1网络传输介质-物理层下面的传输媒体传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体和非导向传输媒体。在导向传输媒体中，电磁波被导向沿着固体媒体(铜线或光纤)传播，而非导向传输媒体就是指自由空间，在非导向传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。导向媒体 有线非导向媒体 无线导向媒体 有线铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套

2、层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆1 双 绞 线无屏蔽双绞线四对线芯平行导线的噪声效应如果两条导线互相平行，离噪声源如电动机近的导线中产生的噪声电平就会比另一条导线中的更高，从而导致负载不平衡以及信号损益。双绞线上的噪声导线绞合并不保证一定能消除噪声，但是能显著减弱它的影响。所以“双绞的作用是减少相邻导线的电磁干扰。无屏蔽双绞线的种类1类线 用于5Mbps传输(适用于语音/低速传输 ) 2类线 用于5Mbps传输(适用于语音/低速传输 )3类线 用于16Mbps传输(10M以太网电缆,4芯)4类线 用于20 Mbps传输5类线

3、 用于100 Mbps传输8芯超5类线 用于155Mbps传输8芯,最常用的网络电缆6类线 用于250Mbps传输7类线 用于600Mbps传输电缆上通常印有类别标志,如 cat 5 或category 5 (5类线)标准规定计算机网络常用双绞线(UTP)每根长度不宜超过100米。双绞线的特点其频率范围对于传输数据和语音都适用现在5类非屏蔽双绞线的传输频率上限可以到达100MHZ以上 所以模拟传输宽带信号/数字传输基带信号均可使用单位价格最低，但每根只能连接一站点，线路总费用增加 抗高频干扰能力较差 使用双绞线需在传输速率和传输距离之间作出选择双绞线联网的5-4-3规那么 因为信号衰减，所以双

4、绞线最远的传输距离为100米。超过100米就需要一个中继设备对信号进行放大处理。 用双绞线组网时，信号经过的网段最多不能超过五段，也就是所加的中继器最多为四个,而且只有三个段用来接工作站。双绞线的连接HUBRJ-45接头(水晶头)RJ-45连接器RJ-45插头是一种只能沿固定方向插入并自动防止脱落的塑料接头，俗称“水晶头，专业术语为RJ-45连接器。双绞线的两端必须都安装这种RJ-45插头，以便插在网卡NIC、集线器Hub或交换机Switch的RJ-45接口上，进行网络通讯。 RJ-45连接器中的导线标准针线对（T表示发送、R表示接收、*表示未定义）1T2T3R4*5*6R7*8*EIA/TI

5、A(电子工业联合会和电信工业协会) 568A顺序颜色功能针1白绿Tx+针2绿Tx-针3白橙Rx+针4蓝10BaseT和100BaseT中未使用针5白蓝10BaseT和100BaseT中未使用针6橙Rx-针7白棕10BaseT和100BaseT中未使用针8棕10BaseT和100BaseT中未使用EIA/TIA(电子工业联合会和电信工业协会)568B标准顺序颜色功能针1白橙Tx+针2橙Tx-针3白绿Rx+针4蓝10BaseT和100BaseT中未使用针5白蓝10BaseT和100BaseT中未使用针6绿Rx-针7白棕10BaseT和100BaseT中未使用针8棕10BaseT和100BaseT中

6、未使用双绞线接线标准铰齐线头，插入插头用压线钳夹紧接线的标准有EIATIA T568A和EIATIA T568B 网线的两种连线方式双绞线连接有两种方式：直连网线和交叉网线。直连网线：两端线序一样，目前使用比较多的是T568B标准接线方法。交叉网线：一端为T568A，另一端T568B。下面列出常用网络设备间的连线方式：PC-PC:交叉网线PC-HUB:直连网线HUB-HUB普通口-级连口：直连网线HUB-HUB普通口:交叉网线 HUB-HUB级连口-级连口：交叉网线直通线针12345678标记Rx+Rx-Tx+Tx-针12345678标记Tx+Tx-Rx+Rx-集线器/交换机计算机/路由器交叉

7、线针12345678标记Rx+Rx-Tx+Tx-集线器/交换机集线器/交换机针12345678标记Rx+Rx-Tx+Tx-双绞线的网线制作RJ-45接头(水晶头)压线钳双绞线1. 先抽出一小段线，然后先把外皮剥除一段,长约1.5cm-2cm注意:芯线的绝缘皮不能剥去双绞线2. 将双绞线反向缠绕开，根 据T568B接线标准排线注意:线序要正确双绞线3. 铰齐线头双绞线4. 按正确的线序插入水晶头注意:一定要使各条芯线都插到水晶头的底部双绞线双绞线5. 用剥线钳夹紧注意:要充分压紧2 同轴电缆的结构(4班)11.10广泛使用的同轴电缆有两种：一种为50(指沿电缆导体各点的电磁电压对电流之比) 同轴

8、电缆，用于数字信号的传输，即基带同轴电缆；另一种为75同轴电缆，用于宽带模拟信号的传输，即宽带同轴电缆。基带传输型(主要用于LAN) 50 RG-8粗缆单段传输距离最远为500米 RG-58 (细缆单段传输距离最远为185米频带传输型(主要模拟传输) 75公用天线电视系统(CATV)用 常用同轴电缆种类3 光纤光导纤维 光是一种电磁波，它在真空中传输速度最快每秒30万千米，但传输速度随传输介质密度增大而降低。相对于其他传输媒介，低损耗、高带宽和高抗干扰性是光纤最主要的优点。目前光纤的数据传输率已达2.4G甚至更高速率20G以上。根据贝尔实验室测试，当数据速率为420Mbps且距离为119km无

9、中继器时，其误码率为10-8，可见其传输质量很好。光的传输特性主要用于：主干网高速防雷击保密防窃听光纤传输原理光纤利用全反射使光线在信道内定向传输。光纤中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充着密度相对较小的玻璃或塑料材料覆层。两种材料的密度差异必须到达能够使纤芯中的光线只能反射回来而不能折射入覆层的程序。多模光纤是指在给定的工作波长上，能以多个模式同时传输的光纤。其光纤芯径在50到100m的范围内，多条入射角度不同的光线可以同时在一条光纤反射式地传播。Multimode Fiber多模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤单模光纤Single Mode使用折射率突变型光纤。其芯径被减少到某个波长级，这样只有一

10、个角度即“模式的光纤可以通过：轴心光线。于是所有光线都能“同时到达，并能无失真地重新组合，通常用于长距离的传输。输入脉冲输出脉冲单模光纤一般来说，多芯光纤并不直接连接到计算机的网卡上，而是连接到一种叫做光端器的设备上。这时就需要使用一种俗称“光纤跳线的专用连接线，连接光端器和计算机上的网卡。光纤跳线也是光纤，一根光纤跳线中只含有一根光纤，只能进行单向的数据传输。一般连接一台计算机需要两根光纤软跳线，一根发送数据，一根接收数据。 光纤跳线Fiber Jumper Lines光纤系统中使用的光源器件 有两种类型，皆为施加电压便可发射光束的半导体装置。LED (发光二极管) 价廉，工作温度范围较大，

11、工作寿命较长，但只能发射发散的光线，只在短距离内使用。ILD (注入式激光二极管) 根据激光原理工作，光线具有高度集中性，高效高数据速率长距离光纤的应用容量更大能以数百Gbps的数据率传输几十千米 (比较: 同轴电缆能以数百Mbps的数据率传输1千米; 双绞线能以几Mbps 的数据率传输1千米，或以100 Mbps 至 1 Gbps的数据率传输数十米 。尺寸更小且重量更轻衰减最小 电磁隔离不受外部电磁场影响(干扰、冲激噪声和串扰影响小)无能量辐射，也难以分接防窃听功能)无线传输介质无线传输介质通过空气传输信号空气既可以传输数字信信号，又可以传输模拟信号目前使用较多的红外线、无线电波、微波等无线

12、传输介质都可以通过空气传输信号 1 红外传输红外线在电磁波谱中的频率低于可见光但高于微波，它的频率范围10121014Hz之间红外传输主要实现的是视距传输，它不具有穿透性，因此红外传输信号无法穿过墙壁从一个房间传输到另一个房间 2 无线电传输无线电波可以穿过墙壁在空气中可以向任何方向传播它在电磁波谱中的频率低于微波，它的频率范围在104108Hz之间无线电系统使用这一频段的无线电波来传输数据大多数无线电频率的使用是有标准的，并且需要得到无线电管理委员会的批准 3 微波通信微波在电磁波谱中是指频率大过于1GHz的电波微波通信使用功率极大的聚焦能量束在很远的距离上实现信息的传输微波传输分为：地面微

13、波通信系统卫星微波通信系统 4 卫星通信卫星通信其实就是非地面微波通信最常见的卫星系统就是同步地球轨道卫星同步地球轨道卫星始终处在赤道正上方的位置上，离地面的高度大约为50000公里卫星微波通信系统可以抵达地球上最偏远的地方，可以与移动通信设备通信。 卫星通信 4.2 网络互连设备 网络互连设备用来将网络的各个部件连接在一起，从连接性质的不同可以认为有物理上的互连能力和协议上的互连能力。 1物理上的互连能力指所支持的物理接口，能连接的物理介质类型。 2协议上的互连能力指工作在不同协议类型的网络之间，实现不同协议数据包的转换。通常对设备互连能力考虑得较多的都是协议上的互连能力。 网络工程中使用得

14、较多的几种互连设备是中继器、集线器、网桥/交换机、路由器和网关等物理层互联设备 数据链路层互联设备 网络层互联设备 应用层互联设备 网络互连设备学习内容常见网络互连设备的互连能力网络互连设备应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层中继器、集线器、网关网桥、交换机、网关路由器、第三层交换机、网关网关DTEDTE互连设备物理传输介质网卡又称网络接口卡Network Interface Card，NIC，是计算机与网络的接口。 网卡能够对信道中的信息进行侦听，并根据自身的MAC地址识别自己应该接收的信息。当与网卡连接的计算机或其他设备作好接受信息的

15、准备后，网卡便将从外部接收的信息提交给这些设备；当与网卡连接的计算机或其他设备需要向外界发送信息时，网卡会在信道信息流中寻找间隙，并将信息送上信道。 它的标准是由IEEE来定义的。网卡工作于OSI的最低层，也就是物理层。1 物理层互联设备-网卡 网卡网卡的特征：1、支持的网络类型有以太网卡、令牌环网卡、FDDI网卡、无线网卡等2、网卡的插槽ISA、PCI、PCMCIA、USB3、网卡的端口类型AUI、BNC、RJ45、光纤接口4、端口速率10Mbps、100Mbps、10/100Mbps、1000Mbps1ISA总线网卡ISA总线接口由于I/O速度较慢，随着上世纪90年代初PCI总线技术的出现

16、，很快被淘汰了。目前在市面上根本上看不到有ISA总线类型的网卡 2PCI总线网卡 这种总线类型的网卡在当前的台式机上相当普遍，也是目前最主流的一种网卡接口类型。因为它的I/O速度远比ISA总线型的网卡快ISA最高仅为33MB/s，而目前的PCI 32位的PCI接口数据传输速度最高可达133MB/s，所以在这种总线技术出现后很快就替代了原来老式的ISA总线3PCMCIA总线网卡这种总类型的网卡是笔记本电脑专用的，它受笔记本电脑的空间限制，体积远不可能像PCI接口网卡那么大。4USB接口网卡 作为一种新型的总线技术，USBUniversal Serial Bus，通用串行总线已经被广泛应用于鼠标、

17、键盘、打印机、扫描仪、Modem、音箱等各种设备网卡的插槽ISA、PCI、PCMCIA、USB2 物理层互联设备-中继器 负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此来延长网络的长度。 中继器也可以完成不同媒体的转接工作中继器中继器的功能细分为以下几条：1中继器仅作用于物理层。 2只具有简单的放大、再生物理信号的功能。3由于中继器工作在物理层，在网络之间实现的是 物理层连接，因此中继器只能连接相同的局域网。4中继器可以连接相同或不同传输介质的同类局域网。网络互连设备物理层互联设备-中继器网络是否可以无限延长呢？ 从理论上讲中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延

18、长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否那么会引起网络故障。以太网标准约定：一个以太网上只允许出现5个网段，4个中继器，3个网段可以挂接计算机物理层互联设备-集线器 中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口效劳，也称为多口中继器。 集线器集线器 集线器HUB是双绞线以太网对网络进行集中管理的最小单元。集线器是一个共享设备，其实质是一个多端口的中继器。 集线器在OSI体系结构模型中处于物理层，是LAN的接入层设备。 HUB主要用于共享式以太网络的组建，是解决从效劳器直接到桌面的最正确，最经济的方案。网络互连设备1用户

19、带宽共享，带宽受限。集线器的所有端口共享总的背板带宽，用户端口带宽较窄，且随着集线器所接用户的增多，用户的平均带宽不断减少，不能满足当今许多对网络带宽有严格要求的网络应用，如多媒体、流媒体应用等环境2播送方式，易造成网络风暴。3非双工传输，网络通信效率低。集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信，而不能像交换机那样进行双向双工传输，网络执行效率低，不能满足较大型网络通信需求集线器的缺点集线器类型依据总线带宽的不同。HUB分为10M、100M和10/100M自适应3种；假设按照配置形式的不同可分为独立型，模块型和可堆叠型集线器；根据管理方式可分为智能型带有CPU，支持简单网络管理协议

20、和非智能型HUB不支持网络管理，容易形成数据堵塞两种；按照安装时的场合，又可以分为机架式和桌面式的HUB。目前使用的根本上是以上4种分类的组合。HUB根据端口数目的不同，主要有8口，16口和24口之分。网络互连设备2 数据链路层互联设备-网桥网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，工作在OSI的数据链路层。网桥可以截获所有的网络信息，并读取每个帧的目标地址MAC地址，以确定帧是否应该转发到某一个网段。网桥最主要的优点是它可以限制传输到某些网段的通信量，这一优点被用在10Base5以太网中，用来给工作节点数目较多的网络分段。网络互连设备网桥的内部结构 站表接口管理 软件网桥协议 实体缓存

21、接口 1接口 2网段 B网段 A111222站地址接口网桥网桥接口 1接口 212每个网桥都将其连接的两个网段的地址建立起一个地址表，称为站表。网桥的工作过程当使用网桥连接两段LAN时，网桥对来自网段1的MAC帧，首先要检查其目的站点地址。如果该帧是发往网段1上某一站的，网桥那么不将帧转发到网段2，而将其滤除；如果该帧是发往网段2上某一站的，网桥那么将它转发到网段2。这说明，如果LAN1和LAN2上各有一对用户在本网段上同时进行通信，显然是可以实现的。因为网桥起到了隔离作用。网桥的工作原理 缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理 过滤：判断入帧的目标节点是否位于发送这个帧的网段中，如果是

22、，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口转发：如果帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段学习：每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，如果该地址不在网桥表中，那么将有该MAC地址及其所对应的网桥端口信息参加数据帧要去往的目标MAC地址使用的网桥端口MAC A端口3MAC B端口2MAC C端口1网桥的工作原理 扩散：如果在表中找不到目标地址，那么按扩散的方法将该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。 网桥的工作原理过滤通信量。 扩大了物理范围。提高了可靠性。(故障只影响个别网段)可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率如10 Mb/s 和 10

23、0 Mb/s 以太网的局域网。 使用网桥带来的好处 局域网交换机实际上是一种高性能的多端口网桥。和网桥一样，它从一个端口接收以太网帧，然后向另外一个端口转发也具有通过自学习来构建转发表的功能。 局域网交换机和网桥的主要区别：网桥一般只有少数几个接口，而局域网交换机那么可能有几十个端口，局域网交换机中帧的转发采用了高效的交换逻辑来实现许多交换机都支持全双工模式，吞吐量是原来的一倍。多接口网桥以太网交换机以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，进行无碰撞地传输数据。 以太网交换机由于使用了专用的

24、交换结构芯片，其交换速率就较高。 以太网交换机的特点对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，假设共有 N 个用户，那么每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。 独占传输媒体的带宽 以太网交换机的逻辑结构局域网交换机的逻辑结构：每个端口都有一个发送和接收侧，端口的接收侧接收MAC帧，然后根据目的地址来决定往哪个端口的发送侧转发。每个端口的发送和接收侧

25、连接到一个纵横开关上。 如果把集线器看成一条内置的以太网总线，交换机就可以看作由多条总线构成交换矩阵的互联系统。每一个交换机端口对应着一条高出一个数量级的背板带宽总线，背板总线与一个交换引擎相连接。不同端口间的数据包经背板总线进入交换引擎，通过存储转发、直通转发和无碎片转发模式进行交换。直通式 存储转发式 无碎片直通式更高级的直通式转发 转发方式简介直通式直通式Cut Through方式在输入端口检测到一个数据包后，只检查其包头，取出目的地址，通过内部的地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口这样就完成了交换。因为它只检查数据包的包头通常只检查14个字节。 缺点：不具备检测和处理能

26、力Port1Port2Portn Port3datadatadataError!存储转发式 存储转发Store and Forward是计算机网络领域使用得最为广泛的技术之一，在这种工作方式下交换机的控制器先缓存输入到端口的数据包，然后进行CRC校验，滤掉不正确的帧，确认包正确后，取出目的地址，通过内部的地址表确定相应的输出端口，然后把数据包转发到输出端口。缺点：时延长Port1Port2Portn Port3data交换处理模块datadata无碎片直通式 无碎片直通Fragment Free Cut Through是介于直通式和存储转发式之间的种解决方案，它检查数据包的长度是否够64 By

27、tes512bit如果小于64 Bytes，说明该包是碎片即在信息发送过程中由于冲突而产生的残缺不全的帧，那么丢弃该包，如果大于64 Bytes，那么发送该包。该方式的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。 Port1Port2Portn Port3data交换处理模块datadata64Byte=Frame集线器与交换机的区别从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。这就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法有效处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做

28、到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。集线器与交换机的区别 从工作方式来看，集线器是一种播送模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都有名收听到信息，容易产生播送风暴。当网络较大的时候网络性能会受到很大的影响，那么用什么方法防止这种现象的发生呢？交换机就能够起到这种作用，当交换相工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，那么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制播送风暴的产生。 集线器与交换机的区别从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待；同时集线器只能工作在半双工模式下。而对于交换

29、机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下。4 网络层互联设备-路由器 RAMROMFlashNVRAMInterfaceLineCPU什么是路由选择一个将数据包发往某个目标网段或主机的路径就是路由的过程。用户产生的数据流比方文件，视频流，电子邮件等等应用被从一个逻辑的源转发到一个逻辑的目的地。用来表示逻辑源和逻辑目的地的是IP地址，因此我们认为路由的过程是将不同IP地址网段的IP包进行转发。那么实现这一功能的设备我们称之为路由器。路由器的功能作用实现不同IP网段主机间的相互访问实现不同通信协议网段主

30、机间的相互访问不转发播送数据包功能基于IP地址的寻径和转发不同通信协议的转换特定IP数据包的分片和重组路由器转发数据过程1、路由器从接口收到数据包，读取数据包里的目的IP地址2、根据目的IP地址信息查找路由表进行匹配3、匹配成功后，按照路由表中转发信息进行转发4、匹配失败，将数据包丢弃，并向源发送方反回错误信息报文Packet路由表 目的网段 转发192.168.1.0 从F1口发出192.168.2.0 从F2口发出 172.16.1.0 交给B典型的路由器的结构 路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口11133122223

31、网络层2数据链路层1物理层“转发和“路由选择的区别 “转发(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从适宜的端口转发出去。“路由选择(routing)那么是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化 情况，动态地改变所选择的路由。路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别， 输入端口对线路上收到的分组的处理 数据链路层剥去帧首部和尾部后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。这会产生一定的时延。 物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 交换结构 输入端口的处理从线路接收分组查表

32、和转发输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路 当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾部，交给物理层后发送到外部线路。 物理层处理数据链路层处理网络层处理 分组排队 输出端口的处理向线路发送分组缓存管理交换结构分组丢弃 假设路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，那么队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丧失的重要原因。 路由表的作用路由器就像网络中的向导一样，当IP包来到路由器后有一个很重要的任务就是查看该路由器是否知道这个IP数据包要去的目的地。路由表

33、：路由表实际上类似于现实生活中的路牌，都是为了指向，只不过一个是为数据包指向，另一个是为行人或者车辆指向。 路由表的根本结构如下命令：route print目的网络掩码下一跳接口跳数目的网络：指数据包要到达的网络的网络地址。掩码：指目的网络的子网掩码或者超网掩码。下一跳：下一跳指到达下一个路由器的IP地址，即我们通常所说的网关地址。接口：从数据包所在的路由器的出口IP地址，接口地址必须与下一跳地址在同一个网络中。跳数：数据包从该路由器到目的网络所要经过的路由器的跳数。观察IP 层转发分组的流程 有四个 A 类网络通过三个路由器连接在一起。每一个网络上都可能有成千上万个主机。可以想像，假设按目的

34、主机号来制作路由表，那么所得出的路由表就会过于庞大。但假设按主机所在的网络地址来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就只包含 4 个工程。这样就可使路由表大大简化。 网 1 网 4 网 3 网 2目的主机所在的网络下一跳地址直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，对每一条路由，最主要的是目的网络地址，下一跳地址 查找路由表根据目的网络地址就能确定下一跳路由器，这样做的结果是： IP 数据报最终一定可以找到目的主机所在目的网络上的路由器可能要通过屡次的间接交付。 只有到达最后一个路由器时，才试图向目的主机

35、进行直接交付。 必须强调指出 IP 数据报的首部中没有地方可以用来指明“下一跳路由器的 IP 地址。当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 数据报，而是送交下层的网络接口软件。网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。 HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网通信的路径H1经过 R1 转发再经过 R2 转发H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主

36、机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从协议栈的层次上看数据的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的

37、互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报从虚拟的 IP 层上看 IP 数据报的流动HA1HA5HA4HA3HA6主机 H1主机 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域网局域网局域网IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到

38、 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在链路上看 MAC 帧的流动IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在 IP 层抽象的互联网上只能看到 IP 数据报图中的 IP1IP2 表示从源地址 IP1 到目的地址 IP2 两个路由器的 IP 地址并不出现在 IP 数据报的首部中 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器

39、R1IP 层上的互联网MAC 帧IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报在具体的物理网络的链路层只能看见 MAC 帧而看不

40、见 IP 数据报 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主机 H1主机 H2路由器 R1IP 层上的互联网IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 帧从 HA1 到 HA3从 HA4 到 HA5从 HA6 到 HA2MAC 帧MAC 帧IP 数据报IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节在抽象的网络层上讨论问题，就能够使用统一的、抽象的 IP 地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信 在不划分子网的两级 IP 地址下，从 IP 地址得出网络地址是个很简单的事。但在划分子网的情况下，从 IP 地址却不能唯一地得出网络地址来，这是因为网络地

41、址取决于那个网络所采用的子网掩码，但数据报的首部并没有提供子网掩码的信息。因此分组转发的算法也必须做相应的改动。 使用子网掩码的分组转发过程(4ban-11.13)直接交付、特定主机、特定网络、默认路由项路由 直接交付：路由表中的路由项是为数据包所要到达的目的网络就是该数据包所在的网络路由，这中数据交付称作直接交付。特定主机：路由表中的路由项是为数据包所要到达的目的地址是一台主机，这种路由项称作特定主机路由。特定网络：路由表中的路由项是为数据包所要到达的目的地址是一个网络，这种路由项称作特定网络路由。 默认路由：如路由器搜索了整个路由表中特定主机、特定网络、直接交付路由项都不能为一个数据包找到

42、路由，那么路由器就将该数据根据默认路由出去。因为默认路由目的网络地址和掩码均，所以任何一个数据包的目的IP地址均可以从该路由项路由出去。 命令：route print在划分子网的情况下路由器转发分组的算法 (1) 从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与，看是否和 相应的网络地址匹配。假设匹配，那么将分组直接交付。 否那么就是间接交付，执行(3)。(3) 假设路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，那么将 分组传送给指明的下一跳路由器；否那么，执行(4)。(4) 对路由表中的每一行的子网掩码和 D 逐位相“与， 假设其结果与该行的目的网络地址

43、匹配，那么将分组传送 给该行指明的下一跳路由器；否那么，执行(5)。(5) 假设路由表中有一个默认路由，那么将分组传送给路由表 中所指明的默认路由器；否那么，执行(6)。(6) 报告转发分组出错。0目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子网1： 网络地址 子网掩码 R1 的路由表（未给出默认路由器）R11R2子网2：网络地址 子网掩码 H201H3子网3：网络地址 子网掩码 【例】互联网和路由器 R1 中的路由表。主机 H1 向

44、 H2 发送分组。试讨论 R1 收到 H1 向 H2 发送的分组后查找路由表的过程。 主机 H1 要发送分组给 H2 0目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未给出默认路由器H1子网1： 网络地址 子网掩码 R11R2子网2：网络地址 子网掩码 H201H3子网3：网络地址 子网掩码 要发送的分组的目的 IP 地址：请注意：H1 并不知道 H2 连接在哪一个网络上。H1 仅仅知道 H2 的 IP 地址是因此 H1 首先

45、检查主机 是否连接在本网络上如果是，那么直接交付；否那么，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。0目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子网1： 网络地址 子网掩码 R11R2子网2：网络地址 子网掩码 H201H3子网3：网络地址 子网掩码 主机 H1 首先将本子网的子网掩码 255.255.255.128与分组的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“与(AND 操作) 255.255.255.128 AND 1

46、28.30.33.138 的计算255 就是二进制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，这里只需计算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128255.255.255.128128. 30. 33.138128. 30. 33.128逐比特 AND 操作 H1 的网络地址因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1然后逐项查找路由表0目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.

47、255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未给出默认路由器H1子网1： 网络地址 子网掩码 R11R2子网2：网络地址 子网掩码 H201H3子网3：网络地址 子网掩码 路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个工程的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 0目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未给出默认路由器H1子网1： 网络地址 子网掩码 R11R2子网2：网络地址 子网掩码

48、H201H3子网3：网络地址 子网掩码 255.255.255.128 AND不匹配!因为128.30.33.128 与路由表中的 128.30.33.0 不一致R1 收到的分组的目的 IP 地址：不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 个工程的子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 0目的网络地址子网掩码下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未给出默认路由器H1子网1： 网络地址 子网掩码 R11R2子网2：网络地

49、址 子网掩码 H201H3子网3：网络地址 子网掩码 255.255.255.128 AND匹配!这说明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络R1 收到的分组的目的 IP 地址：一致!路由表的产生方式直连路由路由器会自动生本钱路由器激活端口所在网段的路由条目路由表的产生方式静态路由在简单拓扑结构的网络里，网络管理员手动输入路由条目。路由表产生的方式动态路由协议学习到的路由在大型网络环境下，依靠路由协议比方OSPF、BGP路由协议学习路由选择协议 有关路由选择协议的几个根本概念1. 理想的路由算法算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说，

50、要有自适应性。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最正确的。 关于“最正确路由 不存在一种绝对的最正确路由算法。所谓“最正确只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。实际的路由选择算法，应尽可能接近于理想的算法。 路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果。路由选择的环境往往是不断变化的，而这种变化有时无法事先知道。 从路由算法的自适应性考虑静态路由选择策略即非自适应路由选择，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。 动态路由选择策略即自适应路由选择，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。 2. 分层次

51、的路由选择协议因特网采用分层次的路由选择协议。因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，那么这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议这属于本部门内部的事情，但同时还希望连接到因特网上。 自治系统 AS(Autonomous System) 自治系统 AS 的定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种 AS 内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由，同时还使用一种 AS 之间的路由选择协议用以确定分

52、组在 AS之间的路由。现在对自治系统 AS 的定义是强调下面的事实：尽管一个 AS 使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个 AS 对其他 AS 表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。因特网有两大类路由选择协议 内部网关协议IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。外部网关协议EGP (External Gateway Protocol) 假设源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治

53、系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。 自治系统和内部网关协议、外部网关协议 用内部网关协议例如，RIP自治系统 B自治系统 A用外部网关协议例如，BGP-4R1R2 用内部网关协议例如，OSPF自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择(interdomain routing)，在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择(intradomain routing) 这里要指出两点 因特网的早期 RFC 文档中未使用“路由器而是使用“网关这一名词。但是在新的 RFC 文档中又使用了“路由器这一名词。应当把这两个属于当作同义词。IGP 和 EGP 是

54、协议类别的名称。但 RFC 在使用 EGP 这个名词时出现了一点混乱，因为最早的一个外部网关协议的协议名字正好也是 EGP。因此在遇到名词 EGP 时，应弄清它是指旧的协议 EGP 还是指外部网关协议 EGP 这个类别。 因特网的路由选择协议 内部网关协议 IGP：具体的协议有多种，如 RIP 和 OSPF 等。外部网关协议 EGP：目前使用的协议就是 BGP。内部网关协议 RIP (Routing Information Protocol)1. 工作原理路由信息协议 RIP 是内部网关协议 IGP中最先得到广泛使用的协议。RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络

55、中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。 “距离的定义 从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加 1。RIP 协议中的“距离也称为“跳数(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。这里的“距离实际上指的是“最短距离。 “距离的定义 RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短。RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。“距离的最大值为16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的

56、路由即最短路由，哪怕还存在另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。 RIP 协议的三个要点 仅和相邻路由器交换信息。 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。 路由表的建立 路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离此距离定义为1。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。经过假设干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。 2

57、. 距离向量算法收到相邻路由器其地址为 X的一个 RIP 报文：(1) 先修改此 RIP 报文中的所有工程：把“下一跳字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离字段的值加 1。(2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个工程，重复以下步骤：假设工程中的目的网络不在路由表中，那么把该工程加到路由表中。 否那么 假设下一跳字段给出的路由器地址是同样的，那么把收到的项目替换原路由表中的工程。 否那么 假设收到工程中的距离小于路由表中的距离，那么进行更新，否那么，什么也不做。(3) 假设 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，那么把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16距离为16表示不可达。(

58、4) 返回。路由器之间交换信息 RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的即跳数最少。虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的。 4 字节RIP 报文3. RIP2 协议的报文格式 路由信息20 字节/路由可重复出现最多 25 个IP 数据报路由标记网络地址地址族标识符距离 (1-16) IP 首部UDP 首部首部路由局部必为 0版本命令 4 字节子网掩码下一跳路由器地址UDP 用户数据报RIP2 的报文由首部和路由局部组

59、成。RIP2 报文中的路由局部由假设干个路由信息组成。每个路由信息需要用 20 个字节。地址族标识符又称为地址类别字段用来标志所使用的地址协议。路由标记填入自治系统的号码，这是考虑使RIP 有可能收到本自治系统以外的路由选择信息。再后面指出某个网络地址、该网络的子网掩码、下一跳路由器地址以及到此网络的距离。 RIP 协议的优缺点 RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。 RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 1516 表示不可达。路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网

60、络规模的扩大，开销也就增加。 R2R1网 1网 3网 2正常情况1 1 1 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 1，是直接交付。“1表示“从本路由器到网 1“1表示“距离是 1“表示“直接交付R2R1网 1网 3网 2正常情况1 1 1 2 R1R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。“1表示“从本路由器到网 1“2表示“距离是 2“R1表示经过 R1R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正常情况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 16 表示无法到达， 是直接交付。但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发