非通工專業(yè)《現(xiàn)代通信網(wǎng)》第六章互聯(lián)網(wǎng)2

1、2022/9/8內(nèi)容6.1 Internet概述6.2 互連的原理6.3 網(wǎng)絡(luò)層6.4 傳輸層6.5 應(yīng)用層6.6 IPv62022/9/81、主要功能和協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是實(shí)現(xiàn)主機(jī)到主機(jī)間的通信：1）選路功能2）轉(zhuǎn)發(fā)功能3）差錯(cuò)報(bào)告路由表Routing protocols路徑選擇RIP, OSPF, BGP傳輸層: TCP, UDP數(shù)鏈層物理層網(wǎng)絡(luò)層ARP protocol 地址映射IP protocol地址格式數(shù)據(jù)報(bào)格式分組處理規(guī)則ICMP protocol差錯(cuò)報(bào)告router “signaling”ARP緩存2022/9/8選路和轉(zhuǎn)發(fā)選路：路由器之間執(zhí)行路由協(xié)議，創(chuàng)建路由表，決定端到端

2、的分組轉(zhuǎn)發(fā)路徑的過程，選路過程通常需要多臺(tái)路由器之間的協(xié)作完成，屬于控制面的功能。 轉(zhuǎn)發(fā)：路由器從輸入接口接收一個(gè)分組后，根據(jù)分組目的地址查詢路由表，將分組轉(zhuǎn)發(fā)到指定的輸出接口的過程。轉(zhuǎn)發(fā)過程僅涉及一臺(tái)路由器，甚至是一個(gè)板卡，處理過程也相對(duì)簡(jiǎn)單，屬于數(shù)據(jù)面的功能。 1230111分組頭中攜帶目的地址選路算法 本地路由表header valueoutput link010001010111100132212022/9/82、IPv4簡(jiǎn)介 采用無連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)模式：每一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)都包含選路轉(zhuǎn)發(fā)需要的全部信息。2022/9/8第一個(gè)字提供分組的概要描述信息： 版本（4bit）：分組的版本號(hào)。 頭部長(zhǎng)

3、度（4bit）：以32比特為一個(gè)字的單位，描述分組頭部的長(zhǎng)度 服務(wù)類型（8bit）：描述分組要求的服務(wù)類型，包括可靠性，優(yōu)先級(jí)，時(shí)延，吞吐量等，但目前沒有被路由設(shè)備廣泛支持?？傞L(zhǎng)度（16bit）：該字段以8比特為單位描述包括頭部和數(shù)據(jù)部分的分組總長(zhǎng)度，分組總長(zhǎng)度不能超過64kB。第二個(gè)字的信息用于進(jìn)行分片處理：標(biāo)識(shí)符 (16 bits): 該字段幫助在任意一對(duì)源、目的IP地址對(duì)之間唯一地確定一個(gè)分組。無論是否分片，該字段是始終保持不變的。分片標(biāo)志 (3 bits): 目前僅使用了兩個(gè)比特，MF 比特(More Fragment)置1，代表該分片是分組中的一片，置0則代表該分片是分組的最后一片；

4、DF 比特(Dont Fragment)置1，代表該分組不允許被中間路由器分片，置0則允許分片。 分片偏移量 (13 bits): 以8字節(jié)為單位描述分片在原分組中的位置，目的端主機(jī)根據(jù)這個(gè)信息可以進(jìn)行分片重裝。 參數(shù)的含義2022/9/8第三個(gè)字：生存期TTL：路由器每處理一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，必須將其TTL值減1，當(dāng)TTL0時(shí)則丟棄分組。協(xié)議：指明目的端傳送層的協(xié)議類別。 TCP = 6, ICMP = 1, UDP = 17頭部校驗(yàn)和：該值在每一個(gè)路由器上都要進(jìn)行從新計(jì)算和生成。第四、五個(gè)字：源和目地地址：32bit的地址，指明主機(jī)和其所在網(wǎng)絡(luò)的位置。可選項(xiàng)：允許IP頭部被擴(kuò)展，但出于性能上的考慮

5、，目前很少使用，IPV6中則完全取消。參數(shù)的含義2022/9/8協(xié)議類型字段編碼2022/9/8IP分組的分片:Fragmentation每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都有自己的MTU（ Maximum Transmission Unit ）。如Ethernet為1500字節(jié)，多數(shù)廣域網(wǎng)鏈路則不超過576字節(jié)。信源無法預(yù)先獲知所有中間網(wǎng)絡(luò)的MTU。IP解決方案：分片hosthostrouterrouterMTU = 4000MTU = 1500MTU = 20002022/9/8與分片相關(guān)的字段LengthIP分片的長(zhǎng)度Identification 與其它分片進(jìn)行匹配FlagsDont fragment flagM

6、ore fragments flagFragment offset本分片在整個(gè)分組中的位置以64bit為計(jì)數(shù)單位 (13 bit長(zhǎng))2022/9/8IP分片 例1hostrouterMTU = 4000IPHeaderIPDataLength = 3820, MF=02022/9/8 IP 分片例2routerrouterMTU = 2000IPHeaderIPDataLength = 3820, MF=03800 bytesIPHeaderIPDataLength =1940, MF=1, Offset = 01920 bytesIPDataIPHeaderLength = 1900, MF

7、=0, Offset = 2401880 bytes除最后一個(gè)分片外，所有分片的數(shù)據(jù)字段必須是8字節(jié)的整數(shù)倍2022/9/8IP分片例3IPHeaderIPDataLength = 1940, MF=1, Offset = 01920 bytesIPDataIPHeaderLength = 1900, MF=0, Offset = 2401880 byteshostrouterMTU = 1500IPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 01440 bytesIPHeaderIPDataLength = 500, MF=1, Offset = 18

8、0480 bytesIPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 2401440 bytesIPHeaderIPDataLength = 460, MF=0, Offset = 420440 bytes2022/9/8IP 重裝-目的端由于分片到達(dá)的順序可能是亂的因此最后一個(gè)分片到達(dá)前，很難確分組的實(shí)際長(zhǎng)度。有些分片可能重復(fù)只保留一個(gè)拷貝某些分片可能丟失丟棄整個(gè)分組IPHeaderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 0IPHeaderIPDataLength = 500, MF=1, Offset = 180IPHe

9、aderIPDataLength = 1460, MF=1, Offset = 240IPHeaderIPDataLength = 460, MF=0, Offset = 420IPDataIPDataIPDataIPData2022/9/8Ethereal抓包IP分組2022/9/83、IPv4編址兩個(gè)基本功能：唯一地標(biāo)識(shí)主機(jī); 幫助路由器快速地找到目的主機(jī)的位置，即選路問題。IP地址結(jié)構(gòu)：一個(gè)IP地址由兩部分組成，表示成， 。接口（Interface）：一個(gè)IP地址只能用來唯一地標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口?！叭?”代表“本”， “全1”代表“全部”。2022/9/8IPv4分類編址Network I

10、DHost IDNetwork IDHost ID816A類320B類10C類110Multicast AddressesD類1110Reserved for experimentsE類1111242022/9/8首字節(jié)規(guī)則A類: 7比特網(wǎng)絡(luò)前綴, 24比特主機(jī)號(hào)，有126個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)16,777,214 臺(tái)主機(jī)。 B類: 14比特網(wǎng)絡(luò)前綴, 16比特主機(jī)號(hào)，有16,384網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)65,534臺(tái)主機(jī)。C類: 21比特網(wǎng)絡(luò)前綴, 8比特主機(jī)號(hào)，有2,097,512網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)254臺(tái)主機(jī)。以上合計(jì)約40億地址。四類地址首字節(jié)取值范圍如下： A類地址: 1 - 126B類地址:128

11、- 191C類地址: 192 - 223D類地址: 224 - 239例如，根據(jù)首字節(jié)規(guī)則，路由器可以很快確定222.24.9.5 是一個(gè) C 類的地址，其網(wǎng)絡(luò)前綴是222.24.9，主機(jī)號(hào)是5。2022/9/8特殊地址與保留地址 RFC1918中規(guī)定如下地址是私有地址： 一個(gè)A類地址10.0.0.0， 16個(gè)B類地址172.16.0.0172.31.0.0， 256個(gè)C類地址192.168.0.0192.168.255.0 2022/9/8IP子網(wǎng)與子網(wǎng)劃分路由器每個(gè)接口連接一個(gè)IP子網(wǎng)，編址時(shí)，同一個(gè)子網(wǎng)的接口要求具備相同網(wǎng)絡(luò)前綴。2022/9/8子網(wǎng)編址 分類編址的缺陷兩層結(jié)構(gòu)的限制A,

12、B,C類網(wǎng)絡(luò)規(guī)模劃分不合理，大多數(shù)公司的網(wǎng)絡(luò)多在3001000主機(jī)規(guī)模 。1985年，RFC950子網(wǎng)編址，三級(jí)結(jié)構(gòu) 2022/9/8子網(wǎng)計(jì)算和表示法 全“0”和全“1”子網(wǎng)的問題： 考慮網(wǎng)絡(luò)地址 10.0.0.0，假如進(jìn)行了子網(wǎng)劃分，那么如何區(qū)分它是一個(gè)A類網(wǎng)絡(luò) 10 ? 還是一個(gè)子網(wǎng) 10.0 ? 廣播地址 10.255.255.255，它是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)“10”的定向廣播? 還是僅對(duì)子網(wǎng)10.255的廣播 ? 2022/9/8子網(wǎng)劃分例子例1，假設(shè)某大型機(jī)構(gòu)分配了一個(gè)B 類地址塊175.32.0.0/16。該機(jī)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃了10個(gè)IP子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)基本相當(dāng)。根據(jù)需求先確定子網(wǎng)號(hào)的位數(shù)

13、，取子網(wǎng)號(hào)為4個(gè)比特，24=16，保留全“0”子網(wǎng)，和全“1”子網(wǎng)，可用子網(wǎng)號(hào)為14個(gè)。 2022/9/8子網(wǎng)劃分例子2022/9/8VLSM-變長(zhǎng)子網(wǎng)劃分例2，假設(shè)一個(gè)擁有C類網(wǎng)絡(luò)202.117.15.0/24的小型機(jī)構(gòu)，有6個(gè)部門，每個(gè)部門要求劃分成一個(gè)子網(wǎng)。其中4個(gè)子網(wǎng)主機(jī)數(shù)不超過10，一個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)是60，一個(gè)子網(wǎng)的主機(jī)數(shù)是100，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)容量不超過200主機(jī)，一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)的地址容量可以滿足需求。 2022/9/82022/9/8Classless Inter-Domain Routing(CIDR)實(shí)際建網(wǎng)面臨的問題 Internet規(guī)模激增，A,B類IP地址資源緊張，路由表增長(zhǎng)過

14、快子網(wǎng)編址允許一個(gè)機(jī)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)任意復(fù)雜，但不能限制骨干網(wǎng)路由表的大小。CIDR包含三部分內(nèi)容： 拓?fù)湎嚓P(guān)的無分類地址分配策略。支持無分類地址的域間選路。地址匯聚機(jī)制（超網(wǎng)）。2022/9/8CIDR編址的特點(diǎn)IETF在1993【rfc1519】將其標(biāo)準(zhǔn)化,對(duì)子網(wǎng)概念的進(jìn)一步擴(kuò)展。CIDR型IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分可以任意長(zhǎng)：使用地址塊的公共部分做為網(wǎng)絡(luò)前綴。地址格式：a.b.c.d/x表示,其中x表示32bit的地址中，前x bit為網(wǎng)絡(luò)部分。分配給同一機(jī)構(gòu)的地址空間必須保持連續(xù)（2的冪次）以實(shí)現(xiàn)地址聚集。11001000 00010111 00010000 00000000前綴部分主機(jī)部分20

15、0.23.16.0/232022/9/8C類地址的分區(qū)194.0.0.0195.255.255.255 歐洲198.0.0.0199.255.255.255 北美200.0.0.0201.255.255.255 中南美202.0.0.0203.255.255.255 亞太示例：在某路由器中，去往歐洲地區(qū)的路由項(xiàng) 可聚集為一項(xiàng)194.0.0.0/7,相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)掩碼可寫為254.0.0.02022/9/8如何獲取網(wǎng)絡(luò)地址？強(qiáng)調(diào)位置相關(guān)的分配原則：機(jī)構(gòu)通常從其ISP處獲取IP地址。ISP本身則從全球型的權(quán)威地址管理機(jī)構(gòu)ICANN獲取地址（Internet Corporation for Assign

16、 Names and Numbers).Regional Internet Registries (RIRs) ARIN (North America, Southern Africa), APNIC (Asia-Pacific), RIPE (Europe, Northern Africa), LACNIC (South America)ICANN同時(shí)負(fù)責(zé)管理DNS根服務(wù)器，分配域名，解決域名紛爭(zhēng)問題。2022/9/82022/9/8CIDR路由匯聚與“超網(wǎng)”例如：一個(gè)小型規(guī)模的ISP分配有連續(xù)的32個(gè)C類地址塊222.24.0.0222.24.31.255。 2022/9/8分層編址: 更

17、具體的路由ISP2擁有到機(jī)構(gòu)1更具體的路由信息！“向我發(fā)送以 200.23.16.0/20”開頭的任何東西200.23.16.0/23200.23.18.0/23200.23.30.0/23ISP1機(jī)構(gòu)0機(jī)構(gòu)7Internet機(jī)構(gòu)1ISP2“向我發(fā)送以 199.31.0.0/16或200.23.18.0/23” 開頭的任何東西200.23.20.0/23機(jī)構(gòu)2.2022/9/8CIDR：最長(zhǎng)前綴匹配Destination =12.5.9.16- payload Prefix Interface Next Hop 12.0.0.0/8 10.14.22.19 ATM 5/0/8 12.4.0.0

18、/15 12.5.8.0/23 attached Ethernet 0/1/3 Serial 1/0/7 10.1.3.77 IP Forwarding Table 0.0.0.0/0 10.14.11.33 ATM 5/0/9 OKbetterbest!2022/9/8編址方式與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變遷2022/9/84、轉(zhuǎn)發(fā)功能逐跳轉(zhuǎn)發(fā) “逐跳”指發(fā)送一個(gè)分組時(shí)無需確切指定到達(dá)目的地的完整路徑，僅需指定到達(dá)目的地的下一跳設(shè)備即可，當(dāng)分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳后，再由下一跳設(shè)備為該分組執(zhí)行相同的轉(zhuǎn)發(fā)過程，直至將分組交付到目的主機(jī)。兩步：選路決策，轉(zhuǎn)發(fā)直接交付Vs間接交付 2022/9/8路由表的結(jié)構(gòu)router

19、#show ip routeIPv4 Routing Table:Dest Mask Gw Interface Owner pri metric10.26.32.0 255.255.255.0 10.26.245.5 fei_1/1 bgp 200 0 10.26.33.253 255.255.255.255 10.26.245.5 fei_1/1 ospf 110 14 10.26.33.254 255.255.255.255 10.26.245.5 fei_1/1 ospf 110 13 10.26.36.0 255.255.255.248 10.26.36.2 gei_5/2.1 dir

20、ect 0 0 10.26.36.2 255.255.255.255 10.26.36.2 gei_5/2.1 address 0 0 10.26.36.24 255.255.255.248 10.26.36.26 gei_5/2.4 direct 0 0 10.26.245.4 255.255.255.252 10.26.245.6 fei_1/1 direct 0 0 10.26.245.6 255.255.255.255 10.26.245.6 fei_1/1 address 0 0 2022/9/8路由表項(xiàng)的產(chǎn)生由以下三種方式之一產(chǎn)生：直連路由：當(dāng)設(shè)備接口上正確配置了IP地址，則相應(yīng)信

21、息自動(dòng)出現(xiàn)在路由表中并與接口關(guān)聯(lián),該類路由項(xiàng)由設(shè)備鏈路層發(fā)現(xiàn)，鏈路層只能發(fā)現(xiàn)本接口所屬網(wǎng)段。靜態(tài)路由：由系統(tǒng)管理員手工設(shè)置的路由稱之為靜態(tài)路由，它不隨網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)的改變而改變。動(dòng)態(tài)路由：由路由協(xié)議生成，能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓{(diào)整相應(yīng)的路由信息。適用于大規(guī)模和復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。2022/9/8同一網(wǎng)段-直接交付IP地址：192.168.1.2MAC地址：00:20:AF:00:00:02IP地址：192.168.1.1MAC地址：00:20:AF:00:00:01以太網(wǎng)IP層封裝IP包包發(fā)往IP地址192.168.1.2以太網(wǎng)IP層封裝MAC幀幀發(fā)往MAC地址00:20:AF:00:00:02封裝MAC幀收到MAC幀ARP拆封IP包收到IP包AB網(wǎng)絡(luò)情況協(xié)議層次2022/9/8以太網(wǎng)以太網(wǎng)接口不同網(wǎng)段-間接交付以太網(wǎng)IP層MAC幀IP層串行接口以太網(wǎng)接口IP層網(wǎng)絡(luò)情況協(xié)議層次PPP分組IP包IP包發(fā)送端主機(jī)A接收端主機(jī)B路由器EthernetPPPHOST AHOST Bfei-1/1e1_2/1Ethernetfei-1/1e1_2/1IP層路由器PPP幀IP包IP包串行接口MAC幀IP包IP包20.1.1.220.1