计算机硬件及网络互联网及其应用2-2-广域和路由原理课件

第一部分网络协议（七）

广域网技术和路由第一部分网络协议（七）

广域网技术和路由1局域网的限制局域网的限制数量：共享距离：竞争局域网的限制局域网的限制2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广域网的机制克服方法3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包交换包交换和介质共享4广域网构成广域网构成5Next-hop转发Next-hop转发6IP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头部格式版本：ipv47IP格式版本分段偏移04816192431DFIHL服务类型总长度MF标识生命期协议头部检验和源IP地址目的IP地址IP选项（如果有）填充用户数据…IP分组格式IP格式版本分段偏移04816192431DIHL服务类型总8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广域网地址明确的格式9IP地址分类IP地址分类10IP地址范围IP地址范围11IP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IP地址类：12IP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IDIP地址子网(subnetting)13IP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255.255.255.0IP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14IP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地址子网地址限制：15IP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地址子网：16IP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supernetting:17IP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地址超网：

18IP地址和物理地址的转化已知IP地址ARP已知MAC地址RARPIP地址和物理地址的转化已知IP地址19IP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直接递交：必须把IP地址映射为硬件地址20IP地址映射：ARPARP：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：ARPARP：IP地址MAC地址21IP地址映射：RARPRARP：MACIP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：RARPRARP：MACIP地址22IP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。H1H2RH3H4192.168.0.0/24192.168.0.64/28192.168.0.64/28192.168.0.0/24IP地址映射：ProxyARP代理ARP：H1H2RH3H23IP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。IP地址映射：ProxyARP第一个网络中的ARP请求会增24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概念源地址独立性25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路由和图论内部（interior）和外部交换机（exteri26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路由表的生成和计算defaultroute27最短路径计算Dijkstra算法最短路径和权值最短路径计算Dijkstra算法28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； } } } }最短路径计算算法给定：指定源点和边赋权的图29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）分布式路由计算各自计算30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； } }矢量距离路由vector-distance

目标、到目标距离31SPF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）SPF链路状态路由32IP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转发三种路由方式：33IP转发getdestinationIPaddressDifnetwork(D)==directlyattachednetwork{ ARP:D->MACaddress putinlinklayerframe forwardElse foreachentryinroutingtable{ if(D&subnetmask)==network(entry){ getnexthopaddressN ARP:N->MACaddress putinlinklayerframe forward } }}IP转发getdestinationIPaddress34第一部分网络协议（七）

广域网技术和路由第一部分网络协议（七）

广域网技术和路由35局域网的限制局域网的限制数量：共享距离：竞争局域网的限制局域网的限制36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广域网的机制克服方法37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包交换包交换和介质共享38广域网构成广域网构成39Next-hop转发Next-hop转发40IP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头部格式版本：ipv441IP格式版本分段偏移04816192431DFIHL服务类型总长度MF标识生命期协议头部检验和源IP地址目的IP地址IP选项（如果有）填充用户数据…IP分组格式IP格式版本分段偏移04816192431DIHL服务类型总42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广域网地址明确的格式43IP地址分类IP地址分类44IP地址范围IP地址范围45IP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IP地址类：46IP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IDIP地址子网(subnetting)47IP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255.255.255.0IP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48IP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地址子网地址限制：49IP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地址子网：50IP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supernetting:51IP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地址超网：

52IP地址和物理地址的转化已知IP地址ARP已知MAC地址RARPIP地址和物理地址的转化已知IP地址53IP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直接递交：必须把IP地址映射为硬件地址54IP地址映射：ARPARP：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：ARPARP：IP地址MAC地址55IP地址映射：RARPRARP：MACIP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：RARPRARP：MACIP地址56IP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。H1H2RH3H4192.168.0.0/24192.168.0.64/28192.168.0.64/28192.168.0.0/24IP地址映射：ProxyARP代理ARP：H1H2RH3H57IP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。IP地址映射：ProxyARP第一个网络中的ARP请求会增58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概念源地址独立性59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路由和图论内部（interior）和外部交换机（exteri60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路由表的生成和计算defaultroute61最短路径计算Dijkstra算法最短路径和权值最短路径计算Dijkstra算法62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