TCPIP-Lecture5 IP分组交付和路由选择

1、TCP/IP协议第五讲IP分组交付、转发和路由选择1本讲内容直接交付和间接交付转发技术静态路由和动态路由选择路由选择模块和路由表的设计2022/10/102引言互联网结构信息：IP分组节点：路由器信道：物理网络 选择路径 传送 IP 分组202.115.1.32/27 202.115.1.33 202.115.1.34 202.115.1.35 202.115.1.33202.115.1.64/27 202.115.1.65 202.115.1.66 202.115.1.67 202.115.1.97202.115.1.96/27 202.115.1.98 202.115.1.99路由器网络3

2、网络2网络1主机A主机BFE0FE1FE2 202.115.1.32/27 FE0 202.115.1.64/27 FE1 202.115.1.96/27 FE2 目的网络/掩码 接口路由表2022/10/103IP分组交付和路由选择Delivery （交付，递交）对分组的物理转发直接交付和间接交付Routing（路由选择，选路）为分组寻找路径静态路由和动态路由Routing protocol : 寻找到达目的的最佳路径 Route 1Route 2SourceDestinationRoute，路由路径Routing ，路由路由选择 选路2022/10/1045.1 直接交付和间接交付直接交付

3、分组目的与分组的发送接口在同一IP网络中间接交付分组目的与分组的发送接口在不同IP网络中Net 1Net 2源目的1目的2Direct DeliveryIndirect Delivery2022/10/105交付过程交付方式判断分组目的IP与发送接口是否在同一IP网络中判断方法：目的IP & 发送口掩码 = 发送口IP & 发送口掩码？相等：直接交付不等：间接交付交付操作1.地址映射：IP地址 物理地址直接交付：目的IP 地址 物理地址间接交付：下一跳IP地址 物理地址2.封装成数据链路帧发送ARP2022/10/106Net 1Net 2Net 3IPA IP11 IP12 IP21 IP2

4、2 IPB 下一跳IP地址源IP = IPA，目的IP = IPB第1次交付：第2次交付：第3次交付：间接交付，下一跳IP = IP11 间接交付，下一跳IP = IP21 直接交付，目的IP = IPB 主机A的默认网关R1R22022/10/107主机的间接交付设置Windows使用TCP/IP与网外通信时使用的间接交付地址，一般设置为可与外网进行通信的路由器。命令：ipconfig2022/10/108讨论一次交付过程0或多个间接交付+1个直接交付（最后的交付）分组:（源IP地址，目的IP地址）保持不变帧:（源物理地址，目的物理地址）逐跳改变Net 1Net 2Net 3AB111221

5、22（IPA , IPB）（PhA , Ph11）（IPA , IPB）（Ph12 , Ph21）（IPA , IPB）（Ph22 , PhB）R1R22022/10/1095.2 转发转发把分组放到去终点的路由上要求：主机或路由器装有路由表本节学习内容转发技术分类编址的转发无分类编址的转发地址聚合技术2022/10/10105.2.1 转发技术基本思想：不是收到IP分组后才为其选路，而是 预先获得到所有目的的路由IP报文查找路由表按预定的路由转发预定路由：路由表（route table）主机和路由器都用路由表实现报文的发送、转发转发技术：下一跳方法特定网络方法特定主机方法默认方法2022/1

6、0/1011下一跳方法（ Next-hop method ）路由表中只保留下一跳地址，而不是完整的路径简化路由，使用尽可能少的信息实现选路2022/10/1012特定网络方法 Network-specific method特定网络方法包含了下一跳方法 把连接在同一个网络上的所有主机看成一个路由表项。使路由表减小、查找过程简化2022/10/1013特定主机方法 Host-specific routing思想为某台主机单独指定一条路由实现掩码值全1 主机掩码作用：降低效率换取更多控制主机自己定义投递路径安全，作用不大Net 2I2，Mask2Net 3I3，Mask3I22I31Net 1I1，

7、Mask1I32I21I12I11IAIBI1AI1A发送接口maskIP地址I11Mask3I3直接投递Mask1I1下一跳地址目的网络I1AI12/32IBNet 3Host BIC2022/10/1014默认方法，Default route思想指定一默认路由器，当IP分组的目的网络没有出现在选路表中时，则把IP分组送给默认路由器实现目的网络地址=0.0.0.0目的网络掩码=0.0.0.0作用定义一个分组默认流向 的IP地址使路由表变得很小隐藏大量的网络路由信息2022/10/10155.2.2 分类编址的转发分类编址的特点存在默认掩码分类编址转发模块：2022/10/1016分类编址的转

8、发原理每个路由器有A类B类C类三张路由表，如果路由器支持多播，还有D类路由表路由表由网络地址，下一跳IP地址，路由器物理端口号组成分组首先提取目的地址，计算出网络地址，找到对应类的路由表，通过网络地址找到下一跳IP地址(如果为空则直接交付)，通过下一跳IP地址和路由器物理端口号使用ARP找到物理地址，然后传输给数据链路层，发送到下一跳当分组按照3的流程一直转发到最后一个目的网络的路由器，路由器会检查其子网掩码，如果有，计算出子网网络地址，查找路由表继续转发，如果没有则直接交付17Example 1Show the routing tables for router R1 . If R1 rec

9、eives a packet with destination address 192.16.7.14. Show how the packet is forwarded.2022/10/1018R1的路由表2022/10/10195.2.3 无分类编址的转发无分类编址的特点：地址空间是一个实体，没有类别分组目的地址得不到网络地址的线索解决方法：路由表中包含掩码2022/10/1020Example 2Make a routing table for router R1 using the configuration in next slideIf a packet arrives at R1

10、 with the destination address 180.70.65.140， Show the forwarding process 2022/10/1021例 2180.70.65.1402022/10/10225.2.4 地址聚合202.4.5.0/24202.4.4.0/24202.4.5.0/24202.4.4.0/24R1R2R2R3IR1IR2IR1IR24：5：254：001014&254=45&254=4202.4.4.0/23IR2IR1R1目的网络/掩码下一跳发送接口/24IR2IR1/24IR2IR1202.4.4.0202.4.5.02022/10/1023

11、地址聚合推论如果把掩码再向左缩小1 bit，则该表项能实现对.4、.5、.6、.7四个网络的寻址，条件是这四个网络的路径都通过同样的下一跳。如果把连续的IP地址块合理地组织，可以在路由器中有效的合并选路项数-地址聚合有效减少关键路由器选路表项，充分发挥路由器的转发性能2022/10/1024地址聚合示例2022/10/1025分层分地区路由选择2022/10/1026转发讨论无分类编址使路由表项数量增加了吗？路由表的大小只与网络的个数有关，与每个网络的大小（包含的主机数多少）无关路由器独立选路，从A到B的路径可能与从B到A的路径不是同一条只有最后一个路由器才知道目的主机是否存在Net 1Net

12、 2ADBCENet 1ABCNet 2Net 1ADENet 22022/10/10275.3 路由选择路由选择涉及的问题： 创建路由表 维护路由表创建路由表 路由表初始化和路由发现过程推导初始路由直连网络 直连路由无法推导部分手工设置 静态路由路由器间交换选路信息 动态路由维护路由表 路由更新过程（网络拓扑改变时）手工、静态更新路由协议自动、动态更新2022/10/10285.3.1 静态和动态路由选择静态路由选择Static routing管理员手工设置管理员手工更新不能保证路由的一致性和及时性管理性强没有路由开销小型、变化缓慢网络动态路由选择Dynamic routing路由自动发现路

13、由自动更新保证路由的一致性和及时性管理性较弱产生一定的路由开销大型、迅速变化网络2022/10/10295.4 路由选择模块和路由表的设计IP分组的发送选路表IP报文选路算法目的IP下一跳IPARP物理网NI 接口直接投递 下一跳IP目的IP间接投递 下一跳IP中继IP发送报文目的物理地址IP报文2022/10/1030IP分组的接收主机路由器接收报文IP报文I1I2I3dIP与I1、I2、I3相符?丢弃dIP与I1、I2、I3不符接收报文IP报文I1I2I3dIP与I1、I2、I3相符?dIP与I1、I2、I3不符转发路由器结构：输入端口,路由选择处理器,交换结构,输出端口2022/10/1

14、031IP路由模块在整个IP模块中的位置2022/10/1032路由选择模块和路由表2022/10/1033路由选择算法用IP分组中的目的IP地址查找路由表，使用匹配表项的下一跳地址完成分组交付匹配条件dIP & Mask ( i ) = destNet ( i )查找方法顺序查找，直至找到第一个匹配表项关键：路由表表项的排列顺序直连路由 特定主机路由 网络路由 默认路由2022/10/1034路由表查找算法Classful addresses路由表中无掩码信息哈希算法：利用分类地址的自标识性提取网络部分，计算哈希值作为表项索引路由表查找顺序Direct deliveryHost-specif

15、ic routeIndirect deliveryDefault routeDestination addressNext hop addressNext hop addressDefault gatewayARP2022/10/1035Classless addresses按掩码长度进行最长匹配（longest match）查找用IP分组中的目的IP地址查找路由表，使用匹配表项的下一跳地址完成分组交付匹配条件：dIP & Mask ( i ) = Net ( i )查找算法：遍历、二叉树、层压缩二叉树等,直至找到最长的匹配表项关键：路由表的查找顺序直连路由 主机路由 网络路由 默认路由最长匹

16、配（longest match）the best route is one of the matched routes with the largest number of 1s in its mask2022/10/1036Why we use longest match ?Mask: 255.255.255.255Mask: 255.255.255.252“small” networkMask: 255.255.255.224Mask: 255.255.255.0“larger” networkMask: 0.0.0.0“largest network”-Internet当有多个路由表项与

17、分组的目的地址匹配的时候，具有最长子网掩码的路由表项是到目的地址的最佳选择项2022/10/1037练习 1192.168.1.0/26192.168.1.80/28192.168.1.64/28RARCRB192.168.1.96/30192.168.1.100/30192.168.1.97192.168.1.98192.168.1.101192.168.1.1022022/10/1038Route Table of Router RARA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.

18、168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.100/30 is directly connected, serial0R 192.168.1.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.168.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet0显示的顺序C ： ConnectedR： RIPS： StaticO： OSPF2022/10/1039问题在RA的路由表

19、中查找到达以下目的的路径192.168.1.2192.168.1.65192.168.1.1272022/10/1040解答：192.168.1.2RA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.100/30 is directly connected, serial0R 192.168.1.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.1

20、68.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet02022/10/1041解答：192.168.1.65RA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.100/30 is directly connected, serial0R 192.168.1

21、.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.168.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet02022/10/1042解答：192.168.1.127RA# show ip route192.168.1.0/24 is variably subnetted, 5 subnets, 3 masksC 192.168.1.96/30 is directly connected, serial1C 192.168.1.10

22、0/30 is directly connected, serial0R 192.168.1.64/28 120/1 via 192.168.1.97, serial1R 192.168.1.80/28 120/1 via 192.168.1.102, serial0C 192.168.1.0/26 is directly connected, ethernet0没有匹配项，路由选择失败，发送ICMP差错报文2022/10/1043练习 2路由器R1的路由表如下：MaskDestinationNext HopInterface255.255.0.0110.70.0.0-m0255.255.0.0180.14.0.0-m2255.255.0.0190.17.0.0-m1255.255.0.0130.4.0.0190.17.6.5m1255.255.0.0140.6.0.0180.14.2.5m20.0.0.00.0.0.0110.70.4.6m0根据以上路由表画出网络拓扑图。2022/10/1044解答Mask DestinationNext Hop Interface255.255.0.0 110.70.0.0- m0255.255.0.0 180.14.0.0- m2255.255.0.0 190.17.0.0- m1255.255.0.0 130.4.0.0190.17.