尋址與路由技術(shù)

1、尋址與路由技術(shù) n ip地址 n arp協(xié)議 n ip地址的擴展 n internet的組播 n internet群組管理協(xié)議 n 自舉與動態(tài)配置 n 端口與套接字 n 域名系統(tǒng)dns n 路由選擇 n 路由表 n 路由器 地址的理解 ninternet上的任意兩個用戶要通信，要求必須 明確的地址有： n哪兩個網(wǎng)絡通信 n哪兩個網(wǎng)絡子網(wǎng)通信 n哪兩臺主機通信 n不同主機的哪個進程通信 ip地址的理解 n網(wǎng)際協(xié)議 ip n地址解析協(xié)議 arp n因特網(wǎng)控制報文協(xié)議 icmp n因特網(wǎng)組管理協(xié)議 igmp ip地址的擴展 n透明路由器 n委托arp n標準ip子網(wǎng) n超網(wǎng)編址 透明路由器編址擴展示

2、意 委托arp原理示意 子網(wǎng)編址 超網(wǎng)編址 n構(gòu)成超網(wǎng)原因 qip協(xié)議中規(guī)定的ip地址有a、b、c三類不是平均分 配的，a類地址總共才126個，b類16382個，c類 卻多于200萬個； q對c類地址的需求發(fā)展緩慢，只分配出去一小部分； qb類地址現(xiàn)已分配完了。 n超網(wǎng)編址的方法采用了與子網(wǎng)編址相反的方式。 某組織內(nèi)不用一個地址來代表多個物理網(wǎng)絡， 而是用多個ip網(wǎng)絡地址代表一個組織。 因特網(wǎng) 206.0.68.0/22 206.0.64.0/18 isp 大學 x 一系 二系 三系四系 206.0.71.128/26 206.0.71.192/26 206.0.68.0/25 206.0.6

3、8.128/25 206.0.69.0/25 206.0.69.128/25 206.0.70.0/26 206.0.70.64/26 206.0.70.128/26 206.0.70.192/26 206.0.70.0/24206.0.71.0/25 206.0.71.0/26 206.0.71.64/26 206.0.71.128/25 206.0.68.0/23 單位 地址塊 二進制表示 地址數(shù) isp 206.0.64.0/18 11001110.00000000.01* 16384 大學 206.0.68.0/22 11001110.00000000.010001* 1024 一系

4、206.0.68.0/23 11001110.00000000.0100010* 512 二系 206.0.70.0/24 11001110.00000000.01000110.* 256 三系 206.0.71.0/25 11001110.00000000.01000111.0* 128 四系 206.0.71.128/25 11001110.00000000.01000111.1* 128 cidr 地址塊劃分舉例 ip 地址 131.6.23.13 端口號 1500 131.6.23.13, 1500 插口(socket) 套接字(socket) ntcp 使用“連接”(而不僅僅是“端口

5、”)作為 最基本的抽象，同時將 tcp 連接的端點稱為 插口(socket)，或套接字、套接口。 n插口和端口、ip 地址的關(guān)系是： 路由技術(shù) 路由選擇 n所謂路由選擇是指網(wǎng)絡根據(jù)通信情況，例如， 可用的數(shù)據(jù)鏈路，各條鏈路中的信息流量等情 況，按照一定的策略(例如，傳輸時間最短或 傳輸路徑最短等)，選擇一條可用的傳輸路徑， 把信息發(fā)往目標主機。 路由選擇算法的設計原則 n信息在網(wǎng)絡中傳輸?shù)钠骄鶗r延最小，所經(jīng)歷的結(jié)點數(shù) 最少，所經(jīng)歷的數(shù)據(jù)鏈路公里最少，亦即路程最短。 n網(wǎng)絡的適應性強。 n路徑選擇的算法不應過份地增加網(wǎng)絡和各個結(jié)點中的 開銷。 n當網(wǎng)絡負荷較重時，特別是當網(wǎng)絡負荷不均勻時，應 能

6、分散傳輸信息量。 n路徑控制的算法應比較簡單，且易于軟件實現(xiàn)。 路由選擇算法和路由選擇協(xié)議 n路由選擇算法 q建立路由表所采用的一些數(shù)學方法就是我們所說的 路由選擇算法 n路由選擇協(xié)議 q為路由器提供建立最佳路徑所需要的相互共享的路 由信息。 q路由信息只能由路由器或收方讀取并解釋，。中繼 器與網(wǎng)橋就不能識別網(wǎng)絡層信息，它們沒有路由選 擇功能，只能傳送和轉(zhuǎn)發(fā)分組 交換機和路由器的差別 n交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，主要完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接，而 路由器工作在網(wǎng)絡層，它的主要功能是路由選擇。 n路由器連接不同網(wǎng)絡的，而交換機是在一個特定的網(wǎng) 絡中連接許多主機的。 n路由器使用ip協(xié)議，而交換機使用廣域網(wǎng)的特

7、定協(xié)議。 n路由器的路由表可與其他路由器交換，而交換機之間 不交換路由表信息。 n在查找路由表時，路由器根據(jù)目的站所在的網(wǎng)絡號找 出下一站(即下一個路由器)，而交換機則根據(jù)目的站所 接入的交換機號找下一站(即下一個結(jié)點交換機)。 路由選擇算法 n靜態(tài)路由選擇算法 q最短路由選擇(屬經(jīng)典算法) q擴散法(屬魯棒性強的算法) q基于流量的路由選擇(兼顧了拓撲結(jié)構(gòu)與負荷) n動態(tài)路由選擇算法 q距離矢量路由選擇 q鏈路狀態(tài)路由選擇 n分級路由選擇 n移動主機的路由選擇 n廣播路由選擇 n多點播送路由選擇 最短路由選擇dijkstra算法 n結(jié)點e的路由表 目的結(jié)點后繼結(jié)點 a b c d f g h

8、 b b f f f g f 擴散法 n收到的每一個分組，從除了分組到來的線路外的所有 輸出線路上發(fā)出。 n應用領(lǐng)域 q在軍事應用中，大批的路由器隨時都可能被炸毀得所剩無幾， 所以非常希望采用具有很結(jié)實的擴散方式； q在分布式數(shù)據(jù)庫應用中，有時需要并行地更新所有數(shù)據(jù)庫； q作為一種尺度來衡量其他路由選擇算法。 n擴散總是選擇最短路徑，因為它并行地選擇每一條可 能的路徑。所以，沒有其他算法能產(chǎn)生一個更短的延 遲。 基于流量的路由選擇 n基本想法 q對某一給定的線路，如果已知載荷量與平均流量， 那么就可能由隊列原理計算出該線路上的平均分組 延遲。 q由所有的線路平均延遲，可直接計算出流量加權(quán)的 平

9、均值，從而得到整個網(wǎng)絡的平均分組延遲。 q路由選擇問題就歸結(jié)為如何找出產(chǎn)生網(wǎng)絡最小延遲 的路由選擇算法。 基于流量的路由選擇 (a)用kb/秒表示線路載荷的子網(wǎng)； (b)用分組/秒表示通信量和路由選擇矩陣 n采用了平均分組長度為800比特的網(wǎng)絡的分析 i線路i(分組/s) ci(kb/s) ci(分組/s) ti(ms) 權(quán)值 1ab142025910.171 2bc122025770.146 3cd61012.51540.073 4ae112025710.134 5ef135062.5200.159 6fd81012.52220.098 7bf102025670.122 8ec8202559

10、0.098 距離矢量路由選擇 rip路由協(xié)議 n采用距離向量算法，即路由器根據(jù)距離選擇路由。 n路由器收集所有可到達目的地的不同路徑，并且保存 有關(guān)到達每個目的地的最少站點數(shù)的路徑信息，除到 達目的地的最佳路徑外，任何其它信息均予以丟棄。 同時路由器也把所收集的路由信息用rip協(xié)議通知相 鄰的其它路由器。這樣，正確的路由信息逐漸擴散到 了全網(wǎng)。 nrip使用非常廣泛，它簡單、可靠，便于配置。 nrip只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡，因為它允許的最大站 點數(shù)為15，任何超過15個站點的目的地均被標記為不 可達。 nrip每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡的廣播 風暴的重要原因之一。 鏈路狀態(tài)路由選

11、擇 n發(fā)現(xiàn)它的鄰居結(jié)點，并知道其網(wǎng)絡地址。 n測量到它各鄰居結(jié)點的延遲或開銷。 n組裝一個分組以告之它剛知道的所有信息。 n將這個分組發(fā)送給所有其他路由器。 n計算到每個其他路由器的最短路徑。 ospf路由協(xié)議 nospf是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議，需要每個路 由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài) 廣播信息。 n在ospf的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息、所有 的量度和其它一些變量。 n利用ospf的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信 息，并根據(jù)一定的算法計算出到每個結(jié)點的最短路徑。 n減少了網(wǎng)絡開銷，增加了網(wǎng)絡的穩(wěn)定性 q當源和目的地在同一區(qū)時，采用區(qū)內(nèi)路由選擇； q當源和目的地

12、在不同區(qū)時，則采用區(qū)間路由選擇。 n當一個區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時并不影響自治域內(nèi)其 它區(qū)路由器的正常工作，這也給網(wǎng)絡的管理、維護帶 來方便。 bgp和bgp-4路由協(xié)議 nbgp是為tcp/ip互聯(lián)網(wǎng)設計的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于 多個自治域之間。 n主要功能是與其它自治域的bgp交換網(wǎng)絡可達信息。 各個自治域可以運行不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。 nbgp更新信息包括網(wǎng)絡號/自治域路徑的成對信息。 自治域路徑包括到達某個特定網(wǎng)絡須經(jīng)過的自治域串， 這些更新信息通過tcp傳送出去，以保證傳輸?shù)目煽?性。 n為了滿足internet日益擴大的需要，bgp還在不斷地 發(fā)展。在最新的bgp-4中，還可以將相似路由合

13、并為 一條路由。 移動主機的路由選擇 n一個連著多個lan，多個man和無線蜂窩單元 的wan。 n移動用戶的分組路由選擇 廣播路由選擇 n源端簡單地發(fā)送一個獨特的分組到每一個目的端 q浪費帶寬，需要源端有全部目的端的完整清單。 n擴散法 q生成了太多的分組和消耗太大的帶寬。 n多目的地路由選擇 q每個分組含有一張目的地清單，當分組到達路由器時，路由器 檢查所有的目的地，以確定將需要用的輸出線路集合。 n路由器生成樹 q路由器根據(jù)生成樹的線路，進行廣播分組復制。 q帶寬得到最佳的利用，每個路由器必須知道它的可用生成樹 n逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā) q路由器檢查廣播到達的分組，查看該分組是否來自于通常用于 發(fā)

14、送分組到廣播源的線路， q如果是，路由器將此分組復制轉(zhuǎn)發(fā)到除進入線路外的所有線路。 q如果不是，那么分組就被當作副本而扔掉。 廣播路由選擇 n逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)(reverse path forwarding) 一個子網(wǎng)； 一個生成樹 由逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)造的樹 多點播送路由選擇 小組1的多點播送網(wǎng) 小組2的多點播送樹 一個子網(wǎng) 最左邊路由器的生成樹 n特定主機路由，是前綴長度為32比特的路由表表項。 n網(wǎng)絡前綴路由，是前綴長度為131比特的路由表項。 n缺省路由，是前綴長度為0的路由表項。 n首先是特定主機路由，其次是網(wǎng)絡前綴路由，最后為缺省 路由。 路由表 目的地址前綴長度下一跳地址接口 7.7.7

15、.99 7.7.7.0 0.0.0.0 32 24 0 路由器r1 路由器r2 路由器r3 a a a 路由表的生成 n靜態(tài)配置路由表項 q由用戶或網(wǎng)管人員手工配置，路由表通過手工配置 的結(jié)點仍可以接收icmp重定向報文，也可以通過 動態(tài)路由協(xié)議學習其他路由。 nicmp重定向 q路由器可以通過向主機發(fā)送icmp重定向報文，告 訴它可選另一臺路由器作為下一跳結(jié)點。 n動態(tài)路由協(xié)議 q通過路由協(xié)議自動交換路由信息。 路由器 n在網(wǎng)絡間截獲發(fā)送到遠地網(wǎng)段的報文，起轉(zhuǎn)發(fā)的作用。 n選擇最合理的路由，引導通信。 n把大的數(shù)據(jù)包分解成適當大小的數(shù)據(jù)包，到達目的地 后再把分解的數(shù)據(jù)包包裝成原有形式。 n多協(xié)議的路由器可以連接使用不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡段， 作為不同通信協(xié)議網(wǎng)絡段通信連接的平臺。 n路由器的主要任務是把通信引導到目的地網(wǎng)絡，然后 到達特定的結(jié)點站地址。 路由器的分組處理 n分組或許尋址到路由本身，則路由器測定出分組中剩下的全部信 息。 n若分組中目的地址是同一網(wǎng)中，路由器僅將分組向前傳送。 n若有篩選被采用，路由器對照表檢查分組的地址，若有必要，可