高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)PPT課件

1、2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)1 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 第第四四章章 tcp/iptcp/ip 及其相關(guān)協(xié)及其相關(guān)協(xié)議議 史忠植史忠植 中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2內(nèi)容提要內(nèi)容提要4.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng) 4.2 4.2 網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議ip ip 4.3 4.3 基本路由選擇基本路由選擇 4.4 4.4 路由器路由器 4.5 4.5 下一代網(wǎng)際協(xié)議下一代網(wǎng)際協(xié)議ipv6 ipv6 4.6 4.6 傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議tcptcp4.7 4.7 tcp/ip tcp/ip 與與 atmatm結(jié)合結(jié)合4.8

2、 4.8 ip over sdhip over sdh4.94.9基于基于ipip交換的集群路由交換的集群路由 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)34.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)互連網(wǎng)互連網(wǎng)( (internet)internet)是泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的計(jì)算是泛指由多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連而成的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)機(jī)網(wǎng)絡(luò), , 它使得互連接的計(jì)算機(jī)用戶可以進(jìn)行通信，即從功能它使得互連接的計(jì)算機(jī)用戶可以進(jìn)行通信，即從功能上和邏輯上看，這些機(jī)器互連在一起，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。要上和邏輯上看，這些機(jī)器互連在一起，組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。要使網(wǎng)絡(luò)互連在一起，必須要通過中繼系統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)的所使網(wǎng)絡(luò)互連在一起，

3、必須要通過中繼系統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)的所在的層次，分為下列五種中繼系統(tǒng)：在的層次，分為下列五種中繼系統(tǒng)：（1 1） 物理層中繼系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)發(fā)器（物理層中繼系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)發(fā)器（repeaterrepeater）。）。 （2 2） 數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)橋或橋接器（數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)橋或橋接器（bridgebridge）。）。（3 3） 網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即路由器（網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)，即路由器（routerrouter）。）。（4 4） 網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器（網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器（brouterbrouter）。）。 (5) (5) 網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即稱為網(wǎng)關(guān)（網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即稱

4、為網(wǎng)關(guān)（gatewaygateway）。）。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)44.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)當(dāng)前世界最大的、開放的互連網(wǎng)是因特網(wǎng)，即當(dāng)前世界最大的、開放的互連網(wǎng)是因特網(wǎng)，即internet,internet,由眾由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，采用多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，采用tcp/iptcp/ip協(xié)議族協(xié)議族。internetinternet使得世界各地的計(jì)算機(jī)用戶通過高速網(wǎng)絡(luò)共享信息使得世界各地的計(jì)算機(jī)用戶通過高速網(wǎng)絡(luò)共享信息資源。資源。 internet網(wǎng)始于網(wǎng)始于 60 年代年代, 前身是由美國聯(lián)邦政府開發(fā)的前身是由美國聯(lián)邦政府開發(fā)的 ar

5、panet 網(wǎng)。網(wǎng)。1965年年 mit林肯實(shí)驗(yàn)室的林肯實(shí)驗(yàn)室的tx-2和系統(tǒng)開發(fā)公和系統(tǒng)開發(fā)公司司santa monica的的an/fsq-32通過一根專用通過一根專用1200bps電話線電話線(沒沒有分組交換有分組交換)直接連接直接連接;后來數(shù)據(jù)設(shè)備公司后來數(shù)據(jù)設(shè)備公司dec的計(jì)算機(jī)加入以的計(jì)算機(jī)加入以形成形成實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。1967年第一份有關(guān)年第一份有關(guān)arpanet的設(shè)計(jì)論文由的設(shè)計(jì)論文由larry roberts發(fā)表出版發(fā)表出版:多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)間通信多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)間通信,三三支獨(dú)立的分組網(wǎng)絡(luò)隊(duì)伍支獨(dú)立的分組網(wǎng)絡(luò)隊(duì)伍(rand、npl、arpa)首次會(huì)合。首次會(huì)合。20

6、21-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)54.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)位于英格蘭位于英格蘭middlesex的英國國家物理研究所的英國國家物理研究所(npl)在在donald watts davies的努力下開發(fā)了的努力下開發(fā)了npl數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。npl網(wǎng)絡(luò)是在分網(wǎng)絡(luò)是在分組交換上的一次實(shí)驗(yàn)組交換上的一次實(shí)驗(yàn),使用了使用了768kbps的帶寬。的帶寬。1968年年bolt beranek&newman公司公司(bbn)贏得贏得arpanet承包工程。承包工程。bbn選擇了選擇了honeywell微型計(jì)算機(jī)來作為創(chuàng)建交換機(jī)的基礎(chǔ)。微型計(jì)算機(jī)來作為創(chuàng)建交換機(jī)的基礎(chǔ)。1969年年arpan

7、et網(wǎng)絡(luò)于網(wǎng)絡(luò)于1969年建成年建成,連接了四個(gè)節(jié)點(diǎn)連接了四個(gè)節(jié)點(diǎn):洛杉磯的加洛杉磯的加利福尼亞大學(xué)、斯坦福的利福尼亞大學(xué)、斯坦福的sri、圣巴巴拉的加利福尼亞大學(xué)和圣巴巴拉的加利福尼亞大學(xué)和猶他大學(xué)。該網(wǎng)絡(luò)通過猶他大學(xué)。該網(wǎng)絡(luò)通過50kbps電路接通。電路接通。1970年在春季聯(lián)合計(jì)年在春季聯(lián)合計(jì)算機(jī)會(huì)議算機(jī)會(huì)議(sjcc)上首次發(fā)表原始上首次發(fā)表原始arpanet主機(jī)主機(jī)-主機(jī)協(xié)議主機(jī)協(xié)議arpa網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)-主機(jī)通信協(xié)議主機(jī)通信協(xié)議 。第一個(gè)無線電分組網(wǎng)。第一個(gè)無線電分組網(wǎng)絡(luò)絡(luò),akiga網(wǎng)于網(wǎng)于7月開始運(yùn)行。它是由夏威夷大學(xué)的月開始運(yùn)行。它是由夏威夷大學(xué)的norman ab

8、ramson發(fā)展而來的。于發(fā)展而來的。于1972年與年與arpanet相連接相連接,arpanet的主機(jī)開始使用第一個(gè)主機(jī)的主機(jī)開始使用第一個(gè)主機(jī)-主機(jī)協(xié)議主機(jī)協(xié)議,即網(wǎng)絡(luò)控制即網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議協(xié)議(ncp)。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)64.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)19711971年年 bbnbbn的的ray tomlinsonray tomlinson發(fā)明了電子郵件程序發(fā)明了電子郵件程序, ,可以通過分可以通過分布式網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。最初的電子郵件程序是從兩個(gè)其他程序中布式網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息。最初的電子郵件程序是從兩個(gè)其他程序中派生出來的。它們是派生出來的。它們是: :機(jī)器內(nèi)電子郵件程序機(jī)器

9、內(nèi)電子郵件程序( (sendmsg)sendmsg)和實(shí)驗(yàn)性和實(shí)驗(yàn)性的文件傳送程序的文件傳送程序( (cpynet)cpynet)。19721972年年bbnbbn的的ray tomlinsonray tomlinson又為又為arpanetarpanet修改了電子郵件程序修改了電子郵件程序, ,它很快就風(fēng)行起來。它很快就風(fēng)行起來。tomlinsontomlinson從模型從模型3333電傳打字機(jī)的符號鍵中選中電傳打字機(jī)的符號鍵中選中 來表示來表示 在在 的意思。的意思。19731973年年arpanetarpanet第一次實(shí)現(xiàn)國際連接第一次實(shí)現(xiàn)國際連接, ,是在英國倫敦大學(xué)與挪威是在英國倫敦

10、大學(xué)與挪威norsarnorsar之間。來自斯坦福的之間。來自斯坦福的vint cerfvint cerf和和darpadarpa的的bob kahnbob kahn開始開始領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組開發(fā)后來被稱為領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)小組開發(fā)后來被稱為tcp/iptcp/ip的協(xié)議。利用這種新的協(xié)的協(xié)議。利用這種新的協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互連。議可以實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互連。cerfcerf和和kahnkahn于于9 9月在英國月在英國布賴頓的布賴頓的sussexsussex大學(xué)國際網(wǎng)絡(luò)工作小組中提出了基本的互連思大學(xué)國際網(wǎng)絡(luò)工作小組中提出了基本的互連思想。想。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)74.1 4

11、.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)19811981年由計(jì)算機(jī)科學(xué)家與年由計(jì)算機(jī)科學(xué)家與delawaredelaware、purduepurdue大學(xué)、大學(xué)、wisconsinwisconsin大學(xué)、大學(xué)、randrand公司和公司和bbnbbn聯(lián)合開發(fā)建立聯(lián)合開發(fā)建立csnet(csnet(計(jì)算機(jī)科學(xué)網(wǎng)計(jì)算機(jī)科學(xué)網(wǎng)),),使使用的是用的是nsfnsf批準(zhǔn)的種子基金。它的用途是為大學(xué)科學(xué)家們提供批準(zhǔn)的種子基金。它的用途是為大學(xué)科學(xué)家們提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)( (特別是電子郵件特別是電子郵件),),它沒有對它沒有對arpanetarpanet的訪問權(quán)。的訪問權(quán)。csnetcsnet后來成為著名的計(jì)算機(jī)與科學(xué)網(wǎng)。后來

12、成為著名的計(jì)算機(jī)與科學(xué)網(wǎng)。dcadca和和arpaarpa制定傳輸控制定傳輸控制協(xié)議制協(xié)議( (tcp)tcp)和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議( (ip),ip),它們一起做為一個(gè)協(xié)議組合被它們一起做為一個(gè)協(xié)議組合被人們普遍視為用于人們普遍視為用于arpanetarpanet網(wǎng)的網(wǎng)的tcp/iptcp/ip。這樣一來就出現(xiàn)了對這樣一來就出現(xiàn)了對 internetinternet的最早一個(gè)定義的最早一個(gè)定義, ,即為網(wǎng)絡(luò)的連接組合即為網(wǎng)絡(luò)的連接組合, ,特別是指那特別是指那些使用些使用tcp/iptcp/ip的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò), ,也就是說也就是說 internetinternet是連接起來的是連接起來的t

13、cp/iptcp/ip互連網(wǎng)絡(luò)?；ミB網(wǎng)絡(luò)。19831983年與年與arpanetarpanet聯(lián)網(wǎng)的每臺機(jī)器都必須使聯(lián)網(wǎng)的每臺機(jī)器都必須使用用tcp/iptcp/ip。tcp/iptcp/ip成為核心成為核心internetinternet協(xié)議協(xié)議, ,徹底取代徹底取代ncpncp。威斯威斯康星大學(xué)創(chuàng)建域名系統(tǒng)康星大學(xué)創(chuàng)建域名系統(tǒng)( (dns)dns)。該系統(tǒng)使包可以定向傳輸?shù)揭辉撓到y(tǒng)使包可以定向傳輸?shù)揭粋€(gè)域名個(gè)域名, ,服務(wù)器數(shù)據(jù)庫將把域名轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫將把域名轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的ipip數(shù)字。這樣數(shù)字。這樣, ,由由于人們不必再記憶數(shù)字于人們不必再記憶數(shù)字, ,訪問其它服務(wù)器就容易得多。

14、訪問其它服務(wù)器就容易得多。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)84.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)arpanet分成分成arpanet和和milnet。后者與頭一年創(chuàng)建的后者與頭一年創(chuàng)建的國防數(shù)據(jù)網(wǎng)合并。國防數(shù)據(jù)網(wǎng)合并。113個(gè)現(xiàn)存網(wǎng)點(diǎn)中的個(gè)現(xiàn)存網(wǎng)點(diǎn)中的68個(gè)網(wǎng)點(diǎn)歸于個(gè)網(wǎng)點(diǎn)歸于milnet。milnet為軍方服務(wù)為軍方服務(wù),arpanet支持先進(jìn)研究部門支持先進(jìn)研究部門,國防部繼國防部繼續(xù)對這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供支持。續(xù)對這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供支持。1984年引入域名系統(tǒng)年引入域名系統(tǒng)(dns)。1985年年usc的信息科學(xué)機(jī)構(gòu)的信息科學(xué)機(jī)構(gòu)(isi)負(fù)責(zé)通過負(fù)責(zé)通過dca對對dns進(jìn)行基本管理進(jìn)行基本管理,s

15、ri負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)dns nic注冊。注冊。3月月15日第一個(gè)注冊域名問世日第一個(gè)注冊域名問世,即即s, 其他最先注冊的還有其他最先注冊的還有:,礙礙, , , , .uk。1986年創(chuàng)建了年創(chuàng)建了nsfnet(基干速度為基干速度為56kbps),nsf建立了五個(gè)超級計(jì)算中心以建立了五個(gè)超級計(jì)算中心以提供高計(jì)算能力。這五個(gè)中心分別為位于普林斯頓的提供高計(jì)算能力。這五個(gè)中心分別為位于普林斯頓的jvnc、茲堡的茲堡的psc、ucsd的的sdsc、uiun的的ncsa、科內(nèi)爾的理論科內(nèi)爾的理論中心。這樣就使得

16、連接的數(shù)量迅猛增大中心。這樣就使得連接的數(shù)量迅猛增大,特別是來自大學(xué)的連接特別是來自大學(xué)的連接。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)94.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)19901990年年timtim berners berners-lee-lee和日內(nèi)瓦的和日內(nèi)瓦的cerncern實(shí)施了一種超文本系實(shí)施了一種超文本系統(tǒng)統(tǒng), ,向國際高能物理界提供高效的信息訪問。向國際高能物理界提供高效的信息訪問。crencren的一個(gè)關(guān)鍵的一個(gè)關(guān)鍵特征是特征是, ,它的運(yùn)行成本完全由會(huì)員機(jī)構(gòu)支付的費(fèi)用來承擔(dān)。它的運(yùn)行成本完全由會(huì)員機(jī)構(gòu)支付的費(fèi)用來承擔(dān)。19911991年年cerncern發(fā)布了環(huán)球信息網(wǎng)發(fā)布了

17、環(huán)球信息網(wǎng)( (www)www)，開發(fā)者是開發(fā)者是timtim berners berners- -leelee，這使這使internet internet 飛速發(fā)展。飛速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)層是傳輸載體和用戶之間的接口，是通信子網(wǎng)的邊界。由網(wǎng)絡(luò)層是傳輸載體和用戶之間的接口，是通信子網(wǎng)的邊界。由于通信子網(wǎng)通常由異種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，因此網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議必須隱藏低于通信子網(wǎng)通常由異種網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，因此網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議必須隱藏低層物理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，把通信問題從細(xì)節(jié)中解放出來，通過提供層物理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，把通信問題從細(xì)節(jié)中解放出來，通過提供通用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使得低層網(wǎng)絡(luò)向用戶和應(yīng)用程序透明。網(wǎng)絡(luò)通用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，使得低層網(wǎng)絡(luò)向用戶和應(yīng)用程序

18、透明。網(wǎng)絡(luò)層的服務(wù)應(yīng)滿足：層的服務(wù)應(yīng)滿足： 服務(wù)與通信子網(wǎng)無關(guān)，即通信子網(wǎng)的數(shù)量、類型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)服務(wù)與通信子網(wǎng)無關(guān)，即通信子網(wǎng)的數(shù)量、類型和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對傳輸層來說是透明的；對傳輸層來說是透明的； 傳輸層所獲得的網(wǎng)絡(luò)地址是統(tǒng)一編號的，即使傳輸過程中跨傳輸層所獲得的網(wǎng)絡(luò)地址是統(tǒng)一編號的，即使傳輸過程中跨越了多個(gè)越了多個(gè)lanlan或或wanwan。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)104.1 4.1 互連網(wǎng)互連網(wǎng)因特網(wǎng)中的通信工作方式如下：傳輸層從上層應(yīng)用程序獲取數(shù)因特網(wǎng)中的通信工作方式如下：傳輸層從上層應(yīng)用程序獲取數(shù)據(jù)流并其分成最大長度為據(jù)流并其分成最大長度為6464kbkb的數(shù)據(jù)報(bào)。每個(gè)數(shù)

19、據(jù)報(bào)經(jīng)過一個(gè)的數(shù)據(jù)報(bào)。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過一個(gè)或者多個(gè)同構(gòu)或者異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，其間可能會(huì)被分為更小的或者多個(gè)同構(gòu)或者異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，其間可能會(huì)被分為更小的分段。當(dāng)所有的分段都到達(dá)目的地的時(shí)候，由網(wǎng)絡(luò)層把它們重分段。當(dāng)所有的分段都到達(dá)目的地的時(shí)候，由網(wǎng)絡(luò)層把它們重組為原來的數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)完整地傳到傳輸層后，被插入傳輸組為原來的數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)完整地傳到傳輸層后，被插入傳輸層進(jìn)程的輸入流中。層進(jìn)程的輸入流中。所以在網(wǎng)絡(luò)層，因特網(wǎng)可以被看作一組相互連接的子網(wǎng)或自治所以在網(wǎng)絡(luò)層，因特網(wǎng)可以被看作一組相互連接的子網(wǎng)或自治系統(tǒng)。將因特網(wǎng)連接在一起的是網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議（系統(tǒng)。將因特網(wǎng)連接在一起的是網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議（ipip

20、）。）。ipip服務(wù)服務(wù)是不可靠的，即它不能保證數(shù)據(jù)無差錯(cuò)地到達(dá)目的端，也不保是不可靠的，即它不能保證數(shù)據(jù)無差錯(cuò)地到達(dá)目的端，也不保證順序到達(dá)，由傳輸層負(fù)責(zé)恢復(fù)各種可能的錯(cuò)誤。證順序到達(dá)，由傳輸層負(fù)責(zé)恢復(fù)各種可能的錯(cuò)誤。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)114.2 4.2 網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議ipip因特網(wǎng)中的通信工作方式如下：傳輸層從上層應(yīng)用程序獲取數(shù)因特網(wǎng)中的通信工作方式如下：傳輸層從上層應(yīng)用程序獲取數(shù)據(jù)流并其分成最大長度為據(jù)流并其分成最大長度為6464kbkb的數(shù)據(jù)報(bào)。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過一個(gè)的數(shù)據(jù)報(bào)。每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過一個(gè)或者多個(gè)同構(gòu)或者異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，其間可能會(huì)被分為更小的或者多個(gè)同構(gòu)或者異

21、構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的傳輸，其間可能會(huì)被分為更小的分段。當(dāng)所有的分段都到達(dá)目的地的時(shí)候，由網(wǎng)絡(luò)層把它們重分段。當(dāng)所有的分段都到達(dá)目的地的時(shí)候，由網(wǎng)絡(luò)層把它們重組為原來的數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)完整地傳到傳輸層后，被插入傳輸組為原來的數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)完整地傳到傳輸層后，被插入傳輸層進(jìn)程的輸入流中。層進(jìn)程的輸入流中。所以在網(wǎng)絡(luò)層，因特網(wǎng)可以被看作一組相互連接的子網(wǎng)或自治所以在網(wǎng)絡(luò)層，因特網(wǎng)可以被看作一組相互連接的子網(wǎng)或自治系統(tǒng)。將因特網(wǎng)連接在一起的是網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議（系統(tǒng)。將因特網(wǎng)連接在一起的是網(wǎng)絡(luò)互連協(xié)議（ipip）。）。ipip服務(wù)服務(wù)是不可靠的，即它不能保證數(shù)據(jù)無差錯(cuò)地到達(dá)目的端，也不保是不可靠的，即它不能保證數(shù)據(jù)無差錯(cuò)

22、地到達(dá)目的端，也不保證順序到達(dá)，由傳輸層負(fù)責(zé)恢復(fù)各種可能的錯(cuò)誤。證順序到達(dá)，由傳輸層負(fù)責(zé)恢復(fù)各種可能的錯(cuò)誤。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)124.2 4.2 網(wǎng)際協(xié)議網(wǎng)際協(xié)議ipipipip是是internet protocolinternet protocol的縮寫。的縮寫。ipip協(xié)議是協(xié)議是internetinternet一系列協(xié)一系列協(xié)議的核心內(nèi)容議的核心內(nèi)容, ,主要負(fù)責(zé)無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸主要負(fù)責(zé)無連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸, ,從而實(shí)現(xiàn)廣域異從而實(shí)現(xiàn)廣域異種網(wǎng)絡(luò)的互連。目前種網(wǎng)絡(luò)的互連。目前internetinternet使用的使用的ipip協(xié)議是協(xié)議是ipv4(ip ipv4(i

23、p version 4)version 4)。ipv4ipv4協(xié)議是協(xié)議是internetinternet標(biāo)準(zhǔn)制定組織在標(biāo)準(zhǔn)制定組織在19811981年年9 9月月確定的正式標(biāo)準(zhǔn)確定的正式標(biāo)準(zhǔn), ,即第即第5 5呈標(biāo)準(zhǔn)呈標(biāo)準(zhǔn)( (rfc 791 internet protocol)rfc 791 internet protocol)?，F(xiàn)在，現(xiàn)在，ipip協(xié)議已經(jīng)是協(xié)議已經(jīng)是internetinternet上廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，上廣泛應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在在19971997年企業(yè)和服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)中年企業(yè)和服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)中, ,ipip協(xié)議在其中所占比重協(xié)議在其中所占比重超過超過70%70

24、%。與與ipip協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議：協(xié)議配套使用的還有三個(gè)協(xié)議： 地址解析協(xié)議地址解析協(xié)議arparp（address resolution protocoladdress resolution protocol）；）； 反向地址解析協(xié)議反向地址解析協(xié)議rarp(reverse address resolution rarp(reverse address resolution protocol)protocol)； internet internet控制報(bào)文協(xié)議控制報(bào)文協(xié)議icmp(internet control message icmp(internet control mess

25、age protocol)protocol)。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)13ipip協(xié)議及其配套協(xié)議協(xié)議及其配套協(xié)議應(yīng)用層應(yīng)用層 各種應(yīng)用層協(xié)議各種應(yīng)用層協(xié)議 (telnet,ftp,smtp(telnet,ftp,smtp 等等) ) 運(yùn)輸層運(yùn)輸層 tcptcp udpudp 網(wǎng)際層網(wǎng)際層 tcmptcmp ipip rarprarp arparp 網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)絡(luò)接口層 與各種網(wǎng)絡(luò)接口與各種網(wǎng)絡(luò)接口 物理硬件物理硬件 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)14ipip地址地址ipip協(xié)議是數(shù)據(jù)流動(dòng)的中心。協(xié)議是數(shù)據(jù)流動(dòng)的中心。ipip地址就是給每一個(gè)連接在地址就是給每一個(gè)連接

26、在internetinternet上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍唯一的地址。上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍唯一的地址。ipip地址地址的尋址過程是這樣的：先按的尋址過程是這樣的：先按ipip地址中的網(wǎng)絡(luò)號地址中的網(wǎng)絡(luò)號net-idnet-id把網(wǎng)絡(luò)找把網(wǎng)絡(luò)找到，再按主機(jī)號到，再按主機(jī)號host-idhost-id把主機(jī)找到。把主機(jī)找到。ipip地址指出了連接到某地址指出了連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)計(jì)算機(jī)。個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)計(jì)算機(jī)。這了便于管理，這了便于管理，ipip地址分為地址分為a a、b b、c c、d d、e e五類。常用的五類。常用的a a類、類、b b類和類和c c類地址都由兩個(gè)字段組成，即：網(wǎng)

27、絡(luò)號字段類地址都由兩個(gè)字段組成，即：網(wǎng)絡(luò)號字段net-idnet-id。a a類、類、b b類和類和c c類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段分別為類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段分別為1 1，2 2和和3 3字節(jié)長，在網(wǎng)字節(jié)長，在網(wǎng)絡(luò)號字段的最前面有絡(luò)號字段的最前面有1313bitbit的類別比特，其數(shù)值規(guī)定為的類別比特，其數(shù)值規(guī)定為0,100,10和和110110。主機(jī)號字段。主機(jī)號字段host-idhost-id。a a類、類、b b類和類和c c類地址的主機(jī)號字段類地址的主機(jī)號字段分別為分別為3 3，2 2和和1 1字節(jié)長。字節(jié)長。d d類地址是多播地址，類地址是多播地址，e e類地址預(yù)留。類地址預(yù)留。2021-12

28、-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)15ipip地址地址網(wǎng)絡(luò)類別 最 大 網(wǎng) 絡(luò)數(shù) 第 一 個(gè) 可用 的 網(wǎng) 絡(luò)號 最后一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號 每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)數(shù) a 126 1 126 16,777,214 b 16,382 128.1 191.254 65,534 c 2,097,150 192,0,1 223.255.254 254 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)16ipip地址地址一般常用一般常用3232bitbit的的ipip地址中的每地址中的每8 8 個(gè)比特個(gè)比特的等效十進(jìn)制表示的等效十進(jìn)制表示ipip地址，產(chǎn)并且在這些地址，產(chǎn)并且在這些數(shù) 字 之 間 加 上 一 個(gè) 點(diǎn) 。 如

29、地 址數(shù) 字 之 間 加 上 一 個(gè) 點(diǎn) 。 如 地 址0 0 表示地址表示地址10000000 10000000 00001011 00000011 0001111000001011 00000011 00011110。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)17ipip地址地址tcp/ip體系規(guī)定用一個(gè)體系規(guī)定用一個(gè)32bit的子網(wǎng)掩碼來表示子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼來表示子網(wǎng)號字段的長度。具體做法是：子網(wǎng)掩碼由一連串的號字段的長度。具體做法是：子網(wǎng)掩碼由一連串的“1”和一連串的和一連串的“0”組成。組成?！?”對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號和對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號字段，而子網(wǎng)號字

30、段，而“0”對應(yīng)于主機(jī)號字段。例如子網(wǎng)對應(yīng)于主機(jī)號字段。例如子網(wǎng)掩碼為：掩碼為：11111111 11111111 11111111 00000000，前三，前三個(gè)字節(jié)全個(gè)字節(jié)全1，代表對應(yīng)，代表對應(yīng)ip地址中最高的三個(gè)字節(jié)為網(wǎng)地址中最高的三個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址；后一個(gè)字節(jié)全絡(luò)地址；后一個(gè)字節(jié)全0，代表對應(yīng)，代表對應(yīng)ip地址中最后的地址中最后的一個(gè)字節(jié)為主機(jī)地址。這種位模式叫做子網(wǎng)掩碼。為一個(gè)字節(jié)為主機(jī)地址。這種位模式叫做子網(wǎng)掩碼。為了使用的方便，常常使用了使用的方便，常常使用“點(diǎn)分整數(shù)表示法點(diǎn)分整數(shù)表示法”來表示來表示一個(gè)一個(gè)ip地址和子網(wǎng)掩碼，例如地址和子網(wǎng)掩碼，例如b類地址子網(wǎng)掩碼（類地址子

31、網(wǎng)掩碼（11111111 11111111 1111111100000000）為：）為： 。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)18ipip地址地址子網(wǎng)掩碼與子網(wǎng)掩碼與ip地址子網(wǎng)掩碼與地址子網(wǎng)掩碼與ip地址結(jié)合使用，可以區(qū)分出一地址結(jié)合使用，可以區(qū)分出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。例如：有一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。例如：有一個(gè)c類地址為：類地址為：192920013其缺省的子網(wǎng)掩碼為：其缺省的子網(wǎng)掩碼為：2552552550則它的則它的網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號可按如下方法得到：首先將網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號可按如下方法得到：首先將ip地址地址192920013轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制轉(zhuǎn)換

32、為二進(jìn)制11000000 00001001 11001000 00001101，然后將子網(wǎng)掩碼然后將子網(wǎng)掩碼2552552550轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制11111111 11111111 11111111 00000000；再將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)邏輯與（；再將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)邏輯與（and）運(yùn)算后得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分運(yùn)算后得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分11000000 00001001 11001000 00000000結(jié)果為結(jié)果為，即網(wǎng)絡(luò)號為，即網(wǎng)絡(luò)號為；將子網(wǎng)掩碼取反再與；將子網(wǎng)掩碼取反再與ip地址邏輯與（地址邏輯與（and）后得到的結(jié)果即后得到的結(jié)果即為主機(jī)部

33、分為主機(jī)部分00000000 00000000 00000000 00001101結(jié)果為結(jié)果為3，即主機(jī)號為，即主機(jī)號為13。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)19ipv4ipv40 1 2 3 4 5 6 7 優(yōu)先度 d t r c 未用 0 4 8 16 19 24 31 版本 頭部長 服務(wù)類型 總長 標(biāo)識 標(biāo)志 段偏移 生存時(shí)間 類型 頭部校驗(yàn)和 原 ip 地址 目的地 ip 地址 ip 可選項(xiàng)（可以省略） 充填域 數(shù)據(jù)開始 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)20ipv4ipv4一個(gè)一個(gè)ipip數(shù)據(jù)報(bào)由頭部和數(shù)據(jù)兩部分組成。頭部包括源數(shù)據(jù)報(bào)由頭部和數(shù)據(jù)兩部分組成

34、。頭部包括源ipip地址、地址、目的地目的地ipip地址和類型域。源地址和類型域。源ipip地址域含有發(fā)送方的地址域含有發(fā)送方的ipip地址，目地址，目的地址域含有接受方的的地址域含有接受方的ipip地址，類型域指明數(shù)據(jù)的類型。地址，類型域指明數(shù)據(jù)的類型。數(shù)據(jù)報(bào)頭部里的每個(gè)域都有固定的大小。版本號用來指明數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)頭部里的每個(gè)域都有固定的大小。版本號用來指明數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)ipip版本，頭部長度指明數(shù)據(jù)報(bào)長度。服務(wù)類型域包含的值指版本，頭部長度指明數(shù)據(jù)報(bào)長度。服務(wù)類型域包含的值指明發(fā)送方是否希望以一條低延遲的路徑或是以一條高吞吐量的明發(fā)送方是否希望以一條低延遲的路徑或是以一條高吞吐量的路徑來傳送該數(shù)據(jù)

35、報(bào)。當(dāng)一個(gè)路由器知道多條通往目的地的路路徑來傳送該數(shù)據(jù)報(bào)。當(dāng)一個(gè)路由器知道多條通往目的地的路徑時(shí)，就可以靠這個(gè)域?qū)β窂郊右赃x擇?？傞L域?yàn)閺綍r(shí)，就可以靠這個(gè)域?qū)β窂郊右赃x擇?？傞L域?yàn)?616位的整數(shù)位的整數(shù)，指出以字節(jié)記的數(shù)據(jù)報(bào)總長度，包括頭部長度和數(shù)據(jù)長度，指出以字節(jié)記的數(shù)據(jù)報(bào)總長度，包括頭部長度和數(shù)據(jù)長度，標(biāo)識是為了使分段后的各數(shù)據(jù)報(bào)段最后能準(zhǔn)確地重裝成為原來標(biāo)識是為了使分段后的各數(shù)據(jù)報(bào)段最后能準(zhǔn)確地重裝成為原來的數(shù)據(jù)報(bào)。標(biāo)志占三位，目前只有兩位有意義。的數(shù)據(jù)報(bào)。標(biāo)志占三位，目前只有兩位有意義。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)21ipv4ipv4最低位記為最低位記為mfmf（more

36、 fragmentmore fragment）。）。mf=1mf=1表示后面還有分段的表示后面還有分段的數(shù)據(jù)報(bào)；數(shù)據(jù)報(bào)；mf=0mf=0表示已是最后一個(gè)數(shù)據(jù)段，中間的一位記為表示已是最后一個(gè)數(shù)據(jù)段，中間的一位記為dfdf（dont fragmentdont fragment）。）。只有當(dāng)只有當(dāng)df=0df=0時(shí)才允許分段。段偏移指出時(shí)才允許分段。段偏移指出該段在原始數(shù)據(jù)報(bào)中的位置。生存時(shí)間用來阻止數(shù)據(jù)報(bào)在一條該段在原始數(shù)據(jù)報(bào)中的位置。生存時(shí)間用來阻止數(shù)據(jù)報(bào)在一條包含環(huán)路的路徑上永遠(yuǎn)的傳送。當(dāng)軟件發(fā)生故障或管理人員錯(cuò)包含環(huán)路的路徑上永遠(yuǎn)的傳送。當(dāng)軟件發(fā)生故障或管理人員錯(cuò)誤地配置路由器時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生

37、這樣的路徑。發(fā)送方負(fù)責(zé)初始化誤地配置路由器時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這樣的路徑。發(fā)送方負(fù)責(zé)初始化生存時(shí)間域。這是一個(gè)從生存時(shí)間域。這是一個(gè)從1 1到到255255之間的整數(shù)。頭部校驗(yàn)和域確之間的整數(shù)。頭部校驗(yàn)和域確保頭部在傳送過程中不被改變。為了保證數(shù)據(jù)報(bào)不擴(kuò)大，保頭部在傳送過程中不被改變。為了保證數(shù)據(jù)報(bào)不擴(kuò)大，ipip定定義了一套可選項(xiàng)。當(dāng)一個(gè)義了一套可選項(xiàng)。當(dāng)一個(gè)ipip數(shù)據(jù)報(bào)沒有可選項(xiàng)時(shí)，頭部長度域數(shù)據(jù)報(bào)沒有可選項(xiàng)時(shí)，頭部長度域的值為的值為5 5。頭部以目的地址域作為結(jié)束。因?yàn)轭^部長度總為。頭部以目的地址域作為結(jié)束。因?yàn)轭^部長度總為3232的倍數(shù)。如果可選項(xiàng)達(dá)不到的倍數(shù)。如果可選項(xiàng)達(dá)不到3232的整數(shù)

38、倍，全的整數(shù)倍，全0 0的填充域會(huì)被加的填充域會(huì)被加入以保證頭部長度是入以保證頭部長度是3232的整數(shù)倍。的整數(shù)倍。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)224.3 4.3 基本路由選擇基本路由選擇ipip路由選擇是指尋找一條將數(shù)據(jù)報(bào)從信源機(jī)傳路由選擇是指尋找一條將數(shù)據(jù)報(bào)從信源機(jī)傳往信宿機(jī)的最佳傳輸路徑的過程，而傳輸路徑往信宿機(jī)的最佳傳輸路徑的過程，而傳輸路徑上往往由一系列路由器組成，因此上往往由一系列路由器組成，因此ipip路由選擇路由選擇實(shí)質(zhì)是在不同的路由器之間作出選擇，選擇數(shù)實(shí)質(zhì)是在不同的路由器之間作出選擇，選擇數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過程中的下一個(gè)路由器，從而獲得最據(jù)報(bào)傳輸過程中的下一個(gè)路由器，從

39、而獲得最佳傳輸路徑。我們通過一個(gè)例子來說明路由器佳傳輸路徑。我們通過一個(gè)例子來說明路由器工作原理。工作原理。-站點(diǎn)站點(diǎn)a a需要向站點(diǎn)需要向站點(diǎn)b b傳送信息傳送信息( (并假定站點(diǎn)并假定站點(diǎn)b b的的ipip地址為地址為120.0.5)120.0.5)，它們之間需要通過多個(gè)，它們之間需要通過多個(gè)路由器的接力傳遞路由器的接力傳遞。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)234.3 4.3 基本路由選擇基本路由選擇 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)24工作原理工作原理（1 1）站點(diǎn)）站點(diǎn)a a將站點(diǎn)將站點(diǎn)b b的地址的地址120.0.5120.0.5連同數(shù)據(jù)信息以數(shù)連同數(shù)據(jù)信息以數(shù)據(jù)報(bào)的

40、形式發(fā)送給路由器據(jù)報(bào)的形式發(fā)送給路由器1 1。（2 2）路由器）路由器1 1收到站點(diǎn)收到站點(diǎn)a a的數(shù)據(jù)報(bào)后，先從報(bào)頭中取的數(shù)據(jù)報(bào)后，先從報(bào)頭中取出地址出地址120.0.5120.0.5，并根據(jù)路徑表計(jì)算出發(fā)往站點(diǎn)，并根據(jù)路徑表計(jì)算出發(fā)往站點(diǎn)b b的最的最佳路徑佳路徑: :r1r2r5b;r1r2r5b;并將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往路由器并將數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)往路由器2 2。（3 3）路由器）路由器2 2重復(fù)路由器重復(fù)路由器1 1的工作，并將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)的工作，并將數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)給路由器給路由器5 5。（4 4）路由器）路由器5 5同樣取出目的地址，發(fā)現(xiàn)同樣取出目的地址，發(fā)現(xiàn)120.0.5120.0.5就在就在該路由器所連

41、接的網(wǎng)段上，于是將該數(shù)據(jù)報(bào)直接交給該路由器所連接的網(wǎng)段上，于是將該數(shù)據(jù)報(bào)直接交給工作站工作站b b。（5 5）站站點(diǎn)點(diǎn)b b收到站收到站點(diǎn)點(diǎn)a a的數(shù)據(jù)報(bào)，一次通信過程宣告的數(shù)據(jù)報(bào)，一次通信過程宣告結(jié)束。結(jié)束。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)25工作原理工作原理ipip路由表的結(jié)構(gòu)如下：路由表的結(jié)構(gòu)如下：信宿網(wǎng)絡(luò)號信宿網(wǎng)絡(luò)號直接直接/ /間接標(biāo)志間接標(biāo)志路由器路由器ipip地址地址網(wǎng)絡(luò)接口號網(wǎng)絡(luò)接口號路由表的作用是為路由表的作用是為ipip路由選擇提供兩種信息：路由選擇提供兩種信息： 發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)使用的網(wǎng)絡(luò)接口信息；發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)使用的網(wǎng)絡(luò)接口信息； 放入本地?cái)?shù)據(jù)報(bào)頭標(biāo)志的信宿地址即路徑

42、信息。放入本地?cái)?shù)據(jù)報(bào)頭標(biāo)志的信宿地址即路徑信息。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)26路由算法路由算法（1 1） 從數(shù)據(jù)報(bào)的頭部提取目的站的從數(shù)據(jù)報(bào)的頭部提取目的站的ipip地址地址d d，得得出目的站的網(wǎng)絡(luò)號為出目的站的網(wǎng)絡(luò)號為n n。（2 2）若若n n就是與此路由器直接相連的某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號，就是與此路由器直接相連的某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號，則不需要再經(jīng)過其它的路由器，而直接通過該網(wǎng)絡(luò)將則不需要再經(jīng)過其它的路由器，而直接通過該網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的站數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的站d d；否則，執(zhí)行（否則，執(zhí)行（3 3）。）。（3 3）若路由表中有目的地址為）若路由表中有目的地址為d d的指明主機(jī)路由，則的指明

43、主機(jī)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否則，執(zhí)行（則，執(zhí)行（4 4）。）。（4 4）若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)）若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)n n的路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳的路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否則，執(zhí)行（送給路由表中所指明的下一站路由器；否則，執(zhí)行（5 5）。）。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)27路由算法路由算法（5 5）若路由表中有子網(wǎng)掩碼一項(xiàng)，須對路由表中）若路由表中有子網(wǎng)掩碼一項(xiàng)，須對路由表中的每一行，用子網(wǎng)掩碼進(jìn)行和目的站的每一行，用子網(wǎng)掩碼進(jìn)行和目的站ipip地址相地址相“與與”的運(yùn)算，社得出結(jié)果

44、為的運(yùn)算，社得出結(jié)果為m m。若若m m等于這一行中的目的站等于這一行中的目的站網(wǎng)絡(luò)號，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一站網(wǎng)絡(luò)號，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否則，執(zhí)行（路由器；否則，執(zhí)行（6 6）。）。（6 6）若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送）若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行（給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行（7 7）。（7 7）報(bào)告路由選擇出錯(cuò)。）報(bào)告路由選擇出錯(cuò)。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)28路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議（1 1）內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議igpigp（interior ga

45、teway interior gateway protocolprotocol） 即在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇即在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。具體的協(xié)議有路由信息協(xié)議協(xié)議。具體的協(xié)議有路由信息協(xié)議riprip（routing routing information protocolinformation protocol）、）、hellohello協(xié)議、開放最短通協(xié)議、開放最短通路優(yōu)先協(xié)議路優(yōu)先協(xié)議ospf(open short path first)ospf(open short path first)。 （2 2）內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議egpegp（external gat

46、eway external gateway protocolprotocol） 當(dāng)源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中當(dāng)源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，若數(shù)據(jù)報(bào)傳到一個(gè)自治系統(tǒng)的邊界時(shí)，就需要使用，若數(shù)據(jù)報(bào)傳到一個(gè)自治系統(tǒng)的邊界時(shí)，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個(gè)自治系統(tǒng)中。一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個(gè)自治系統(tǒng)中。這種協(xié)議就是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。具體的協(xié)議有這種協(xié)議就是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。具體的協(xié)議有bgpbgp。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)29路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議 internetinternet最常采用的路由算法是動(dòng)態(tài)路由算最常采用的路由算法是動(dòng)態(tài)路由算法，它分為兩種：

47、向量法，它分為兩種：向量- -距離（距離（v-dv-d）算法和鏈路算法和鏈路- -狀狀態(tài)（態(tài)（l-sl-s）算法。向量算法。向量- -距離的思想是給表中的每一個(gè)距離的思想是給表中的每一個(gè)目的地址指定一個(gè)距離度量，通常是從本地主機(jī)到目目的地址指定一個(gè)距離度量，通常是從本地主機(jī)到目的地址的站點(diǎn)個(gè)數(shù)。理論上選擇經(jīng)過站點(diǎn)數(shù)最少的路的地址的站點(diǎn)個(gè)數(shù)。理論上選擇經(jīng)過站點(diǎn)數(shù)最少的路徑。這樣要交換的信息量極大。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，徑。這樣要交換的信息量極大。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在鏈路在鏈路- -狀態(tài)算法中，定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，狀態(tài)算法中，定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫，因此結(jié)點(diǎn)只要發(fā)送數(shù)量少得多的信息就可以確定路

48、由因此結(jié)點(diǎn)只要發(fā)送數(shù)量少得多的信息就可以確定路由路徑。對應(yīng)于不同路由選擇算法、使用場合等存在著路徑。對應(yīng)于不同路由選擇算法、使用場合等存在著許多不同的路由選擇協(xié)議，許多不同的路由選擇協(xié)議，ipip路由選擇就是靠這些路路由選擇就是靠這些路由算法、協(xié)議獲取路徑信息而維護(hù)路由表的完整性的由算法、協(xié)議獲取路徑信息而維護(hù)路由表的完整性的。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)30路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議路由協(xié) 議 ggp egp bgp rip ospf igrpigrp eigrp 路由算 法 v-d v-d v-d v0d l-s v-d l-s與v-d cgp：網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)協(xié)議 ospf：開放最短

49、路徑優(yōu)先協(xié)議 egp：外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 igrp：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 bgp：邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議 eigrp：增強(qiáng)型內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 rip：路由信息協(xié)議 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)314.4 4.4 路由器路由器 路由器的功能分成兩大類路由器的功能分成兩大類: :-1.1.數(shù)據(jù)通道功能：指施加在每個(gè)數(shù)據(jù)包上的操作數(shù)據(jù)通道功能：指施加在每個(gè)數(shù)據(jù)包上的操作。這些功能一般用特定的硬件來完成，功能包括轉(zhuǎn)發(fā)。這些功能一般用特定的硬件來完成，功能包括轉(zhuǎn)發(fā)決定、背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等。決定、背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等。-2.2.控制功能：指一些相對不常使用的功能。這些控制功能：指一些相對不常使用的功

50、能。這些功能一般用軟件來實(shí)現(xiàn)，包括與相鄰路由器之間的信功能一般用軟件來實(shí)現(xiàn)，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。息交換、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理等。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)324.4 4.4 路由器路由器 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)33數(shù)據(jù)通道功能 轉(zhuǎn)發(fā)決定：當(dāng)數(shù)據(jù)包抵達(dá)路由器時(shí)，它首先在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找它的轉(zhuǎn)發(fā)決定：當(dāng)數(shù)據(jù)包抵達(dá)路由器時(shí)，它首先在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找它的目的地址。若找到目的地址，那么就在數(shù)據(jù)包的前部添加下一跳的目的地址。若找到目的地址，那么就在數(shù)據(jù)包的前部添加下一跳的macmac地址，地址，ipip數(shù)據(jù)包頭的數(shù)據(jù)包頭的ttlttl（timetim

51、etotolivelive）域開始減數(shù)，并計(jì)域開始減數(shù)，并計(jì)算新的校驗(yàn)和（算新的校驗(yàn)和（checksumchecksum）。）。 背板轉(zhuǎn)發(fā)：數(shù)據(jù)包通過背板被轉(zhuǎn)發(fā)到它的輸出端口。當(dāng)數(shù)據(jù)包等背板轉(zhuǎn)發(fā)：數(shù)據(jù)包通過背板被轉(zhuǎn)發(fā)到它的輸出端口。當(dāng)數(shù)據(jù)包等待通過背板轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)包需要進(jìn)行排隊(duì)：若排隊(duì)空間不足，那么待通過背板轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，數(shù)據(jù)包需要進(jìn)行排隊(duì)：若排隊(duì)空間不足，那么可能需要丟棄該包，或替代別的數(shù)據(jù)包。可能需要丟棄該包，或替代別的數(shù)據(jù)包。 輸出鏈路調(diào)度：當(dāng)數(shù)據(jù)包抵達(dá)輸出端口時(shí)，它需要按順序等待以輸出鏈路調(diào)度：當(dāng)數(shù)據(jù)包抵達(dá)輸出端口時(shí)，它需要按順序等待以便傳送到輸出鏈路上。在大多數(shù)路由器中，輸出端口保持先到先

52、服便傳送到輸出鏈路上。在大多數(shù)路由器中，輸出端口保持先到先服務(wù)隊(duì)列，按數(shù)據(jù)包抵達(dá)的次序進(jìn)行傳送。更先進(jìn)的路由器可將數(shù)據(jù)務(wù)隊(duì)列，按數(shù)據(jù)包抵達(dá)的次序進(jìn)行傳送。更先進(jìn)的路由器可將數(shù)據(jù)包分成不同的流量隊(duì)列和優(yōu)先級，并精心安排每個(gè)數(shù)據(jù)包的離開時(shí)包分成不同的流量隊(duì)列和優(yōu)先級，并精心安排每個(gè)數(shù)據(jù)包的離開時(shí)間以便滿足服務(wù)質(zhì)量（間以便滿足服務(wù)質(zhì)量（qosqos）要求。要求。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)34路由器體系結(jié)構(gòu)(a) 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)35路由器體系結(jié)構(gòu)(a)采用共享中央總線、中央采用共享中央總線、中央cpucpu、內(nèi)存及外圍線卡。內(nèi)存及外圍線卡。中央中央cpucpu必

53、須執(zhí)行：過濾必須執(zhí)行：過濾/ /轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，根據(jù)需要轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，根據(jù)需要修改數(shù)據(jù)包頭標(biāo)，更新路由及地址數(shù)據(jù)庫，解釋修改數(shù)據(jù)包頭標(biāo)，更新路由及地址數(shù)據(jù)庫，解釋管理數(shù)據(jù)包，響應(yīng)管理數(shù)據(jù)包，響應(yīng)snmpsnmp請求，生成管理數(shù)據(jù)包以請求，生成管理數(shù)據(jù)包以及處理其他業(yè)務(wù)等功能；每塊線卡執(zhí)行及處理其他業(yè)務(wù)等功能；每塊線卡執(zhí)行macmac層功能層功能，用于將系統(tǒng)連至外面的鏈路。從輸入鏈路上抵，用于將系統(tǒng)連至外面的鏈路。從輸入鏈路上抵達(dá)的數(shù)據(jù)包穿過共享總線抵達(dá)中央達(dá)的數(shù)據(jù)包穿過共享總線抵達(dá)中央cpucpu，cpucpu做出做出轉(zhuǎn)發(fā)決定。然后，數(shù)據(jù)包再次通過總線傳送到它轉(zhuǎn)發(fā)決定。然后，數(shù)據(jù)包再次通過總線傳送到

54、它的輸出線卡上。的輸出線卡上。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)36路由器體系結(jié)構(gòu)(a)主要局限是：主要局限是：cpucpu必須處理每一個(gè)數(shù)據(jù)包，從而限必須處理每一個(gè)數(shù)據(jù)包，從而限制了系統(tǒng)的吞吐量；即使所有數(shù)據(jù)包是抵達(dá)同一制了系統(tǒng)的吞吐量；即使所有數(shù)據(jù)包是抵達(dá)同一線卡中的網(wǎng)絡(luò)接口，它們也必須兩次穿越系統(tǒng)總線卡中的網(wǎng)絡(luò)接口，它們也必須兩次穿越系統(tǒng)總線，這將導(dǎo)致系統(tǒng)性能隨接口的增加而降低；轉(zhuǎn)線，這將導(dǎo)致系統(tǒng)性能隨接口的增加而降低；轉(zhuǎn)發(fā)決定由軟件完成，受發(fā)決定由軟件完成，受cpucpu運(yùn)行速率的限制；中央運(yùn)行速率的限制；中央cpucpu出現(xiàn)故障將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。出現(xiàn)故障將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。2021-

55、12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)37路由器體系結(jié)構(gòu)(b) 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)38路由器體系結(jié)構(gòu)(c) 2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)39路由器體系結(jié)構(gòu)(c)是目前最先進(jìn)的路由器體系結(jié)構(gòu)。它采用縱橫式交換結(jié)構(gòu)替代共享是目前最先進(jìn)的路由器體系結(jié)構(gòu)。它采用縱橫式交換結(jié)構(gòu)替代共享總線，這樣就允許多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)通過總線進(jìn)行傳送，從而極大地總線，這樣就允許多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)通過總線進(jìn)行傳送，從而極大地提高了系統(tǒng)的吞吐量，使系統(tǒng)的性能得到顯著提高，如提高了系統(tǒng)的吞吐量，使系統(tǒng)的性能得到顯著提高，如ciscocisco的的gsr12000gsr12000系列千兆位交換路由器就是根據(jù)這

56、種結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)的。這種系列千兆位交換路由器就是根據(jù)這種結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)的。這種路由器內(nèi)部是無阻塞的，但需要采用合理的調(diào)度算法來解決行首路由器內(nèi)部是無阻塞的，但需要采用合理的調(diào)度算法來解決行首holhol阻塞、輸入、輸出阻塞等影響系統(tǒng)性能的問題。阻塞、輸入、輸出阻塞等影響系統(tǒng)性能的問題。-目前，最先進(jìn)的路由器已將第二層的信元目前，最先進(jìn)的路由器已將第二層的信元/ /幀交換功能和第三幀交換功能和第三層的智能路由與可伸縮性功能融為一體，提供高達(dá)千兆位的端口速層的智能路由與可伸縮性功能融為一體，提供高達(dá)千兆位的端口速率、服務(wù)質(zhì)量（率、服務(wù)質(zhì)量（qosqos）和多播（和多播（multicastingmultic

57、asting）能力，不斷滿足多能力，不斷滿足多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的需要。路由器主要呈以下三種發(fā)展趨勢。第一種趨媒體通信網(wǎng)絡(luò)的需要。路由器主要呈以下三種發(fā)展趨勢。第一種趨勢是越來越多的數(shù)據(jù)通道功能以硬件方式來實(shí)現(xiàn)；第二種趨勢是采勢是越來越多的數(shù)據(jù)通道功能以硬件方式來實(shí)現(xiàn)；第二種趨勢是采用并行處理技術(shù)；第三種趨勢就是放棄使用共享總線，使用交換背用并行處理技術(shù)；第三種趨勢就是放棄使用共享總線，使用交換背板。板。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)40路由器體系結(jié)構(gòu)(c)是目前最先進(jìn)的路由器體系結(jié)構(gòu)。它采用縱橫式交換結(jié)構(gòu)替代共享是目前最先進(jìn)的路由器體系結(jié)構(gòu)。它采用縱橫式交換結(jié)構(gòu)替代共享總線，這樣就允許多

58、個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)通過總線進(jìn)行傳送，從而極大地總線，這樣就允許多個(gè)數(shù)據(jù)包同時(shí)通過總線進(jìn)行傳送，從而極大地提高了系統(tǒng)的吞吐量，使系統(tǒng)的性能得到顯著提高，如提高了系統(tǒng)的吞吐量，使系統(tǒng)的性能得到顯著提高，如ciscocisco的的gsr12000gsr12000系列千兆位交換路由器就是根據(jù)這種結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)的。這種系列千兆位交換路由器就是根據(jù)這種結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)的。這種路由器內(nèi)部是無阻塞的，但需要采用合理的調(diào)度算法來解決行首路由器內(nèi)部是無阻塞的，但需要采用合理的調(diào)度算法來解決行首holhol阻塞、輸入、輸出阻塞等影響系統(tǒng)性能的問題。阻塞、輸入、輸出阻塞等影響系統(tǒng)性能的問題。-目前，最先進(jìn)的路由器已將第二層的信元目前

59、，最先進(jìn)的路由器已將第二層的信元/ /幀交換功能和第三幀交換功能和第三層的智能路由與可伸縮性功能融為一體，提供高達(dá)千兆位的端口速層的智能路由與可伸縮性功能融為一體，提供高達(dá)千兆位的端口速率、服務(wù)質(zhì)量（率、服務(wù)質(zhì)量（qosqos）和多播（和多播（multicastingmulticasting）能力，不斷滿足多能力，不斷滿足多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的需要。路由器主要呈以下三種發(fā)展趨勢。第一種趨媒體通信網(wǎng)絡(luò)的需要。路由器主要呈以下三種發(fā)展趨勢。第一種趨勢是越來越多的數(shù)據(jù)通道功能以硬件方式來實(shí)現(xiàn)；第二種趨勢是采勢是越來越多的數(shù)據(jù)通道功能以硬件方式來實(shí)現(xiàn)；第二種趨勢是采用并行處理技術(shù)；第三種趨勢就是放棄使用共享

60、總線，使用交換背用并行處理技術(shù)；第三種趨勢就是放棄使用共享總線，使用交換背板。板。2021-12-8史忠植 高級計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)414.5下一代網(wǎng)際協(xié)議ipv619901990年，年，ietfietf開始著手開發(fā)開始著手開發(fā)ipip的新版本，它的主要目標(biāo)有的新版本，它的主要目標(biāo)有103103： 即使地址空間分配的利用率不高，也能夠支持上百億臺即使地址空間分配的利用率不高，也能夠支持上百億臺計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)； 提供更好的安全性（身份認(rèn)證和隱私權(quán)）；提供更好的安全性（身份認(rèn)證和隱私權(quán)）； 增加對服務(wù)類型的支持，特別是實(shí)時(shí)服務(wù)；增加對服務(wù)類型的支持，特別是實(shí)時(shí)服務(wù)； 通過定義范圍來幫助多點(diǎn)播送的實(shí)現(xiàn)；通過定義范圍