计算机网络原理(陈鸣版)总复习ppt课件

1、.,计算机网络原理总复习,.,第一章 计算机网络概论,.,计算机网络的定义 计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。两种传递数据的方法： 电路交换(circuit switching) 主要用于电话网，在发送方和接收方之间通过多台交换机建立一条连接(电路circuit) 分组交换(packet switching) 主要用于计算机网络 网络实体可抽象为两种基本构件： 结点和链路 端到端原则 边缘智能，核心简单 两种文件可靠传输方案 保证文件在每两个结

2、点之间都能可靠传输 只进行发送方到接收方的端到端检查,.,几种体系结构的比较 网络三要素 语法 ：数据与控制信息的结构或格式 语义：发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应 定时：事件实现顺序的详细说明,.,四种时延,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,在结点 A 中产生 处理时延和排队时延,数据,链路,哪种时延占主导地位？,.,网络带宽 链路在一段特定的时间内所能传送的比特数的额定值 吞吐量 网络在单位时间内无差错地传输数据的能力 瓶颈链路 路径中可用带宽最小的链路) 时延与带宽乘积,.,第二章 数据通信基础,第2章 数字通信基础,.,8,奈奎斯特(Nyqui

3、st)公式-比特率与波特率,波特（baud）：码元的传输单位，1波特为每秒传送一个码元。 比特率：信号每秒钟传输的数据的位数，单位是bit/s。（即每秒钟传输0和1的个数） 波特率：波特率指的是信号每秒钟电平变化的次数，单位是Hz。（如一个信号在一秒钟内电平发生了365次变化，那么这个信号的波特率就是365Hz。与频率的概念相区别，频率是指每秒钟的周期数，而每个周期都会有几次电平变化）,第2章 数字通信基础,.,9,比特率与波特率的关系,若一个信号只有两个电平，每秒钟电平变化的次数也就是传输的0，1这两个数了，即比特率 = 波特率。 有些信号可能不止两个电平，比如一个四电平的信号，那么每个电平

4、就可以被理解成“00”，“01”，“10”，“11”，这样每次电平变化就能传输两位的数据了，即比特率 = 2 波特率。八个电平呢？ 一般地，bit rate = baud rate ，这里M就是信号电平的个数。,第2章 数字通信基础,.,10,最高数据传输速率与带宽,最高数据传输速率：信道在单位时间内可以传输的最大比特数，单位为bit/s。 带宽：信道都有一个最高的信号频率和最低的信号频率，只有在这两个频率之间的信号才能通过这个信道，这两个频率的差值就叫做这个信道的带宽，单位是Hz。（电话信道，人耳，mp3）,信道的最大数据传输速率和带宽有什么关系呢？,第2章 数字通信基础,.,11,奈奎斯特

5、（Nyquist）公式,对于一个带宽为W（Hz）的无噪声信道，最高的码元传输速率C: 如果编码方式的码元状态数为M，得出最高数据传输速率C： M为信号状态数量，W为信道带宽,第2章 数字通信基础,.,12,奈奎斯特定理的局限性,奈奎斯特定理适用的情况是无噪声信道，用来计算理论值。 没有噪声的信道在现实中是不存在的。 那么有噪声的信道该如何计算呢？香农公式给了我们答案。 信道的最高数据传输速率C可表达为 C = W log2(1 + S/N) bps 其中：W为信道带宽(以Hz为单位)；S为信道内所传信号的平均功率；N为信道内部的高斯噪声功率，S/N用来计算信噪比。,.,通信方式 单工通信 半双

6、工通信 全双工通信 两种信号 基带信号：直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输 宽带信号：基带信号调制后所形成的频分复用模拟信号,需要两条信道！,.,双绞线的类型,.,同轴与光纤,.,无线链路的特征 衰减的信号强度：当无线电信号传播通过物质时，信号削弱(路径损失) 来自其他源的干扰: 标准的无线网络频率 (如2.4 GHz)由其他设备共享 (如电话); 设备(发动机)干扰 多径传播: 无线电信号反射离开物体，以稍微不同的时间到达目的地,.,编码的目的 为使信道有效传输和接收结点有效识别，先要将比特编码为信号，再传输,.,几种编码方式,.,几种编码方式,(a)NRZ， (b)曼码， （

7、c）差分曼码,.,4B/5B编码 NRZ（0和1太多），NRZI（0太多），曼码、差分曼码编码效率太低。 4B/5B编码是百兆以太网中线路层编码类型之一，就是用5bit的二进制数来表示4bit二进制数。 目的：让码流产生足够多的跳变（即足够多的1） 两个规则： 每个5比特码组中不含多于3个“0”； 或者5比特码组中包含不少于2个“1”； 克服了NRZI编码方式中逢“1”跳变，逢“0”不跳变 导致的0过多而产生的持续高低电平的问题。 最后再用NRZI编码方式进行编码并传输，同时解决 了0和1过多的问题。,.,多路复用 数据通信系统或计算机网络系统中，传输媒体的带宽或容量往往会大于传输单一信号的需

8、求，为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号，这就是所谓的多路复用技术(Multiplexing)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing)是两种最常用的多路复用技术。,.,频分复用(FDM)和时分复用(TDM),.,波分复用（WDM） 将不同的波长多路复用到一根光纤上 一根光纤复用光波数量可达320个，一根光纤达传输10Tbps 码分多址（CDMA）

9、编码 = (原始数据) X (码片速率序列 ) 解码: 编码的信号和码片速率序列 的内积,第2章 数字通信基础,.,24,CDMA编码/解码例子1,1.用户1的码：a1=(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1) 2.用户2的码：a2=(-1 1 -1 1 1 -1 1 -1) 3.用户1的数据：d1=110 4.用户2的数据：d2=010 5.编码过程： 用户1的数据：(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(0 0 0 0 0 0 0 0) 用户2的数据：(0 0 0 0 0 0 0 0)|(-1 1 -1 1 1 -1 1 -1)|(0 0

10、 0 0 0 0 0 0) 6.叠加：(-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-2 0 -2 0 2 0 2 0)|(0 0 0 0 0 0 0 0) 7. (-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-2 0 -2 0 2 0 2 0)|(0 0 0 0 0 0 0 0) a1=110 8. (-1 -1 -1 -1 1 1 1 1)|(-2 0 -2 0 2 0 2 0)|(0 0 0 0 0 0 0 0) a2=010,第2章 数字通信基础,.,25,CDMA编码/解码例子2,时隙 1,时隙 0,Zi,m= di.cm,时隙 0 信道输出,时隙 1 信道输出,信道输出 Zi,m,

11、发送方,编码,数据比特,时隙1,时隙0,时隙 0 信道输出,时隙 1 信道输出,接收方,编码,接收的输入,.,三种交换方式 电路交换:端对端通信质量因约定了通信资源获得可靠保障，对连续传送大量数据效率高； 报文交换:无须预约传输带宽，动态逐段利用传输带宽对突发式数据通信效率高，通信迅速； 分组交换:具有报文交换之高效、迅速的要点，且各分组小，路由灵活，网络生存性能好。,.,PCM调制技术 将模拟信号转变为数字信号，PCM先要对该模拟信号进行采样 采样定理：该采样频率不能低于信号最高频率的2倍 如电话信号，最高频率为3.4 kHz，采样频率 6.8 kHz，采样的标准定为8 kHz，即采样周期为

12、125 s,.,第三章 直接连接的网络,.,成帧 面向比特的协议 5个连续1加1个0 PPP协议 面向字节的协议 DLE对ETX进行转义,01111110,01111110,.,两种处理帧差错的方法 检错重发：检测到发送方报文受损，则通知发送方重传副本 特点：差错率低的情况下效果好 适用场合：检错重发适合链路差错率很低的场合，如有线通信 前向纠错：纠错通过额外信息“预先”进行 特点：时效性好 适用场合：前向纠错适合对时间要求很高的场合，如航天和实时控制 应用层的两种前向纠错方法： 每n个块通过异或的方式得到第n+1个冗余块 每个块的低分辨率版冗余块附在下一个块上,.,奇偶校验 单比特奇偶校验

13、PER：分组差错率 BER：比特差错率 PER=1-（1-BER）N 若N*BER远小于1，则PER约为N*BER 如当N=104，BER=107时，PER=10-3。 缺陷：若出现偶数个比特差错，就讲导致一个未检出的差错。 二维比特奇偶校验 可以证明，二维比特检验可以查出所有1、2、3个比特的 差错和大部分4个比特的差错，代价是增加了冗余信息。,奇偶 比特,数据比特,0,0,奇偶差错,奇偶差错,可纠正的单比特差错,无差错,.,检验和 发送方: 将段内容作为16比特整数序列来处理 检验和: 段内容相加(补码和) 发送方将检验和的值放入 UDP 检验和字段 接收方: 计算接收到段的检验和 检查是

14、否计算的检验和等于 检验和字段的值 NO 检测到差错 YES 没有检测到差错，仍可能有错,1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1

15、 1 0 1 1 0,回卷,和,检查和(求反),和,回卷,对不同的报文，容易找到具有相同检验和的另一段报文:,I O U 1 0 0 * 9 9 B “ B,49 4F 55 31 30 30 2A 39 39 42 22 42,message,ASCII format,B2 C1 A1 AC,I O U 9 0 0 * 1 9 B “ B,49 4F 55 39 30 30 2A 31 39 42 22 42,message,ASCII format,B2 C1 A1 AC,不同的报文但相同的检验和!,报文,报文,ASCII形式,ASCII形式,.,循环冗余校验 多项式与二进制编码 如生成多

16、项式为G(x)=x4+x3+x+1， 可转换为二进制数码11011 生成多项式G(x)与信息多项式C(x) 如发送信息为 1111，则转换成信息多项式为C(x)=x3+x2+x+1。 模2除 除数对被除数最高几位做模2减 若余数最高位为1，商为1；若余数最高位为0，商为0 例：要传输的数据为：1101011011,除数设为：10011,除数设为：10011,在计算前先将原始数据后面填上4个0：11010110110000,.,可靠数据传输 SW0、1、2、3,.,流水线,.,流水线协议 - 回退N步 例子：发送窗口为3，序号范围为0，3（分组序号：2bit）,.,流水线协议 选择重传,.,选择

17、重传：窗口长度问题 例子: 序号: 0, 1, 2, 3 窗口长度 = 3 接收方：在(a)和(b)两种情况下， 接收方没有发现两者间的差别! 在 (a)中不正确地将冗余的当新的， 而(b)中不正确地将其当作冗余的 窗口长度小于等于序号空间的一半,.,多路访问协议 信道划分协议 多个发送/接收结点同时使用信道，如何协调它们共享一个信道 碰撞：结点同时接收到两个或更多信号 两条思路： 当多个结点频繁访问信道：协同结点无碰撞，统一控制效率高 当大量结点偶尔访问信道：结点随机占资源，简单算法解碰撞 三种类型： 信道划分 将信道划分为较小的“段” (时隙，频率，编码) 为每个结点分配一部分专用 轮流

18、结点轮流，信息较多的轮流发送的时间较长 随机访问 不划分信道，允许碰撞 设法从“碰撞”恢复,.,TDMA: 时分多路访问 FDMA: 频分多路访问 共同特点： 消除了碰撞且公平 结点在每个帧时间内得到了专用的传输速率R/N bps 若系统仅有少数几个有大量分组要发送的结点 分配的频率或时隙被浪费 适合场合 所有结点都持续有大量数据发送,.,轮流协议 令牌传递(无中心): 控制令牌从一个结点顺序地传递到下一个 令牌报文 关注问题: 令牌开销 时延 单点故障(令牌消失) 轮询(有中心): 主结点“邀请”从结点依次传输 关注问题: 轮询开销 时延 单点故障(主结点),.,随机访问协议 大量结点以小概

19、率发送分组 以信道全部速率R传输 结点间无优先权协调 两个或更多传输结点发送 “碰撞”(小概率) 随机访问MAC协议定义了: 如何检测碰撞 如何从碰撞中恢复 (例如，经延迟后重新传输) CSMA/CD(基于碰撞检测的载波侦听多路访问协议) 发前先听 如果侦听到信道忙, 推迟传输 如果侦听到信道空闲: 传输整个帧 边发边听 发送时侦听到信道忙, 立即停止；转发强化冲突信号 依然可能发生碰撞,.,CSMA/CD原理,.,.,截断二进制退避算法 截断二进制指数类型的退避算法:发生碰撞以后的重传原则 确定基本退避时间，一般取为争用期2 定义参数k，k=min重传次数，10，因此k不超过10 从离散的整

20、数集合0,1,2,(2k-1)中随机取出一个数，记为r，重传所需的时延就是r倍的基本退避时间。 当重传达16次仍不能成功时（这表明同时打算发送数据的结点太多），则丢弃该帧，并向上层报告。 如第一次重传，k=1，r=0或1，结点重传可选择的推迟时间是0或2 ，若再发生碰撞，则k=2，r=0,1,2,3，则重传推迟时间是0， 2 ， 4 ， 6 ，以此类推。,.,以太网 MAC地址 LAN地址=物理地址=MAC地址，通常用6字节16进制表示 如1a-03-65-3F-2e-46 共有248个LAN地址 IEEE地址分配方式：固定前24 bit，公司生成后24 bit，每个适配器具有唯一MAC地址

21、MAC地址：身份证号，IP地址：收货地址,.,以太网 帧结构 前导码: 前同步码为10101010 的7个字节，加 10101011 的一个字节 用于发送方和接收方的时钟同步 目的地址: 6字节 如果适配器接收具有匹配的目的地址或广播地址(如ARP分组)的帧, 它将帧中的数据提交给网络层协议 否则, 适配器丢弃帧 类型: 2字节，指示较高层协议 (大多数为IP但也可以支持其他类型如 Novell IPX和AppleTalk) 载荷:46-1500字节，网络层下达的数据报。 CRC: 在接收方核对;如果检测到差错，该帧被丢弃 帧间隙：当适配器检测到连续12字节没有电流，则认为一个帧结束,.,以太

22、网 协议 CSMA/CD 截断二进制退避算法 以太网 信道利用率 = LAN中的两站点之间的最大传播时间 T0 = 传输最长帧的时间 随着趋于0, 效率趋于1 随着T0趋于无穷大，效率趋于1,当a= / T0 ，效率 ,.,以太网 特点 无连接：在发送和接收适配器之间没有握手 不可靠：接收适配器不向发送适配器发送应答或否定应答 传送给网络层的数据报流可能有丢包 如果应用程序使用TCP，将能弥补丢包 否则，应用程序将发现面临丢包 CRC检验没有通过则丢弃 优点：简单且便宜，丢包问题通过传输层来弥补 以太网 标准 许多不同的以太网标准，定义了 共同的MAC协议和帧格式 不同的标准: 100BASE

23、-2,100BASE-5,100BASE-T,1000BASE-F,10GBASE-T 不同的物理层媒体 100：传输速率为100Mbps 2：传输距离不超过200米； 5：传输距离不超过500米； T：使用双绞线传输； F：使用光纤传输,.,以太网 传输距离 传输距离问题：100Mbps-100m（双绞线），1Gbps-5km（光纤） 根据 要提高传输速率，并保持以太网的效率，只能相应提高帧长或降低线路距离。,.,链路层设备 - 中继器,.,链路层设备 集线器,.,链路层设备 交换机,基于存储转发,.,交换机 自学习 泛洪,A,A,B,B,C,C,1,2,3,4,5,6,帧目的地位置未知:,

24、泛洪,目的地A位置已知：,选择性发送,交换机表(初始为空),.,交换机 3种交换方式 交换机互联,A,B,S1,C,.,虚拟局域网 没有Vlan的情况,网络中心,教1楼,A系,A系,B系,B系,C系,C系,教2楼,教3楼,.,虚拟局域网 有Vlan的情况,B系,A系,网络中心,教1楼,A系,B系,C系,C系,教2楼,教3楼,trunk,trunk,trunk,access,单臂路由,access,access,.,第四章 网络互联,.,路由的概念 路由（route）：指分组从源到目的地所经过的端到端路径。 路由选择（routing）：指在一个网络特定范围内，决定分组从源到目的地应采用的端到端路

25、径的决策过程。 关系：路由是通过路由选择得到的结果，路由选择是得到路由的过程。 路由表 静态配置：将电脑与路由器的console端口连接，使用电脑上的超级终端软件或路由器提供的配置软件就可以对路由器进行配置 优点：可人为干预路由选择过程，屏蔽某些指定目标；节省路由器带宽 缺点：不能动态发现新的和失效的路由；人工配置工作量大 动态学习：每个路由器定时把自己的路由表广播给邻居，邻居之间互相交换路由表 优点：可以动态了解网络的变化，新增、失效的路由都能动态地导致路由表做相应变化 缺点：占用网络带宽，需要停下数据转发工作来处理路由广播，维护路由表，降低了路由器的吞吐量,.,分组的直接交付和间接交付 直

26、接交付 在一个直接连接的网络上时，分组从一台主机上直接传送到另一台主机的过程 间接交付 不在一个直接连接的网络上时，源主机必须先把分组发给一个路由器 直接交付不需要通过路由器，间接交付必须通过路由器,.,网络服务模型 虚电路服务 虚电路建立：发送方发出呼叫；决定虚电路的所有路径；为每条链路分配一个VC号；在链路中每台路由器中增加一个表项 数据传输，每个分组加入VC号 数据传输完毕，拆除虚电路，清楚所有路由器中的相应表项,.,网络服务模型 数据报服务 分组带完整的目的地址，路由器能使分组到达目的地 无需建立任何虚电路，路由器里也无需维护任何有关数据报状态信息 根据目的地址在该转发表中查找输出链路

27、接口，并从该接口转发该分组 路由器中保持非常简洁的信息 在任何时刻可修改转发表，同路径的分组可能走不同的路径，可无序到达,.,IP协议 一种无连接、不可靠的分组传送服务的协议。 IP协议提供的是一种 “尽力而为”的服务。 IPv4数据包格式,.,标识、标志与片偏移,分片过程中，哪些字段会发生变化！,.,IPv4编址,二进制到十进制的转换方法！,.,IPv4地址分类,net-id 24 bit,host-id 24 bit,net-id 16 bit,net-id 8 bit,0,A 类地址,host-id 16 bit,B 类地址,C 类地址,0,1,1,D 类地址,1 1 1 0,多 播 地

28、 址,E 类地址,保 留 为 今 后 使 用,1 1 1 1 0,0,1,.,子网掩码,.,划分子网,.,例子 主机1的IP地址为146.26.27.71 主机2的IP地址为146.26.27.110 子网掩码为255.255.255.192 判断它们是不是在同一个子网上。,结论:子网号都是 0001101101，因此它们属于同一个子网！,.,超网 CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更 加有效地分配 IPv4 的地址空间。 CIDR使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号。 IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

29、一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得 路由表中的一个项目可以表示很多个原来传统分类地址的路由。 路由聚合也称为构成超网。 10.0.0.0/10 可简写为 10/10，也就是将点分十进制中低位连续的 0 省略。 10.0.0.0/10 相当于指出 IP 地址 10.0.0.0 的掩码是 255.192.0.0，即 11111111 11000000 00000000 00000000 网络前缀的后面加一个星号 * 的表示方法 如 00001010 00*，在星号 * 之前是网络前缀，而星号 * 表示 IP 地址中的主机号。,.,私有地址 10.0.0.1

30、-10.255.255.254 172.16.0.1-172.31.255.254 192.168.0.1-192.168.255.25254 广播地址 主机号全1的地址为直接广播地址（如156.25.0.128/27 的广播地址是156.25.0.159） 层次编址与路由聚合,最长前缀匹配规则： 200.19.22.161（11001000 00010011 00010110 10100001） 200.19.25.10（ 11001000 00010011 00011001 0001010 ）,.,DHCP 从DHCP获取的IP地址只能在有限的时间内使用，称之为租用期 租用期结束，主机须向

31、DHCP服务器申请续租，否则地址将被收回 DHCP的优点：即插即用，适用于人员加入、离开频繁的场合，降低了用户使用难度。 缺点：当主机在子网间移动时，连接无法维持。,.,网络地址,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,因特网部分,本地部分,因特网部分,本地部分,划分子网时 的网络地址,AND,.,128.30.33.1,0,128.30.33.13,H1,子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.1

32、28 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,划分子网后分组的转发举例,.,主机 H1 要发送分组给 H2,128.30.33.1,0,R1 的路由表（未给出默认路由器）,128.30.33.13,H1,子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 2

33、55.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,要发送的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138,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 128.30.33.138,因此 H1 首先检查主机 128.30.33.138 是否连接在本网络上 如果是，则直接交付； 否则，就送交路由器 R1，并逐项查找路由表。,.,主机 H1 首先将本子网的子网掩码 2

34、55.255.255.128 与分组的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“与”(AND 操作),.,因此 H1 必须把分组传送到路由器 R1 然后逐项查找路由表,128.30.33.1,0,R1 的路由表（未给出默认路由器）,128.30.33.13,H1,子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：

35、网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,.,路由器 R1 收到分组后就用路由表中第 1 个项目的 子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作,128.30.33.1,0,R1 的路由表（未给出默认路由器）,128.30.33.13,H1,子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129

36、,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,255.255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128 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：128.30.33.138,不一致,.,路由器 R1 再用路由表中第 2 个项目的 子网掩码和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作,128.30.33.1,0,R1 的路由表（未给出默认路由器）,128.30.33.13

37、,H1,子网1： 网络地址 128.30.33.0 子网掩码 255.255.255.128,128.30.33.130,R1,1,R2,子网2：网络地址 128.30.33.128 子网掩码 255.255.255.128,H2,128.30.33.138,0,1,128.30.33.129,H3,128.30.36.2,子网3：网络地址 128.30.36.0 子网掩码 255.255.255.0,128.30.36.12,255.255.255.128 AND 128.30.33.138 = 128.30.33.128 匹配! 这表明子网 2 就是收到的分组所要寻找的目的网络,R1 收到

38、的分组的目的 IP 地址：128.30.33.138,.,NAT：网络地址转换 内部主机 X 用本地地址 IPX 和因特网上主机 Y 通信所发送的数据报必须经过 NAT 路由器。 NAT 路由器将数据报的源地址 IPX 转换 成全球地址 IPG（注意方向！）， 但目的地址 IPY 保持不变， 然后发送到因特网。 NAT 路由器收到主机 Y 发回的数据报时， 知道数据报中的源地址是 IPY 而目的地址 是 IPG。 根据 NAT 转换表，NAT 路由器将目的 地址 IPG 转换为 IPX，转发给最终的内部 主机 X。 NAT 引起的争议: 路由器的处理上升为第三层 违反了端到端原则 地址短缺应当

39、由IPv6来解决,.,ARP： 地址解析协议 ARP表： MAC/IP地址映射,IP1,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,HA2,IP6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,IP 层上的互联网,IP2,IP4,IP3,IP5,路由器 R2,IP 数据报,在具体的物理网络的链路层 只能看见 MAC 帧而看不见 IP 数据报,工作在数据链路层！,.,A,Y,X,B,Z,主机 B 向 A 发送 ARP 响应分组,主机 A 广播发送 ARP 请求分组,ARP 请求,ARP 请求,ARP 请求,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,08-00-2B-00-E

40、E-0A,我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址,我是 209.0.0.6 硬件地址是 08-00-2B-00-EE-0A,A,Y,X,B,Z,209.0.0.5,209.0.0.6,00-00-C0-15-AD-18,.,使用 ARP 的四种典型情况,发送方是主机，要把IP数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。 发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 发送方是路由器，要把

41、IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。 发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。,.,ICMP ICMP(Internet Control Message Protocol)设计用于网络维护和管理 允许端系统或路由器报告差错情况，为网管人员提供适当的工具以查询网络结点的信息 由主机和路由器用于网络级信息的通信 回声请求/回答 ( ping使用) IP 数据报携带ICMP 报文,.,自治系统、内部网关协议与外部网关协议,R1,H1,H2,内部网关协议

42、IGP （例如，RIP）,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,IGP,EGP,EGP,EGP,内部网关协议 IGP （例如，OSPF）,外部网关协议 EGP （例如，BGP-4）,IGP,R3,R2,.,内部网关协议：RIP 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。 RIP 协议使用运输层的用户数据报 UDP进行传送（使用 UDP 的端口 520）。 因此 RIP 协议的位置应当在应用层。但转发 IP 数据报的过程是在网络层完成的。,.,距离向量

43、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 报文中的所有项目：将“下一跳”字段中的地址都改为 X，并将所有的“距离”字段的值加 1。 (2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤： 若项目中的目的网络不在路由表中，则将该项目加到路由表中。 否则 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则将收到的项 目 替换原路由表中的项目。 否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新， 否则，什么也不做。 (3) 若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则将此相邻路由器记为不可达的路由器，即将距离置为16（距离为16表 示不可达）。 (

44、4) 返回。,.,N1 7 A 无新信息，不改变 N2 5 C 相同的下一跳，更新 N3 9 C 新的项目，添加进来 N6 5 C 不同的下一跳，距离更短，更新 N8 4 E 不同的下一跳，距离一样，不改变 N9 4 F 不同的下一跳，距离更大，不改变,.,1 1 2 1 3 1 ,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,4 1 6 1 ,1 1 5 1 ,一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,“4”表示“从本路由器到网 4”,“1”表示“距离是 1”,“”表示“直接交付”,.,F,E,D,C,B,A,5

45、1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 1 的距离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 1， 距离是 2，经过 A。”,.,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 2 的距离是 1

46、。” 因此 B 现在也可以到网 2， 距离是 2，经过 A。”,.,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,A 说：“我到网 3 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 A 再到达网 3，因此这一项目不变。,.,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网

47、 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,C 说：“我到网 4 的距离是 1。” 但 B 没有必要绕道经过路由器 C 再到达网 4，因此这一项目不变。,.,F,E,D,C,B,A,5 1 6 1 ,2 1 5 1 ,3 1 4 1 ,1 1 5 1 ,路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表,网 3,网 2,网 4,网 6,网 5,网 1,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 6 2 C,C 说：“我到网 6 的距离是 1。” 因此 B 现在也可以到网 6， 距离是 2，经过 C。”,.,最终所有的路由器的路由表都更新了,F,E,D,C,B,A,1 1

48、 2 1 3 1 4 2 B 5 2 E 6 3 B,1 1 2 2 A 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F,1 2 E 2 2 D 3 3 C 4 2 C 5 1 6 1 ,1 3 B 2 3 B 3 2 B 4 1 5 2 F 6 1 ,网 2,网 6,网 5,网 1,网 3,网 4,1 2 A 2 1 3 2 A 4 3 A 5 1 6 2 F,1 2 A 2 2 A 3 1 4 1 5 3 C 6 2 C,.,R2,R1,正 常 情 况,1 1 ,1 2 R1,R1 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”,“”

49、表示“直接交付”,好消息传播得快，而坏消息传播得慢,.,R2,R1,正 常 情 况,1 1 ,1 2 R1,R2 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 R1,.,R2,R1,正 常 情 况,1 1 ,1 2 R1,R1 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，还发送原来的报文， 因为这时 R2 并不知道 R1 出了故障。,.,R2,R1,正 常 情 况,1 1 ,1 2 R1,R1 收到 R2 的更新报文后，误认为可经过 R2 到达网

50、1，于是更新自己的路由表，说：“我到网 1 的距离是 3，下一跳经过 R2”。然后将此更新信息发送给 R2。,.,R2,R1,正 常 情 况,1 1 ,1 2 R1,R2 以后又更新自己的路由表为“1, 4, R1”，表明 “我到网 1 距离是 4，下一跳经过 R1”。,.,R2,R1,R2,R1,网 1出了故障,正 常 情 况,1 1 ,1 16 ,1 5 R2,1 2 R1,1 2 R1,这样不断更新下去，直到 R1 和 R2 到网 1 的距离都增大到 16 时，R1 和 R2 才知道网1是不可达的。,这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。网络出故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分

51、钟)。这是 RIP 的一个主要缺点。,.,内部网关协议：OSPF 向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。 “链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。 只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。 OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送，可见 OSPF 的位置在网络层。,区域 0.0.0.1,区域 0.0.0.3,主干区域 0.0.0.0,至其他自治系统,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,网 8,网

52、 6,网 3,网 2,网 1,网 7,区域 0.0.0.2,网 4,网 5,R8,自治系统边界路由器,区域边界路由器,主干路由器,内部路由器,OSPF需要建立全网拓扑图！,.,OSPF的5种分组类型 类型1，问候(Hello)分组。 类型2，数据库描述(Database Description)分组。 类型3，链路状态请求(Link State Request)分组。 类型4，链路状态更新(Link State Update)分组， 用洪泛法对全网更新链路状态。 类型5，链路状态确认(Link State Acknowledgment) 分组。 OSPF 使用的是可靠的洪泛法,更新报文,R,R

53、,R,t3,ACK报文,R,t1,t2,t4,.,外部网关协议：BGP,BGP 发言人,BGP 发言人,BGP 发言人,BGP 发言人,BGP 发言人,AS1,AS3,AS2,AS5,AS4,.,BGP 发言人交换路径向量,主干网 （AS1）,地区 ISP （AS2）,地区 ISP （AS3）,本地 ISP（AS6） N5,本地 ISP（AS7） N6， N7,自治系统 AS2 的 BGP 发言人通知主干网的 BGP 发言人：“要到达网络 N1, N2, N3 和 N4 可经过 AS2。”,.,BGP 发言人交换路径向量,主干网 （AS1）,地区 ISP （AS2）,地区 ISP （AS3）,

54、本地 ISP（AS4） N1， N2,本地 ISP（AS5） N3， N4,主干网还可发出通知：“要到达网络 N5, N6 和 N7 可沿路径（AS1, AS3）。”,.,路由器的结构 路由器的性能指标 全双工线速转发：以最小分组数据长度（64bit）和最小分组间隔在路由器端口上双向传输，在不丢包的情况下，每秒钟能够传输的最大分组数。是衡量路由器性能的最重要的指标,.,移动IP,.,IPv6 IPv6用冒号十六进制表示法。 用二进制格式表示的一个IPv6地址： 0010000111011010000000000000000000000000000000000000000000000000 00

55、00001010101010000000000000111111111110000010001001110001011010 将这个128位的地址按每16位划分为8个位段: 0010000111011010 0000000000000000 0000000000000000 0000000000000000 0000001010101010 0000000000001111 1111111000001000 1001110001011010 将每个位段转换成十六进制数，并用冒号隔开: 21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A 零压缩法 IPv6地址的例子：

56、 21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A 根据零压缩法可以进一步简化表示为： 21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A 21DA:2AA:F:FE08:9C5A 注：双冒号在一个地址中只能出现一次如： 0:0:0:2AA:12:0:0:0可以简写为： :2AA:12:0:0:0或0:0:0:2AA:12:，不可:2AA:12:,.,IPv6分组与报头结构,.,IPv4到IPv6的过渡 双协议栈结构 隧道机制,.,IP多播,IP多播地址只能用于目的地址,而不能为源地址！,.,第五章 端到端协议,.,运输层协议和网络层协议的主要区别,应用进程,应用进程,IP 协议的作用范围 （提供主机之间的逻辑通信）,TCP 和 UDP 协议的作用范围 （提供进程之间的逻辑通信）,因 特 网,运输层为应用进程之间提供端到端的逻辑通信（但网络层是为主机之间提供逻辑通信）。 运输层还要对收到的报文进行差错检测。 运输层需要有两种不同的运输协议，即面向连接的 TCP 和无连接的 UDP。,.,TCP 与 UDP,UDP 在传送数据之前不需要先建立连接。对方的运输层在收到 UDP 报文后，不需要给出任何确