簡(jiǎn)述因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制

1、 簡(jiǎn)述因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制 學(xué)號(hào)：2011302590181 姓名：洪浪 武漢大學(xué)遙感信息學(xué)院11012班摘要： 本文主要介紹網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)報(bào)的機(jī)制，目的是解釋因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制，本文詳細(xì)解釋了IP數(shù)據(jù)報(bào)的組成，路由器的工作原理，IP數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)流程，以及路由表的各種算法，網(wǎng)絡(luò)層是傳輸數(shù)據(jù)的最高一層，向上提供簡(jiǎn)單靈活的，無連接的，盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，但是不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。網(wǎng)絡(luò)層解決的問題主要有將邏輯地址與物理地址的轉(zhuǎn)換，尋找最佳路徑。關(guān)鍵詞： 網(wǎng)絡(luò)層；IP；路由器；數(shù)據(jù)報(bào)；分組轉(zhuǎn)發(fā)一、網(wǎng)絡(luò)層概述1、網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù) 物理層的任務(wù)是原始比特流的傳輸；數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)相鄰節(jié)點(diǎn)的

2、可靠數(shù)據(jù)傳輸；這兩層留下了一些問題-a、需要協(xié)議負(fù)責(zé)源到主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸；b、如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸中所遇到的網(wǎng)絡(luò)類型不同、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同、通信協(xié)議、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)的不同；c、第2層使用平面結(jié)構(gòu)的尋址模式(如MAC地址)來唯一標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)，地址編 碼中不含任何有關(guān)主機(jī)所 在網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)信息。 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃增大時(shí)，利用 數(shù)據(jù)鏈路層的物理尋址方 法直接定位網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算 機(jī)會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)橋或交換機(jī)所 產(chǎn)生的大量廣播轉(zhuǎn)發(fā)（洪 泛，flooding）而可能導(dǎo) 致網(wǎng)絡(luò)癱瘓 。故基于平面化物理地址的直接尋址方式只能適用于規(guī) 模非常小的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在網(wǎng)絡(luò)互連規(guī)劃增大時(shí)，需要提供一種包含主機(jī)所在位置信息的結(jié)構(gòu)化地址

3、來實(shí)現(xiàn)跨越不同LAN、MAN和WAN的主機(jī)邏輯尋址。基于以上原因，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，其任務(wù)為將源主機(jī)發(fā)出的分組經(jīng)由各種網(wǎng)絡(luò)路徑送達(dá)目的主機(jī)。具體化為-1、了解通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過一定的路由算法為分組實(shí)現(xiàn)進(jìn)行最佳路徑的選擇路由（Routing)；2、在選擇路徑時(shí)要注意既不要使某些路徑或通信線路處于超 負(fù)載狀態(tài)，也不能讓另一些路徑或通信線路處于空閑狀態(tài) 擁塞控制(link)/負(fù)載平衡；3、當(dāng)從源主機(jī)到目標(biāo)主機(jī)所經(jīng)歷的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)不屬于同一種類 型時(shí)，協(xié)調(diào)好不同網(wǎng)絡(luò)間的差異異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連。網(wǎng)絡(luò)層的功能及其實(shí)現(xiàn)機(jī)制由網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議來描述，并且集中體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議數(shù)據(jù)單元分組（packet）中。為了實(shí)現(xiàn)這

4、個(gè)目標(biāo)，網(wǎng)絡(luò)層必須知道通信子網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選擇適當(dāng)?shù)穆窂健?、網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù) 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)該向運(yùn)輸層提供怎樣的服務(wù)“面向連接”or“無連接”曾引起了長(zhǎng)期的爭(zhēng)論。爭(zhēng)論的焦點(diǎn)實(shí)質(zhì)是：在計(jì)算機(jī)通信中，可靠支付應(yīng)當(dāng)由誰負(fù)責(zé)？是網(wǎng)絡(luò)？還是端系統(tǒng)？ a、面向連接的虛電路服務(wù)面向連接是指在數(shù)據(jù)傳輸之前雙方需要為此建立一種連接，然后在該連接上實(shí)現(xiàn)有次序的分組傳輸，直到數(shù)據(jù)傳送完畢連接才被釋放有些人認(rèn)為應(yīng)該借鑒電信網(wǎng)的成功經(jīng)驗(yàn)，讓網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)可靠交付。當(dāng)兩個(gè)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，應(yīng)當(dāng)先建立連接（但在分組交換中是建立一條虛電路VC（Virtual Circuit）。這種通信方式如果再

5、使用可靠傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，就可使所發(fā)送的分組無差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)，當(dāng)然也不會(huì)丟失和重復(fù)。通信結(jié)束后要釋放建立的虛電路（虛電路表示這只是一條邏輯上的連接，分組都沿著這條邏輯連接按照存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式傳送，而并不是真正建立了一條物理連接）涉及虛電路邏輯連接的三個(gè)階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除(Link)虛電路分為永久虛電路(PVC)和呼叫虛電路(SVC)。示意圖如下：b、無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)因特網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路是這樣的：網(wǎng)絡(luò)層上只提供簡(jiǎn)單靈活的，無連接的，盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)在發(fā)送分組時(shí)不需要先建立連接。每一個(gè)分組（也就是IP數(shù)據(jù)報(bào)）獨(dú)立發(fā)送，與其前后的分組無關(guān)（不進(jìn)行編號(hào)）在這樣的上下文環(huán)境

6、中，分組通常稱為數(shù)據(jù)報(bào)，類似于電報(bào)，子網(wǎng)稱為數(shù)據(jù)報(bào)子網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)層不提供服務(wù)質(zhì)量的承諾。也就是說，所傳送的組可能出錯(cuò)，丟失，重復(fù)和失序（即不按序到達(dá)終點(diǎn)），當(dāng)然也不保證分組交付的時(shí)限。采用這種設(shè)計(jì)思路的好處是：網(wǎng)絡(luò)的造價(jià)大大降低，運(yùn)行方式靈活，能夠適應(yīng)多種應(yīng)用。示意圖如下：C、兩種服務(wù)的比較一條通信線路的失敗對(duì)于使用了該線路的虛電路來說是致命的，但是如果使用了數(shù)據(jù)報(bào)的話，則這種失敗很容易得到補(bǔ)償二、網(wǎng)際協(xié)議IP1、IP協(xié)議介紹地位：TCP/IP網(wǎng)絡(luò)層的核心協(xié)議，也是整個(gè)TCP/IP模型 中的核心協(xié)議，所有其他協(xié)議都以它為基礎(chǔ)。 協(xié)議數(shù)據(jù)單元被稱為IP分組。作用：通過網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)傳輸IP分組。與 IP

7、協(xié)議配套使用的還有四個(gè)協(xié)議：地址解析協(xié)議 ARP(Address Resolution Protocol)逆地址解析協(xié)議 RARP(Reverse Address Resolution Protocol)網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP (Internet Control Message Protocol)網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP(Internet Group Management Protocol)特點(diǎn)：a、提供無連接的、不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸服務(wù)“無連接”：傳輸分組前不需要建立連接，也不維護(hù)IP分組發(fā)送后的任何狀態(tài)信息，每個(gè)分組的處理相對(duì)獨(dú)立，不同分組可以走不同的路徑?！安豢煽俊?不提供差錯(cuò)控制和確認(rèn)機(jī)

8、制，不保證每個(gè)IP 分組能被送達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或被正確接收，也不保證IP分組傳輸順序的正確性?！氨M力而為(best-effort)”b、支持異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互連介質(zhì)無關(guān)性以統(tǒng)一的IP分組傳輸提供了對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連的支持；向傳輸層屏蔽了底層通信子網(wǎng)中的不同網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在物理層 和數(shù)據(jù)鏈路層的差異；IP編址模式實(shí)現(xiàn)了跨越不同LAN、MAN和WAN的主機(jī)尋址。2、互連與互連設(shè)備：網(wǎng)絡(luò)互連使用路由器 ，當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋時(shí)，一般并不稱之為網(wǎng)絡(luò)互連，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進(jìn)行互連的網(wǎng)絡(luò)。由于歷史的原因，許多有關(guān) TCP/IP 的文獻(xiàn)將

9、網(wǎng)絡(luò)層使用的路由器稱為網(wǎng)關(guān)。 3、虛擬互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)因?yàn)橛脩舻男枨笫嵌喾N多樣的，沒有一種單一的網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)所有用戶的需求。從一般的概念來講，將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)層使用的中間設(shè)備叫做路由器。由于參加互連的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都是用相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議IP（Internet Protocol），因此可以把互連以后的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)虛擬互連網(wǎng)絡(luò)（internet）。所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用IP協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)層上看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)網(wǎng)可以由多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連組成。虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的意義 ：所

10、謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。所謂虛擬互連網(wǎng)絡(luò)也就是邏輯互連網(wǎng)絡(luò)，它的意思就是互連起來的各種物理網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性本來是客觀存在的，但是我們利用 IP 協(xié)議就可以使這些性能各異的網(wǎng)絡(luò)從用戶看起來好像是一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。使用虛擬互連網(wǎng)絡(luò)的好處是：當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，就好像在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上通信一樣，而看不見互連的各具體的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)細(xì)節(jié)。 3、分類的IP地址a、IP地址及其表示方式整個(gè)的因特網(wǎng)就是一個(gè)單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP地址就是給因特網(wǎng)上的每一個(gè)主機(jī)（或路

11、由器）的每一個(gè)接口分配一個(gè)全世界范圍是唯一的32位的標(biāo)識(shí)符。“分類的IP地址”就是將IP地址劃分為若干個(gè)固定類，每一類地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成，其中第一個(gè)字段就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)（net-id），它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。一個(gè)主機(jī)號(hào)在它前面的網(wǎng)絡(luò)號(hào)所指明的網(wǎng)絡(luò)號(hào)所指明的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)必須是惟一的。對(duì)主機(jī)或路由器來說，IP地址都是32位的二進(jìn)制代碼。為了提高可讀性，把32位的IP地址中的每8位用其等效的十進(jìn)制數(shù)字表示，并且在這些數(shù)字之間加上一個(gè)點(diǎn)，即點(diǎn)分十進(jìn)制記法（dotted decimal notation）。b、IP地址分類和編址每一類地址都由兩個(gè)固定長(zhǎng)度的字段組成，其中一個(gè)字段網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-i

12、d，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào) host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。兩級(jí)的 IP 地址可以記為：IP 地址 := <網(wǎng)絡(luò)號(hào)>, <主機(jī)號(hào)> := 代表“定義為”IP 地址現(xiàn)在由因特網(wǎng)名字與號(hào)碼指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)進(jìn)行分配 c、IP地址具有以下一些重要特點(diǎn)：1，IP地址是一種分等級(jí)的地址結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)組成。第一，IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配 IP 地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào)，而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位自行分配。這樣就方便了

13、 IP 地址的管理。第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號(hào)），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲(chǔ)空間。 2，實(shí)際上IP地址是標(biāo)志一個(gè)主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的 IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào) net-id 必須是不同的。這種主機(jī)稱為多歸屬主機(jī)(multihomed host)。由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將 IP 數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的 IP 地址。 3，用轉(zhuǎn)發(fā)器或網(wǎng)橋連接起來的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)

14、，具有不同網(wǎng)絡(luò)號(hào)的局域網(wǎng)必須使用路由器進(jìn)行互連。4，在IP地址中，所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào)的網(wǎng)絡(luò)都是平等的。d、IP地址組織結(jié)構(gòu)IP地址是一個(gè)32位的地址，以4個(gè)字節(jié)表示，每個(gè)字節(jié)上的十進(jìn)制數(shù)范圍是0255，且每個(gè)十進(jìn)制數(shù)字之間用點(diǎn)隔開。因特網(wǎng)協(xié)會(huì)定義了A，B，C，D，E五種地址以適合不同容量的網(wǎng)絡(luò)，其中A類地址前8位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后24位為主機(jī)號(hào)，B類前16位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后16位為主機(jī)號(hào)，C類前24位為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，后8位為主機(jī)號(hào)，D，E類為特殊地址。因特網(wǎng)尋址方式為：在信息傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)路徑中，先按IP地址的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)示號(hào)找到相應(yīng)的下個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到找到目的主機(jī)所在子網(wǎng)，再利用主機(jī)ID4、IP地址與硬件地址物理地址是數(shù)據(jù)

15、鏈路層和物理層使用的地址，而IP地址是網(wǎng)絡(luò)層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址。IP地址放在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部，而硬件地址則放在MAC幀的首部。在網(wǎng)絡(luò)層和網(wǎng)絡(luò)層以上使用的是IP地址，而數(shù)據(jù)鏈路層及以下使用的事硬件地址。在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP數(shù)據(jù)報(bào)；路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行路由選擇；在局域網(wǎng)的鏈路層，只能看見MAC幀；IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層復(fù)雜的細(xì)節(jié)，只要在網(wǎng)絡(luò)層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的。抽象的IP地址研究主機(jī)和主機(jī)或路由器之間的通信。5、地址解析協(xié)議ARP和逆地址解析協(xié)議RARPIP地址和物理地址之間的映射過程叫地址解析，主機(jī)和路由器在需要向同一物理網(wǎng)絡(luò)的

16、另一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)解析地址，一臺(tái)計(jì)算機(jī)無法直接解析遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)地址。A、地址解析協(xié)議（ARP）n 為使所有計(jì)算機(jī)對(duì)用于地址解析的消息在精確格式和含義上達(dá)成一致，TCP/IP協(xié)議組含有一個(gè)地址解析協(xié)議，定義了兩類基本的消息：一類是請(qǐng)求，另一類是應(yīng)答。地址解析協(xié)議隱藏了物理尋址的細(xì)節(jié)。不管網(wǎng)絡(luò)層使用的是什么協(xié)議，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時(shí)，最終還是必須使用硬件地址。每一個(gè)主機(jī)都設(shè)有一個(gè) ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機(jī)和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。當(dāng)主機(jī) A 欲向本局域網(wǎng)上的某個(gè)主機(jī) B 發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，就先在其 ARP 高速緩存

17、中查看有無主機(jī) B 的 IP 地址。如有，就可查出其對(duì)應(yīng)的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC 幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC 幀發(fā)往此硬件地址。B、 反向地址解析協(xié)議（RARP）RARP協(xié)議實(shí)現(xiàn)MAC地址到IP地址的轉(zhuǎn)換，在一臺(tái)無盤工作站啟動(dòng)后，工作站首先以廣播方式發(fā)出自己的RARP請(qǐng)求，RARP服務(wù)器收到這個(gè)請(qǐng)求后，就會(huì)根據(jù)RARP請(qǐng)求中提供的MAC地址為該工作站分配一個(gè)IP地址。6、IP數(shù)據(jù)報(bào)格式IP數(shù)據(jù)報(bào)是網(wǎng)絡(luò)層傳輸數(shù)據(jù)的基本單位。A、數(shù)據(jù)報(bào)格式1、版本占4位，指IP協(xié)議的版本，通信雙方使用的版本號(hào)必須一致。2、首部長(zhǎng)度占4位，這個(gè)字段單位是32位字，當(dāng)IP分組的首部長(zhǎng)度不是4字節(jié)的整

18、數(shù)倍時(shí)，必需利用最后的填充字段加以填充。3、區(qū)分服務(wù)占8位，用來獲得更好的服務(wù)，這個(gè)字段在舊標(biāo)準(zhǔn)中叫做服務(wù)類型，實(shí)際上一直沒用過，只有在使用區(qū)分服務(wù)時(shí)，這個(gè)字段才起作用，一般情況下不使用這個(gè)字段。4、總長(zhǎng)度：指首部和數(shù)據(jù)之和的長(zhǎng)度，單位為字節(jié)，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度超過網(wǎng)絡(luò)中所允許的最大傳送單元時(shí)，必須把過長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行分片，這時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)首部中總長(zhǎng)度字段不是指未分片前的數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度。5、標(biāo)志：占16位，目前只有兩位有意義。6、片位移指出在較長(zhǎng)的分組分片后，某片在原組中的相對(duì)位置。7、生存時(shí)間數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中的壽命，由發(fā)出數(shù)據(jù)報(bào)的源點(diǎn)設(shè)置這個(gè)字段，防止無法交付的數(shù)據(jù)報(bào)在網(wǎng)絡(luò)中兜圈子。8、協(xié)議：指出此數(shù)據(jù)報(bào)攜帶

19、的數(shù)據(jù)所使用何種協(xié)議，以便主機(jī)的IP層知道應(yīng)將數(shù)據(jù)部分傳給哪個(gè)處理過程。9、首部檢驗(yàn)和：只檢驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部，不包括數(shù)據(jù)部分。10、源地址。11、目的地址。12、數(shù)據(jù)部分。7、IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程數(shù)據(jù)報(bào)都是被封裝在幀中被傳輸，幀中地址是通過機(jī)器上軟件執(zhí)行ARP地址聯(lián)編而得到，是一個(gè)物理地址，在一次傳輸中封裝只發(fā)生一次，路由器在選好下一站之后，將數(shù)據(jù)報(bào)封裝在一個(gè)幀中，通過物理層轉(zhuǎn)發(fā)到下一站，當(dāng)幀到達(dá)下一站時(shí)，接收軟件從幀中取出數(shù)據(jù)報(bào)，然后丟棄這一幀，如果數(shù)據(jù)報(bào)必須通過另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的幀。路由器分組轉(zhuǎn)發(fā)算法如下：先從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提出目的主機(jī)IP地址，得出其網(wǎng)絡(luò)地址，若此網(wǎng)絡(luò)地址就是與

20、路由器直接相連的某個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，則進(jìn)行直接交付，否則就執(zhí)行間接交付。間接交付中，若路由表中有此目的地址的特地主機(jī)路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中下一跳路由器，否則若路由表中有到達(dá)其網(wǎng)絡(luò)的路由，就把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中指明的下一跳路由器，如果都沒有，轉(zhuǎn)發(fā)給路由表中的默認(rèn)路由。默認(rèn)路由會(huì)選擇路由。如果都沒有，則轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)出錯(cuò)。n A、查找路由表：根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)地址就能確定下一跳路由器，IP 數(shù)據(jù)報(bào)最終一定可以找到目的主機(jī)所在目的網(wǎng)絡(luò)上的路由器（可能要通過多次的間接交付）。只有到達(dá)最后一個(gè)路由器時(shí)，才試圖向目的主機(jī)進(jìn)行直接交付。B、特定主機(jī)路由 ：這種路由是為特定的目的主機(jī)指明一個(gè)路由。采用特定主機(jī)路由可

21、使網(wǎng)絡(luò)管理人員能更方便地控制網(wǎng)絡(luò)和測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也可在需要考慮某種安全問題時(shí)采用這種特定主機(jī)路由。C、默認(rèn)路由：路由器還可采用默認(rèn)路由以減少路由表所占用的空間和搜索路由表所用的時(shí)間。這種轉(zhuǎn)發(fā)方式在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)只有很少的對(duì)外連接時(shí)是很有用的。默認(rèn)路由在主機(jī)發(fā)送 IP 數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)往往更能顯示出它的好處。如果一個(gè)主機(jī)連接在一個(gè)小網(wǎng)絡(luò)上，而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)只用一個(gè)路由器和因特網(wǎng)連接，那么在這種情況下使用默認(rèn)路由是非常合適的。D、分組轉(zhuǎn)發(fā)算法 ：(1) 從數(shù)據(jù)報(bào)的首部提取目的主機(jī)的 IP 地址 D, 得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為 N。(2) 若網(wǎng)絡(luò) N 與此路由器直接相連，則把數(shù)據(jù)報(bào)直接交付目的主機(jī) D；否則是間接交付，執(zhí)行(

22、3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表中所指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4) 若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N 的路由，則把數(shù)據(jù)報(bào)傳送給路由表指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則把數(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(6)。(6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。 三、劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)3、1劃分子網(wǎng)1、1從兩級(jí)IP地址到三級(jí)IP地址從今天看來，在ARPANET的早起，IP地址的設(shè)計(jì)不夠合理：第一，IP地址空間的利用率有時(shí)很低；第二，給每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)會(huì)使路由器變得太大因而使網(wǎng)絡(luò)型能變壞；第三，兩級(jí)I

23、P地址不夠靈活。為解決上述問題，從1985年起在IP地址中又增加一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)IP地址變成三級(jí)IP地址，即劃分子網(wǎng)，或子網(wǎng)尋址或子網(wǎng)路由選擇。劃分子網(wǎng)的基本思路如下：1、單位以外的網(wǎng)絡(luò)看不見這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是由多少個(gè)子網(wǎng)組成，這個(gè)單位對(duì)外仍然表現(xiàn)為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。2、三級(jí)IP地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)、主機(jī)號(hào)。3、路由器在收到IP數(shù)據(jù)報(bào)后，再按目的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)找到目的子網(wǎng)，把IP數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的主機(jī)。1、2子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼是一種來指明一個(gè)IP地址的哪些位標(biāo)識(shí)的是主機(jī)所在的子網(wǎng)以及哪些位標(biāo)識(shí)的是主機(jī)的位掩碼。子網(wǎng)掩碼只有一個(gè)作用，就是將某個(gè)IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分。3.2 使用子網(wǎng)時(shí)分組

24、的轉(zhuǎn)發(fā)使用子網(wǎng)劃分后，路由表必須包含以下三項(xiàng)內(nèi)容：目的網(wǎng)絡(luò)地址、子網(wǎng)掩碼和下一條地址。3.3 無分類編址CIDR（構(gòu)造超網(wǎng)）CIDR消除了傳統(tǒng)的A類、B類和C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念，CIDR把32位的IP地址劃分為兩個(gè)部分，前面的部分是“網(wǎng)絡(luò)前綴”（network-prefix）用來指明網(wǎng)絡(luò)，后面部分用來指明主機(jī)，是無分類的兩級(jí)編址。CIDR把網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)IP地址組成一個(gè)“CIDR地址塊”，只要知道CIDR地址塊中的任何一個(gè)地址，就可以知道這個(gè)地址塊的起始地址（即最小地址）和最大地址，以及地址塊的地址數(shù)。在使用CIDR時(shí)，IP地址由網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)號(hào)這兩個(gè)部分組成，因此在路由表中的項(xiàng)目也要有相應(yīng)的改變，在查找路由表時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果，應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)前綴的路由，即最長(zhǎng)前綴匹配（longest-prefix matching）。尋找最長(zhǎng)前綴匹配使用二叉線索查找路由表。4、路由選擇4.1 路由器