TCPIP协议原理英文版课件：Chapter 5 Delivery and Routing of IP Packets

2022/10/29TCP/IPProtocolSuite1ArchitectureoftheInternetInformation:IPpacketNode:routerChannel:physicalnetworkSelectthepathForwardIPpacketsR2ABC逻辑地址R1R3R4R5R6物理地址2022/10/29TCP/IPProtocolSuite2RoutingandDeliveryRouting（路由选择，选路）Findingtheroute(nexthop)foradatagram——决定分组发向何方，建立路由表Forward（转发）Thewayapacketisdeliveredtothenextstation将分组放到去往目的节点的路由上（查路由表）Delivery（交付，递交）——分组在物理网络里传输到目的地/下一跳Thewayapacketishandledbytheunderlyingnetworksunderthecontrolofthenetworklayer在一个物理网络内，分组的实际传输（按照路由选择的结果，在物理网络里执行）Routedprotocol:沿选定的路径交付分组Routingprotocol:寻找到达目的的最佳路径

Route1Route2SourceDestinationIP协议Route， 路由,路径Routing，路由,路由选 择，选路2022/10/29TCP/IPProtocolSuite3Chapter5Delivery,Forwarding,

andRoutingofIPPackets（IP分组交、转发和路由选择）ConnectionDeliveryRoutingmethods(Forwarding)Staticvs.dynamicroutingRoutingtableandroutingmoduleClasslessaddressing:CIDR2022/10/29TCP/IPProtocolSuite4Connection-orientedvs.ConnectionlessServices网络层向上层提供两类分组交付的服务：Connection-orientedServicesConnectionlessServices面向连接无连接通信过程建立连接交付分组终止连接交付分组路由选择仅在建立连接时选路每个分组独立选路传输路径相同可以不同那么IP协议是提供何种类型的服务？2022/10/29TCP/IPProtocolSuite5DiscussionIP分组传输环境多个网络多个路由器多条可能的路径IP通信——无连接通信多种网络都能满足的通信方式允许多种选路策略（如：带宽、延时）尽最大努力交付，best-effortdelivery差异：通信能力、分组长度、延时独立选路2022/10/29TCP/IPProtocolSuite6Chapter5Delivery,Forwarding,

andRoutingofIPPackets（IP分组交、转发和路由选择）ConnectionDeliveryRoutingmethods(Forwarding)Staticvs.dynamicroutingRoutingtableandroutingmoduleClasslessaddressing:CIDR2022/10/29TCP/IPProtocolSuite7交付的含义交付：网络层监控底层物理层完成对分组的传输处理首先，查路由表决定分组的下一个接收者——交付类型（在物理网内，谁来收？）再根据交付类型执行地址映射（找到IP地址对应的物理地址）

（这个接收者的物理地址是多少？）直接交付，需要映射的IP地址是目的站点的IP地址间接交付，需要映射的IP地址是下一跳路由器的接收接口地址2022/10/29TCP/IPProtocolSuite8Directvs.IndirectDeliveryDirectdelivery（直接交付）分组最终目的站点与分组的交付者（发送接口）在同一个IP网络中

将分组直接投递给目的站点更准确：二者在逻辑上属于同一个IP网络，物理上属于同一个物理网络Indirectdelivery（间接交付）分组最终目的站点与分组的交付者（发送接口）在不同IP网络中

将分组投递给路由器Net1Net2SD1D2directdeliverydirectdeliveryindirectdelivery是否需要经过路由器？配合物理网络传输2022/10/29TCP/IPProtocolSuite9Net2Directvs.IndirectDeliveryNet1Net4AR1CNet3R3B主机直接交付：将分组交付给目的站点间接交付：将分组交付给给默认网关（Nexthop）路由器（多条Internet连接）直接交付：将分组交付给目的站点（从哪一个接口送出？）间接交付：交付给下一跳路由器（从哪一个接口送出？）交付是按照路由选择的结果执行下一步操作2022/10/29TCP/IPProtocolSuite10Net1Net2Net3IPA

IP11

IP12

IP21

IP22

IPB

间接交付：NextHop（下一跳）SrcIP=IPA，DstIP=IPB1stdelivery：2nddelivery：3thdelivery：indirect，Next-hopIP=IP11

indirect，Next-hopIP=IP21

direct，DstIP=IPB

主机A的默认网关怎样确定下一跳？2022/10/29TCP/IPProtocolSuite11交付判断交付方式分组目的网络地址与发送者所在的网络地址是否一致目的IP&

发送者掩码

==发送者所在网络地址相等：直接交付不等：间接交付地址映射：实际的投递是由物理网络执行

网络层需要将路由上下一个接收者IP地址物理地址直接交付：分组目的IP地址对应的物理地址间接交付：下一跳IP地址物理地址？ARP根据目的IP地址从路由表中获取下一跳路由器根据下一跳IP地址获取其物理地址2022/10/29TCP/IPProtocolSuite12Discussion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Net1Net2Net3AB11122122（IPA,IPB）（PhA,Ph11）（IPA,IPB）（Ph12,Ph21）（IPA,IPB）（Ph22,PhB）2022/10/29TCP/IPProtocolSuite13IndirectDeliveryConfigurationoftheHostWindows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：ipconfig2022/10/29TCP/IPProtocolSuite14思考下图所示的以太网中，哪几对主机间能进行IP通信？哪几对不能进行IP通信？为什么？SolutionIP网内：直接交付目的IP地址IP网间：间接交付下一跳IP地址（路由器）能通信：AB，CD不能通信：不同IP网内的主机间，因为没有路由器/24/24/24/24ABCD2022/10/29TCP/IPProtocolSuite15Chapter5Delivery,Forwarding,

andRoutingofIPPackets（IP分组交、转发和路由选择）ConnectionDeliveryRoutingmethods(Forwarding)Staticvs.dynamicroutingRoutingtableandroutingmoduleClasslessaddressing:CIDR2022/10/29TCP/IPProtocolSuite16路由表：转发的关键路由选择：决定分组将发往何处，即在从源到目的节点间形成一条路径（由路由器与连接路由器的网络组成）转发：决定下一个接收者——查路由表判断交付类型需要遍历直连网络，才能决定是否是直接交付找到下一跳需要遍历非直连网络，才能找到合适的下一跳交付：按照查表结果将分组交予物理网络实施传输地址映射路由表：转发的关键交付执行查找路由表的结果2022/10/29TCP/IPProtocolSuite17路由表记录的关键信息记录该路由器所有可达的网络地址及掩码所有直连网络所有已知的非直连网络记录到达每一个网络的下一跳路由器（next-hop）IP地址，以及转发网络接口如果是直接交付，下一跳路由器IP地址为空Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface路由表项（至少4项）2022/10/29TCP/IPProtocolSuite18理解路由表表项基于网络层的角度，对于每一个分组的转发只有两种方式：分组的目的站点与本机在同一个IP网络——将分组通过物理网络直接投递给目的站分组的目的站点与本机不在同一个IP网络——将分组投递给同一物理网络中能够到达目的站点的路由器（下一跳路由器）Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface路由表项（至少4项）Net2Net1Net4AR1CNet3R3B“我能到达的IP网络”“我把分组交给谁可以到达目的网络”2022/10/29TCP/IPProtocolSuite19基于路由表的交付过程读取一条路由表项判断：

MASK

&分组中的目的IP地址==NetworkAddress如果相等（匹配），读取表项中下一跳IP地址（Next-hopAddress），映射为物理地址，再将物理地址和分组一起交付给对应接口（Interface）的数据链路层若下一跳IP地址为空，直接将分组中的目的IP地址映射为物理地址如果不等，读取下一条路由表项，重复上述操作遍历路由表，若仍无匹配项，丢弃分组路由表项？Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface2022/10/29TCP/IPProtocolSuite20基于路由表的交付过程2022/10/29TCP/IPProtocolSuite21ExampleDst.NetworkNext-hopAddressIPMaskN1Mask1－N2Mask2I12N3Mask3I12N4Mask4I13Dst.NetworkNext-hopAddressIntfIPMaskN1Mask1I212N2Mask2－2N3Mask3－1N4Mask4I212I11I12I13I21I22I42I41I31I32Net1N1,Mask1Net2N2,Mask2Net4N4,Mask4Net3N3,Mask3212022/10/29TCP/IPProtocolSuite22路由表的设计路由表的设计：尽可能简化路由表记录的内容方法1：Next-HopRoutingRoutingtableholdsonlytheaddressofthenexthopinsteadofthecompleteroute

2022/10/29TCP/IPProtocolSuite23方法2：Network-specificrouting路由表记录网络地址，而非该网络中的每一个主机地址2022/10/29TCP/IPProtocolSuite24方法3：Host-specificrouting（特定主机路由）Arouteforaspecifichost路由表项的特征：Mask:all1s会降低路由表查表效率FunctionRoutecheckSecurityManagementNet2I2,Mask2Net3I3,Mask3I22I31Net1I1,Mask1I32I21I12I11IAIBMaskIPI12Mask3I3－Mask1I1Next-hopAddressDst.NetworkI11/32IBNet3HostB2022/10/29TCP/IPProtocolSuite25方法4：Defaultrouting（默认路由）Useadefaultrouteifnoentryfordestinationnetworkintheroutingtable路由表项的特征：Destinationnetworkaddress=Destinationnetworkmask=FunctionMaketheroutingtablesmallerAlotofroutinginformationishidden2022/10/29TCP/IPProtocolSuite26MaskIPI－Mask2I2－Mask1I1Next-hopAddressDst.NetworkExampleHostRouterRestoftheInternetNet1I1,Mask1Net2I2,Mask2I13I12I21I11DefaultRouterMaskIP地址II12Mask2I2－Mask1I1Next-hopAddressDst.Network2022/10/29TCP/IPProtocolSuite27Discussion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Net1到Net2的路径可能与从Net2到Net1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Net1Net2ADBCENet1ABCNet2Net1ADENet22022/10/29TCP/IPProtocolSuite28MaskIPI22/0－Mask1I1Next-hopAddressDst.Network－Mask2I2MaskIPI21/0－Mask2I2Next-hopAddressDst.Network－Mask3I3思考主机和路由器的默认路由设置Net1I1,Mask1Net2I2,Mask2I31I11I21I22Net4Net3I3,Mask3Net4I4,Mask4Routingloops2022/10/29TCP/IPProtocolSuite29Chapter5Delivery,Forwarding,

andRoutingofIPPackets（IP分组交、转发和路由选择）ConnectionDeliveryRoutingmethods(Forwarding)Staticvs.dynamicroutingRoutingtableandroutingmoduleClasslessaddressing:CIDR2022/10/29TCP/IPProtocolSuite30路由表的形成：Staticvs.DynamicRoutingStaticrouting（静态路由选择）Arouteisformedandupdated

manuallyAdvantages:lowprocessoroverhead,nobandwidthutilization,secure,andpredictabilityDisadvantages:highmaintenance,noadaptabilityDynamicrouting（动态路由选择）ArouteisdiscoveredandupdatedbyoneofthedynamicroutingprotocolsAdvantages:highadaptability,lowmaintenanceDisadvantages:highprocessoroverhead,highbandwidthutilization2022/10/29TCP/IPProtocolSuite31Chapter5Delivery,Forwarding,

andRoutingofIPPackets（IP分组交、转发和路由选择）ConnectionDeliveryRoutingmethods(Forwarding)Staticvs.dynamicroutingRoutingtableandroutingmoduleClasslessaddressing:CIDR2022/10/29TCP/IPProtocolSuite32RoutingTableandRoutingModulePolicy！DirectdeliveryDefaultrouteNetwork-specificdeliveryHost-specificdelivery最长匹配（longestmatch）搞清以下几个问题：路由表的结构有哪些类型路由表项如何查找路由表项Thelongestprefixmatch2022/10/29TCP/IPProtocolSuite332022/10/29TCP/IPProtocolSuite34RoutingTableFlagsU Therouterisupandrunning.G Thedestinationisinanothernetwork.H Host-specificaddress.…Interface:thenameoftheinterface发送接口MaskDestinationAddressNext-hopaddressFlagsReferencecountUseInter-face………………………………UG…………4…………20……m2……2022/10/29TCP/IPProtocolSuite35Example:aHost’sRoutingTable2022/10/29TCP/IPProtocolSuite36Example1/260/284/28RARCRB6/3000/302022/10/29TCP/IPProtocolSuite37RoutingTableofRouterRARA#

showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet0显示的顺序2022/10/29TCP/IPProtocolSuite38问题在RA的路由表中查找到达以下目的的路径5052022/10/29TCP/IPProtocolSuite39Solution：RA#showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet02022/10/29TCP/IPProtocolSuite40Solution：5RA#showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet02022/10/29TCP/IPProtocolSuite41Solution：05RA#showiproute…………/24isvariablysubnetted,6subnets,3masksC6/30isdirectlyconnected,serial1C00/30isdirectlyconnected,serial0R4/28[120/1]via7,serial1R0/28[120/1]via02,serial0C/26isdirectlyconnected,ethernet0没有匹配项，路由选择失败，发送ICMP差错报文2022/10/29TCP/IPProtocolSuite42Example2路由器R1的路由表如下：Mask Destination NextHop Interface -- m0 -- m2 -- m1 m1 m1 m m0根据以上路由表画出网络拓扑图。2022/10/29TCP/IPProtocolSuite43SolutionMask Destination NextHop Interface -- m0 -- m2 -- m1 m1 m1 m m0/16/16因特网的其余部分/16m1/16m2/16m0R/162022/10/29TCP/IPProtocolSuite44Chapter5Delivery,Forwarding,

andRoutingofIPPackets（IP分组交、转发和路由选择）ConnectionDeliveryRoutingmethods(Forwarding)Staticvs.dynamicroutingRoutingtableandroutingmoduleClasslessaddressing:CIDR2022/10/29TCP/IPProtocolSuite45ClasslessAddressing:CIDRClasslessInter-DomainRouting无类别域间路由Aroutingtechnology,notaroutingprotocolRFC1518，RFC1519Function:reducethesizeoftheroutingtable无类型编址核心思想是Variable-lengthblocks根据网络规模需求分配，每增加一个IP网络（地址块），就需要在路由表中多增加1条路由表项，那么如何减少路由表项呢？2022/10/29TCP/IPProtocolSuite46CIDR方法：分层路由和分地区路由选择Hierarchicalrouting（分层路由选择）：遵循Internet分层结构（国际/国家ISP地区ISP本地ISP用户）本地ISP分配地址块a.b.c.d/n，本地ISP根据用户需求进一步划分地址块，但是该ISP的所有用户都具有相同的地址前缀对于Internet上的其他用户（路由器），不需要知道ISP内部地址块的划分，发往该ISP网络中的某个地址的分组，都应该首先发送到该ISP的边界网关结论：该本地ISP的所有用户，对于其他路由器只有1条路由表项geographicalrouting（分地区路由选择）HierarchicalRouting2022/10/29TCP/IPProtocolSuite472022/10/29TCP/IPProtocolSuite48RouteAggregation/264/2628/2692/26m0m1m2m3m4R1R2Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface/26IPR1.m4m04/26IPR1.m4m028/26IPR1.m4m092/26IPR1.m4m0/0Defaultgatewaym4m0m4Internet中

的路由器R2路由表（聚合前）Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface/24IPR1.m4m0/0Defaultgatewaym4R2路由表（聚合后）2022/10/29TCP/IPProtocolSuite49Routeaggregation（路由聚合）在采用无类型编址时，为了减少路由表项需要考虑采用Routeaggregation（路由聚合）路由聚合：将多个地址块聚合成一个大的地址块，从而减少路由表的表项数能聚合的地址块应该具有相同的前缀——如何实现？在IP规划时，尽量使多个网络的地址块能够落在同一个大的IP地址块内NET1NET3NET2IPBlock28/2692/2724/2728/252022/10/29TCP/IPProtocolSuite50路由聚合条件首先，聚合的网络应该可以通过同一个下一跳路由器达到其次，这些网络的IP地址空间可以形成一个更大的地址块2022/10/29TCP/IPProtocolSuite51RouteAggregation/24/24R1R2IR1IR24：00000105：0000010254：1111111001014&254=45&254=4/23IR2IR1Network/MaskNext-hop/24IR2/24IR2/24/24R2R3IR1IR2R12022/10/29TCP/IPProtocolSuite52地址聚合与最长掩码匹配/264/2628/2692/26m0m1m2m3R1R2m0m2R3m0m2Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface92/26IPR3.m2m1/24IPR1.m3m0/0默认路由m2m1Network

AddressMaskNext-hopAddressInterface/26-m04/26-m128/26-m/0默认路由m3R2路由表R1路由表2022/10/29TCP/IPProtocolSuite53RoutingTableSearchAlgorithmsClassfuladdressingTheroutingtableisdividedinto3partsbasedonclassA,B,andCEachaddresshasself-containedinformationthatfacilitatesroutingtablesearchingClasslessaddressingTheroutingtableisdividedinto32partsbasedonthesizeofprefixThesimplestmethod:longestmatch（最长匹配）Othermethods：tree,trie（线索搜索）,…2022/10/29TCP/IPProtocolSuite54路由聚合实例某公司的园区网覆盖了A、B两栋大楼，使用路由器R1、R2和R3互联公司的各个部门子网。具体网络结构如下图所示：A楼财务部R2R1E0E0S0B楼R3E1A管理部S0S1S0E0研发部工程部路由器交换机主机/服务器以太网链路点到点串行链路B该公司园区网内部使用/24的IP地址空间，采用VLSM技术划分IP子网。公司各部门中需要上网的主机和服务器数量，以及路由器R1、R2和R3的串行接口IP地址如下表所示：大楼部门子网PC机数服务器数路由器接口IP地址A楼财务部85R1S0管理部151S129B楼研发部403R2S0工程部202R3S03032166432442022/10/29TCP/IPProtocolSuite55路由聚合实例根据题目条件，划分各部门子网要求：同一栋大楼内的各部门子网应尽可能聚合2022/10/29TCP/IPProtocolSuite56解题思路：确定聚合地址块题目要求“同一栋大楼内的各部门子网应尽可能聚合”地址块能够聚合的必要条件是：同一栋楼内的网络地址属于同一个“大”地址块所以，首先确定各个“大”地址块的地址空间2栋楼2个地址块楼A地址空间需求为32+16+4=52