傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡連接設備（終稿）

1、第4章 傳輸介質(zhì)與網(wǎng)絡設備主要內(nèi)容網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)物理層網(wǎng)絡互聯(lián)設備數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡互聯(lián)設備網(wǎng)絡層網(wǎng)絡互聯(lián)設備有線通信無線通信雙絞線同軸電纜光纖無線電短波通信地面微波接力通信紅外線和激光衛(wèi)星通信VSAT衛(wèi)星通信4.1網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)-物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類，即導向傳輸媒體和非導向傳輸媒體。在導向傳輸媒體中，電磁波被導向沿著固體媒體(銅線或光纖)傳播，而非導向傳輸媒體就是指自由空間，在非導向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無線傳輸。導向媒體 有線非導向媒體 無線導向媒體 有線銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套

2、層屏蔽層絕緣層絕緣層外導體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導體無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜1 雙 絞 線無屏蔽雙絞線四對線芯平行導線的噪聲效應如果兩條導線互相平行，離噪聲源如電動機近的導線中產(chǎn)生的噪聲電平就會比另一條導線中的更高，從而導致負載不平衡以及信號損益。雙絞線上的噪聲導線絞合并不保證一定能消除噪聲，但是能顯著減弱它的影響。所以“雙絞的作用是減少相鄰導線的電磁干擾。無屏蔽雙絞線的種類1類線 用于5Mbps傳輸(適用于語音/低速傳輸 ) 2類線 用于5Mbps傳輸(適用于語音/低速傳輸 )3類線 用于16Mbps傳輸(10M以太網(wǎng)電纜,4芯)4類線 用于20 Mbps傳輸5類線

3、 用于100 Mbps傳輸8芯超5類線 用于155Mbps傳輸8芯,最常用的網(wǎng)絡電纜6類線 用于250Mbps傳輸7類線 用于600Mbps傳輸電纜上通常印有類別標志,如 cat 5 或category 5 (5類線)標準規(guī)定計算機網(wǎng)絡常用雙絞線(UTP)每根長度不宜超過100米。雙絞線的特點其頻率范圍對于傳輸數(shù)據(jù)和語音都適用現(xiàn)在5類非屏蔽雙絞線的傳輸頻率上限可以到達100MHZ以上 所以模擬傳輸寬帶信號/數(shù)字傳輸基帶信號均可使用單位價格最低，但每根只能連接一站點，線路總費用增加 抗高頻干擾能力較差 使用雙絞線需在傳輸速率和傳輸距離之間作出選擇雙絞線聯(lián)網(wǎng)的5-4-3規(guī)那么 因為信號衰減，所以雙

4、絞線最遠的傳輸距離為100米。超過100米就需要一個中繼設備對信號進行放大處理。 用雙絞線組網(wǎng)時，信號經(jīng)過的網(wǎng)段最多不能超過五段，也就是所加的中繼器最多為四個,而且只有三個段用來接工作站。雙絞線的連接HUBRJ-45接頭(水晶頭)RJ-45連接器RJ-45插頭是一種只能沿固定方向插入并自動防止脫落的塑料接頭，俗稱“水晶頭，專業(yè)術語為RJ-45連接器。雙絞線的兩端必須都安裝這種RJ-45插頭，以便插在網(wǎng)卡NIC、集線器Hub或交換機Switch的RJ-45接口上，進行網(wǎng)絡通訊。 RJ-45連接器中的導線標準針線對（T表示發(fā)送、R表示接收、*表示未定義）1T2T3R4*5*6R7*8*EIA/TI

5、A(電子工業(yè)聯(lián)合會和電信工業(yè)協(xié)會) 568A順序顏色功能針1白綠Tx+針2綠Tx-針3白橙Rx+針4藍10BaseT和100BaseT中未使用針5白藍10BaseT和100BaseT中未使用針6橙Rx-針7白棕10BaseT和100BaseT中未使用針8棕10BaseT和100BaseT中未使用EIA/TIA(電子工業(yè)聯(lián)合會和電信工業(yè)協(xié)會)568B標準順序顏色功能針1白橙Tx+針2橙Tx-針3白綠Rx+針4藍10BaseT和100BaseT中未使用針5白藍10BaseT和100BaseT中未使用針6綠Rx-針7白棕10BaseT和100BaseT中未使用針8棕10BaseT和100BaseT中

6、未使用雙絞線接線標準鉸齊線頭，插入插頭用壓線鉗夾緊接線的標準有EIATIA T568A和EIATIA T568B 網(wǎng)線的兩種連線方式雙絞線連接有兩種方式：直連網(wǎng)線和交叉網(wǎng)線。直連網(wǎng)線：兩端線序一樣，目前使用比較多的是T568B標準接線方法。交叉網(wǎng)線：一端為T568A，另一端T568B。下面列出常用網(wǎng)絡設備間的連線方式：PC-PC:交叉網(wǎng)線PC-HUB:直連網(wǎng)線HUB-HUB普通口-級連口：直連網(wǎng)線HUB-HUB普通口:交叉網(wǎng)線 HUB-HUB級連口-級連口：交叉網(wǎng)線直通線針12345678標記Rx+Rx-Tx+Tx-針12345678標記Tx+Tx-Rx+Rx-集線器/交換機計算機/路由器交叉

7、線針12345678標記Rx+Rx-Tx+Tx-集線器/交換機集線器/交換機針12345678標記Rx+Rx-Tx+Tx-雙絞線的網(wǎng)線制作RJ-45接頭(水晶頭)壓線鉗雙絞線1. 先抽出一小段線，然后先把外皮剝除一段,長約1.5cm-2cm注意:芯線的絕緣皮不能剝?nèi)ルp絞線2. 將雙絞線反向纏繞開，根 據(jù)T568B接線標準排線注意:線序要正確雙絞線3. 鉸齊線頭雙絞線4. 按正確的線序插入水晶頭注意:一定要使各條芯線都插到水晶頭的底部雙絞線雙絞線5. 用剝線鉗夾緊注意:要充分壓緊2 同軸電纜的結構(4班)11.10廣泛使用的同軸電纜有兩種：一種為50(指沿電纜導體各點的電磁電壓對電流之比) 同軸

8、電纜，用于數(shù)字信號的傳輸，即基帶同軸電纜；另一種為75同軸電纜，用于寬帶模擬信號的傳輸，即寬帶同軸電纜?；鶐鬏斝?主要用于LAN) 50 RG-8粗纜單段傳輸距離最遠為500米 RG-58 (細纜單段傳輸距離最遠為185米頻帶傳輸型(主要模擬傳輸) 75公用天線電視系統(tǒng)(CATV)用 常用同軸電纜種類3 光纖光導纖維 光是一種電磁波，它在真空中傳輸速度最快每秒30萬千米，但傳輸速度隨傳輸介質(zhì)密度增大而降低。相對于其他傳輸媒介，低損耗、高帶寬和高抗干擾性是光纖最主要的優(yōu)點。目前光纖的數(shù)據(jù)傳輸率已達2.4G甚至更高速率20G以上。根據(jù)貝爾實驗室測試，當數(shù)據(jù)速率為420Mbps且距離為119km無

9、中繼器時，其誤碼率為10-8，可見其傳輸質(zhì)量很好。光的傳輸特性主要用于：主干網(wǎng)高速防雷擊保密防竊聽光纖傳輸原理光纖利用全反射使光線在信道內(nèi)定向傳輸。光纖中心是玻璃或塑料的芯材，外面填充著密度相對較小的玻璃或塑料材料覆層。兩種材料的密度差異必須到達能夠使纖芯中的光線只能反射回來而不能折射入覆層的程序。多模光纖是指在給定的工作波長上，能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。其光纖芯徑在50到100m的范圍內(nèi)，多條入射角度不同的光線可以同時在一條光纖反射式地傳播。Multimode Fiber多模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖單模光纖Single Mode使用折射率突變型光纖。其芯徑被減少到某個波長級，這樣只有一

10、個角度即“模式的光纖可以通過：軸心光線。于是所有光線都能“同時到達，并能無失真地重新組合，通常用于長距離的傳輸。輸入脈沖輸出脈沖單模光纖一般來說，多芯光纖并不直接連接到計算機的網(wǎng)卡上，而是連接到一種叫做光端器的設備上。這時就需要使用一種俗稱“光纖跳線的專用連接線，連接光端器和計算機上的網(wǎng)卡。光纖跳線也是光纖，一根光纖跳線中只含有一根光纖，只能進行單向的數(shù)據(jù)傳輸。一般連接一臺計算機需要兩根光纖軟跳線，一根發(fā)送數(shù)據(jù)，一根接收數(shù)據(jù)。 光纖跳線Fiber Jumper Lines光纖系統(tǒng)中使用的光源器件 有兩種類型，皆為施加電壓便可發(fā)射光束的半導體裝置。LED (發(fā)光二極管) 價廉，工作溫度范圍較大，

11、工作壽命較長，但只能發(fā)射發(fā)散的光線，只在短距離內(nèi)使用。ILD (注入式激光二極管) 根據(jù)激光原理工作，光線具有高度集中性，高效高數(shù)據(jù)速率長距離光纖的應用容量更大能以數(shù)百Gbps的數(shù)據(jù)率傳輸幾十千米 (比較: 同軸電纜能以數(shù)百Mbps的數(shù)據(jù)率傳輸1千米; 雙絞線能以幾Mbps 的數(shù)據(jù)率傳輸1千米，或以100 Mbps 至 1 Gbps的數(shù)據(jù)率傳輸數(shù)十米 。尺寸更小且重量更輕衰減最小 電磁隔離不受外部電磁場影響(干擾、沖激噪聲和串擾影響小)無能量輻射，也難以分接防竊聽功能)無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)通過空氣傳輸信號空氣既可以傳輸數(shù)字信信號，又可以傳輸模擬信號目前使用較多的紅外線、無線電波、微波等無線

12、傳輸介質(zhì)都可以通過空氣傳輸信號 1 紅外傳輸紅外線在電磁波譜中的頻率低于可見光但高于微波，它的頻率范圍10121014Hz之間紅外傳輸主要實現(xiàn)的是視距傳輸，它不具有穿透性，因此紅外傳輸信號無法穿過墻壁從一個房間傳輸?shù)搅硪粋€房間 2 無線電傳輸無線電波可以穿過墻壁在空氣中可以向任何方向傳播它在電磁波譜中的頻率低于微波，它的頻率范圍在104108Hz之間無線電系統(tǒng)使用這一頻段的無線電波來傳輸數(shù)據(jù)大多數(shù)無線電頻率的使用是有標準的，并且需要得到無線電管理委員會的批準 3 微波通信微波在電磁波譜中是指頻率大過于1GHz的電波微波通信使用功率極大的聚焦能量束在很遠的距離上實現(xiàn)信息的傳輸微波傳輸分為：地面微

13、波通信系統(tǒng)衛(wèi)星微波通信系統(tǒng) 4 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信其實就是非地面微波通信最常見的衛(wèi)星系統(tǒng)就是同步地球軌道衛(wèi)星同步地球軌道衛(wèi)星始終處在赤道正上方的位置上，離地面的高度大約為50000公里衛(wèi)星微波通信系統(tǒng)可以抵達地球上最偏遠的地方，可以與移動通信設備通信。 衛(wèi)星通信 4.2 網(wǎng)絡互連設備 網(wǎng)絡互連設備用來將網(wǎng)絡的各個部件連接在一起，從連接性質(zhì)的不同可以認為有物理上的互連能力和協(xié)議上的互連能力。 1物理上的互連能力指所支持的物理接口，能連接的物理介質(zhì)類型。 2協(xié)議上的互連能力指工作在不同協(xié)議類型的網(wǎng)絡之間，實現(xiàn)不同協(xié)議數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)換。通常對設備互連能力考慮得較多的都是協(xié)議上的互連能力。 網(wǎng)絡工程中使用得

14、較多的幾種互連設備是中繼器、集線器、網(wǎng)橋/交換機、路由器和網(wǎng)關等物理層互聯(lián)設備 數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備 網(wǎng)絡層互聯(lián)設備 應用層互聯(lián)設備 網(wǎng)絡互連設備學習內(nèi)容常見網(wǎng)絡互連設備的互連能力網(wǎng)絡互連設備應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層中繼器、集線器、網(wǎng)關網(wǎng)橋、交換機、網(wǎng)關路由器、第三層交換機、網(wǎng)關網(wǎng)關DTEDTE互連設備物理傳輸介質(zhì)網(wǎng)卡又稱網(wǎng)絡接口卡Network Interface Card，NIC，是計算機與網(wǎng)絡的接口。 網(wǎng)卡能夠?qū)π诺乐械男畔⑦M行偵聽，并根據(jù)自身的MAC地址識別自己應該接收的信息。當與網(wǎng)卡連接的計算機或其他設備作好接受信息的

15、準備后，網(wǎng)卡便將從外部接收的信息提交給這些設備；當與網(wǎng)卡連接的計算機或其他設備需要向外界發(fā)送信息時，網(wǎng)卡會在信道信息流中尋找間隙，并將信息送上信道。 它的標準是由IEEE來定義的。網(wǎng)卡工作于OSI的最低層，也就是物理層。1 物理層互聯(lián)設備-網(wǎng)卡 網(wǎng)卡網(wǎng)卡的特征：1、支持的網(wǎng)絡類型有以太網(wǎng)卡、令牌環(huán)網(wǎng)卡、FDDI網(wǎng)卡、無線網(wǎng)卡等2、網(wǎng)卡的插槽ISA、PCI、PCMCIA、USB3、網(wǎng)卡的端口類型AUI、BNC、RJ45、光纖接口4、端口速率10Mbps、100Mbps、10/100Mbps、1000Mbps1ISA總線網(wǎng)卡ISA總線接口由于I/O速度較慢，隨著上世紀90年代初PCI總線技術的出現(xiàn)

16、，很快被淘汰了。目前在市面上根本上看不到有ISA總線類型的網(wǎng)卡 2PCI總線網(wǎng)卡 這種總線類型的網(wǎng)卡在當前的臺式機上相當普遍，也是目前最主流的一種網(wǎng)卡接口類型。因為它的I/O速度遠比ISA總線型的網(wǎng)卡快ISA最高僅為33MB/s，而目前的PCI 32位的PCI接口數(shù)據(jù)傳輸速度最高可達133MB/s，所以在這種總線技術出現(xiàn)后很快就替代了原來老式的ISA總線3PCMCIA總線網(wǎng)卡這種總類型的網(wǎng)卡是筆記本電腦專用的，它受筆記本電腦的空間限制，體積遠不可能像PCI接口網(wǎng)卡那么大。4USB接口網(wǎng)卡 作為一種新型的總線技術，USBUniversal Serial Bus，通用串行總線已經(jīng)被廣泛應用于鼠標、

17、鍵盤、打印機、掃描儀、Modem、音箱等各種設備網(wǎng)卡的插槽ISA、PCI、PCMCIA、USB2 物理層互聯(lián)設備-中繼器 負責在兩個節(jié)點的物理層上按位傳遞信息，完成信號的復制、調(diào)整和放大功能，以此來延長網(wǎng)絡的長度。 中繼器也可以完成不同媒體的轉(zhuǎn)接工作中繼器中繼器的功能細分為以下幾條：1中繼器僅作用于物理層。 2只具有簡單的放大、再生物理信號的功能。3由于中繼器工作在物理層，在網(wǎng)絡之間實現(xiàn)的是 物理層連接，因此中繼器只能連接相同的局域網(wǎng)。4中繼器可以連接相同或不同傳輸介質(zhì)的同類局域網(wǎng)。網(wǎng)絡互連設備物理層互聯(lián)設備-中繼器網(wǎng)絡是否可以無限延長呢？ 從理論上講中繼器的使用是無限的，網(wǎng)絡也因此可以無限延

18、長。事實上這是不可能的，因為網(wǎng)絡標準中都對信號的延遲范圍作了具體的規(guī)定，中繼器只能在此規(guī)定范圍內(nèi)進行有效的工作，否那么會引起網(wǎng)絡故障。以太網(wǎng)標準約定：一個以太網(wǎng)上只允許出現(xiàn)5個網(wǎng)段，4個中繼器，3個網(wǎng)段可以掛接計算機物理層互聯(lián)設備-集線器 中繼器的一種形式，區(qū)別在于集線器能夠提供多端口效勞，也稱為多口中繼器。 集線器集線器 集線器HUB是雙絞線以太網(wǎng)對網(wǎng)絡進行集中管理的最小單元。集線器是一個共享設備，其實質(zhì)是一個多端口的中繼器。 集線器在OSI體系結構模型中處于物理層，是LAN的接入層設備。 HUB主要用于共享式以太網(wǎng)絡的組建，是解決從效勞器直接到桌面的最正確，最經(jīng)濟的方案。網(wǎng)絡互連設備1用戶

19、帶寬共享，帶寬受限。集線器的所有端口共享總的背板帶寬，用戶端口帶寬較窄，且隨著集線器所接用戶的增多，用戶的平均帶寬不斷減少，不能滿足當今許多對網(wǎng)絡帶寬有嚴格要求的網(wǎng)絡應用，如多媒體、流媒體應用等環(huán)境2播送方式，易造成網(wǎng)絡風暴。3非雙工傳輸，網(wǎng)絡通信效率低。集線器的同一時刻每一個端口只能進行一個方向的數(shù)據(jù)通信，而不能像交換機那樣進行雙向雙工傳輸，網(wǎng)絡執(zhí)行效率低，不能滿足較大型網(wǎng)絡通信需求集線器的缺點集線器類型依據(jù)總線帶寬的不同。HUB分為10M、100M和10/100M自適應3種；假設按照配置形式的不同可分為獨立型，模塊型和可堆疊型集線器；根據(jù)管理方式可分為智能型帶有CPU，支持簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議

20、和非智能型HUB不支持網(wǎng)絡管理，容易形成數(shù)據(jù)堵塞兩種；按照安裝時的場合，又可以分為機架式和桌面式的HUB。目前使用的根本上是以上4種分類的組合。HUB根據(jù)端口數(shù)目的不同，主要有8口，16口和24口之分。網(wǎng)絡互連設備2 數(shù)據(jù)鏈路層互聯(lián)設備-網(wǎng)橋網(wǎng)橋也叫橋接器，是連接兩個局域網(wǎng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備，工作在OSI的數(shù)據(jù)鏈路層。網(wǎng)橋可以截獲所有的網(wǎng)絡信息，并讀取每個幀的目標地址MAC地址，以確定幀是否應該轉(zhuǎn)發(fā)到某一個網(wǎng)段。網(wǎng)橋最主要的優(yōu)點是它可以限制傳輸?shù)侥承┚W(wǎng)段的通信量，這一優(yōu)點被用在10Base5以太網(wǎng)中，用來給工作節(jié)點數(shù)目較多的網(wǎng)絡分段。網(wǎng)絡互連設備網(wǎng)橋的內(nèi)部結構 站表接口管理 軟件網(wǎng)橋協(xié)議 實體緩存

21、接口 1接口 2網(wǎng)段 B網(wǎng)段 A111222站地址接口網(wǎng)橋網(wǎng)橋接口 1接口 212每個網(wǎng)橋都將其連接的兩個網(wǎng)段的地址建立起一個地址表，稱為站表。網(wǎng)橋的工作過程當使用網(wǎng)橋連接兩段LAN時，網(wǎng)橋?qū)碜跃W(wǎng)段1的MAC幀，首先要檢查其目的站點地址。如果該幀是發(fā)往網(wǎng)段1上某一站的，網(wǎng)橋那么不將幀轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段2，而將其濾除；如果該幀是發(fā)往網(wǎng)段2上某一站的，網(wǎng)橋那么將它轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)段2。這說明，如果LAN1和LAN2上各有一對用戶在本網(wǎng)段上同時進行通信，顯然是可以實現(xiàn)的。因為網(wǎng)橋起到了隔離作用。網(wǎng)橋的工作原理 緩存：網(wǎng)橋首先會對收到的數(shù)據(jù)幀進行緩存并處理 過濾：判斷入幀的目標節(jié)點是否位于發(fā)送這個幀的網(wǎng)段中，如果是

22、，網(wǎng)橋就不把幀轉(zhuǎn)發(fā)到網(wǎng)橋的其他端口轉(zhuǎn)發(fā)：如果幀的目標節(jié)點位于另一個網(wǎng)絡，網(wǎng)橋就將幀發(fā)往正確的網(wǎng)段學習：每當幀經(jīng)過網(wǎng)橋時，網(wǎng)橋首先在網(wǎng)橋表中查找?guī)脑碝AC地址，如果該地址不在網(wǎng)橋表中，那么將有該MAC地址及其所對應的網(wǎng)橋端口信息參加數(shù)據(jù)幀要去往的目標MAC地址使用的網(wǎng)橋端口MAC A端口3MAC B端口2MAC C端口1網(wǎng)橋的工作原理 擴散：如果在表中找不到目標地址，那么按擴散的方法將該數(shù)據(jù)發(fā)送給與該網(wǎng)橋連接的除發(fā)送該數(shù)據(jù)的網(wǎng)段外的所有網(wǎng)段。 網(wǎng)橋的工作原理過濾通信量。 擴大了物理范圍。提高了可靠性。(故障只影響個別網(wǎng)段)可互連不同物理層、不同 MAC 子層和不同速率如10 Mb/s 和 10

23、0 Mb/s 以太網(wǎng)的局域網(wǎng)。 使用網(wǎng)橋帶來的好處 局域網(wǎng)交換機實際上是一種高性能的多端口網(wǎng)橋。和網(wǎng)橋一樣，它從一個端口接收以太網(wǎng)幀，然后向另外一個端口轉(zhuǎn)發(fā)也具有通過自學習來構建轉(zhuǎn)發(fā)表的功能。 局域網(wǎng)交換機和網(wǎng)橋的主要區(qū)別：網(wǎng)橋一般只有少數(shù)幾個接口，而局域網(wǎng)交換機那么可能有幾十個端口，局域網(wǎng)交換機中幀的轉(zhuǎn)發(fā)采用了高效的交換邏輯來實現(xiàn)許多交換機都支持全雙工模式，吞吐量是原來的一倍。多接口網(wǎng)橋以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機的每個接口都直接與主機相連，并且一般都工作在全雙工方式。交換機能同時連通許多對的接口，使每一對相互通信的主機都能像獨占通信媒體那樣，進行無碰撞地傳輸數(shù)據(jù)。 以太網(wǎng)交換機由于使用了專用的

24、交換結構芯片，其交換速率就較高。 以太網(wǎng)交換機的特點對于普通 10 Mb/s 的共享式以太網(wǎng)，假設共有 N 個用戶，那么每個用戶占有的平均帶寬只有總帶寬(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太網(wǎng)交換機時，雖然在每個接口到主機的帶寬還是 10 Mb/s，但由于一個用戶在通信時是獨占而不是和其他網(wǎng)絡用戶共享傳輸媒體的帶寬，因此對于擁有 N 對接口的交換機的總容量為 N10 Mb/s。這正是交換機的最大優(yōu)點。 獨占傳輸媒體的帶寬 以太網(wǎng)交換機的邏輯結構局域網(wǎng)交換機的邏輯結構：每個端口都有一個發(fā)送和接收側，端口的接收側接收MAC幀，然后根據(jù)目的地址來決定往哪個端口的發(fā)送側轉(zhuǎn)發(fā)。每個端口的發(fā)送和接收側

25、連接到一個縱橫開關上。 如果把集線器看成一條內(nèi)置的以太網(wǎng)總線，交換機就可以看作由多條總線構成交換矩陣的互聯(lián)系統(tǒng)。每一個交換機端口對應著一條高出一個數(shù)量級的背板帶寬總線，背板總線與一個交換引擎相連接。不同端口間的數(shù)據(jù)包經(jīng)背板總線進入交換引擎，通過存儲轉(zhuǎn)發(fā)、直通轉(zhuǎn)發(fā)和無碎片轉(zhuǎn)發(fā)模式進行交換。直通式 存儲轉(zhuǎn)發(fā)式 無碎片直通式更高級的直通式轉(zhuǎn)發(fā) 轉(zhuǎn)發(fā)方式簡介直通式直通式Cut Through方式在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)包后，只檢查其包頭，取出目的地址，通過內(nèi)部的地址表確定相應的輸出端口，然后把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口這樣就完成了交換。因為它只檢查數(shù)據(jù)包的包頭通常只檢查14個字節(jié)。 缺點：不具備檢測和處理能

26、力Port1Port2Portn Port3datadatadataError!存儲轉(zhuǎn)發(fā)式 存儲轉(zhuǎn)發(fā)Store and Forward是計算機網(wǎng)絡領域使用得最為廣泛的技術之一，在這種工作方式下交換機的控制器先緩存輸入到端口的數(shù)據(jù)包，然后進行CRC校驗，濾掉不正確的幀，確認包正確后，取出目的地址，通過內(nèi)部的地址表確定相應的輸出端口，然后把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口。缺點：時延長Port1Port2Portn Port3data交換處理模塊datadata無碎片直通式 無碎片直通Fragment Free Cut Through是介于直通式和存儲轉(zhuǎn)發(fā)式之間的種解決方案，它檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64 By

27、tes512bit如果小于64 Bytes，說明該包是碎片即在信息發(fā)送過程中由于沖突而產(chǎn)生的殘缺不全的幀，那么丟棄該包，如果大于64 Bytes，那么發(fā)送該包。該方式的數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快，但比直通式慢。 Port1Port2Portn Port3data交換處理模塊datadata64Byte=Frame集線器與交換機的區(qū)別從OSI體系結構來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設備。這就意味著集線器只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法有效處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機不但可以對數(shù)據(jù)的傳輸做

28、到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。集線器與交換機的區(qū)別 從工作方式來看，集線器是一種播送模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候其他所有端口都有名收聽到信息，容易產(chǎn)生播送風暴。當網(wǎng)絡較大的時候網(wǎng)絡性能會受到很大的影響，那么用什么方法防止這種現(xiàn)象的發(fā)生呢？交換機就能夠起到這種作用，當交換相工作的時候只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，那么交換機就能夠隔離沖突域和有效地抑制播送風暴的產(chǎn)生。 集線器與交換機的區(qū)別從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待；同時集線器只能工作在半雙工模式下。而對于交換

29、機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當兩個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下也可以工作在全雙工模式下。4 網(wǎng)絡層互聯(lián)設備-路由器 RAMROMFlashNVRAMInterfaceLineCPU什么是路由選擇一個將數(shù)據(jù)包發(fā)往某個目標網(wǎng)段或主機的路徑就是路由的過程。用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流比方文件，視頻流，電子郵件等等應用被從一個邏輯的源轉(zhuǎn)發(fā)到一個邏輯的目的地。用來表示邏輯源和邏輯目的地的是IP地址，因此我們認為路由的過程是將不同IP地址網(wǎng)段的IP包進行轉(zhuǎn)發(fā)。那么實現(xiàn)這一功能的設備我們稱之為路由器。路由器的功能作用實現(xiàn)不同IP網(wǎng)段主機間的相互訪問實現(xiàn)不同通信協(xié)議網(wǎng)段主

30、機間的相互訪問不轉(zhuǎn)發(fā)播送數(shù)據(jù)包功能基于IP地址的尋徑和轉(zhuǎn)發(fā)不同通信協(xié)議的轉(zhuǎn)換特定IP數(shù)據(jù)包的分片和重組路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)過程1、路由器從接口收到數(shù)據(jù)包，讀取數(shù)據(jù)包里的目的IP地址2、根據(jù)目的IP地址信息查找路由表進行匹配3、匹配成功后，按照路由表中轉(zhuǎn)發(fā)信息進行轉(zhuǎn)發(fā)4、匹配失敗，將數(shù)據(jù)包丟棄，并向源發(fā)送方反回錯誤信息報文Packet路由表 目的網(wǎng)段 轉(zhuǎn)發(fā)192.168.1.0 從F1口發(fā)出192.168.2.0 從F2口發(fā)出 172.16.1.0 交給B典型的路由器的結構 路由選擇路由選擇處理機路由選擇協(xié)議路由表3輸入端口3交換結構輸入端口輸出端口分組轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)表分組處理輸出端口11133122223

31、網(wǎng)絡層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層“轉(zhuǎn)發(fā)和“路由選擇的區(qū)別 “轉(zhuǎn)發(fā)(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的 IP 數(shù)據(jù)報從適宜的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去?！奥酚蛇x擇(routing)那么是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關于網(wǎng)絡拓撲的變化 情況，動態(tài)地改變所選擇的路由。路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。在討論路由選擇的原理時，往往不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別， 輸入端口對線路上收到的分組的處理 數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢?，將分組送到網(wǎng)絡層的隊列中排隊等待處理。這會產(chǎn)生一定的時延。 物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡層處理 分組排隊 交換結構 輸入端口的處理從線路接收分組查表

32、和轉(zhuǎn)發(fā)輸出端口將交換結構傳送來的分組發(fā)送到線路 當交換結構傳送過來的分組先進行緩存。數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路。 物理層處理數(shù)據(jù)鏈路層處理網(wǎng)絡層處理 分組排隊 輸出端口的處理向線路發(fā)送分組緩存管理交換結構分組丟棄 假設路由器處理分組的速率趕不上分組進入隊列的速率，那么隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使后面再進入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)生溢出是造成分組喪失的重要原因。 路由表的作用路由器就像網(wǎng)絡中的向?qū)б粯樱擨P包來到路由器后有一個很重要的任務就是查看該路由器是否知道這個IP數(shù)據(jù)包要去的目的地。路由表

33、：路由表實際上類似于現(xiàn)實生活中的路牌，都是為了指向，只不過一個是為數(shù)據(jù)包指向，另一個是為行人或者車輛指向。 路由表的根本結構如下命令：route print目的網(wǎng)絡掩碼下一跳接口跳數(shù)目的網(wǎng)絡：指數(shù)據(jù)包要到達的網(wǎng)絡的網(wǎng)絡地址。掩碼：指目的網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼或者超網(wǎng)掩碼。下一跳：下一跳指到達下一個路由器的IP地址，即我們通常所說的網(wǎng)關地址。接口：從數(shù)據(jù)包所在的路由器的出口IP地址，接口地址必須與下一跳地址在同一個網(wǎng)絡中。跳數(shù)：數(shù)據(jù)包從該路由器到目的網(wǎng)絡所要經(jīng)過的路由器的跳數(shù)。觀察IP 層轉(zhuǎn)發(fā)分組的流程 有四個 A 類網(wǎng)絡通過三個路由器連接在一起。每一個網(wǎng)絡上都可能有成千上萬個主機?？梢韵胂瘢僭O按目的

34、主機號來制作路由表，那么所得出的路由表就會過于龐大。但假設按主機所在的網(wǎng)絡地址來制作路由表，那么每一個路由器中的路由表就只包含 4 個工程。這樣就可使路由表大大簡化。 網(wǎng) 1 網(wǎng) 4 網(wǎng) 3 網(wǎng) 2目的主機所在的網(wǎng)絡下一跳地址直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表鏈路 4鏈路 3鏈路 2鏈路 1R2R3R101R2R3R1在路由表中，對每一條路由，最主要的是目的網(wǎng)絡地址，下一跳地址 查找路由表根據(jù)目的網(wǎng)絡地址就能確定下一跳路由器，這樣做的結果是： IP 數(shù)據(jù)報最終一定可以找到目的主機所在目的網(wǎng)絡上的路由器可能要通過屢次的間接交付。 只有到達最后一個路由器時，才試圖向目的主機

35、進行直接交付。 必須強調(diào)指出 IP 數(shù)據(jù)報的首部中沒有地方可以用來指明“下一跳路由器的 IP 地址。當路由器收到待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報，不是將下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 數(shù)據(jù)報，而是送交下層的網(wǎng)絡接口軟件。網(wǎng)絡接口軟件使用 ARP 負責將下一跳路由器的 IP 地址轉(zhuǎn)換成硬件地址，并將此硬件地址放在鏈路層的 MAC 幀的首部，然后根據(jù)這個硬件地址找到下一跳路由器。 HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)通信的路徑H1經(jīng)過 R1 轉(zhuǎn)發(fā)再經(jīng)過 R2 轉(zhuǎn)發(fā)H2查找路由表查找路由表HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主

36、機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報從協(xié)議棧的層次上看數(shù)據(jù)的流動HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的

37、互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報從虛擬的 IP 層上看 IP 數(shù)據(jù)報的流動HA1HA5HA4HA3HA6主機 H1主機 H2路由器 R1硬件地址路由器 R2HA2IP1IP2局域網(wǎng)局域網(wǎng)局域網(wǎng)IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到

38、 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報在鏈路上看 MAC 幀的流動IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報在 IP 層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到 IP 數(shù)據(jù)報圖中的 IP1IP2 表示從源地址 IP1 到目的地址 IP2 兩個路由器的 IP 地址并不出現(xiàn)在 IP 數(shù)據(jù)報的首部中 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器

39、R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)MAC 幀IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報路由器只根據(jù)目的站的 IP 地址的網(wǎng)絡號進行路由選擇 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 幀從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報在具體的物理網(wǎng)絡的鏈路層只能看見 MAC 幀而看不

40、見 IP 數(shù)據(jù)報 IP1HA1HA5HA4HA3HA6HA2IP6主機 H1主機 H2路由器 R1IP 層上的互聯(lián)網(wǎng)IP2IP4IP3IP5路由器 R2 IP1 IP2IP1 IP2IP1 IP2MAC 幀從 HA1 到 HA3從 HA4 到 HA5從 HA6 到 HA2MAC 幀MAC 幀IP 數(shù)據(jù)報IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復雜的細節(jié)在抽象的網(wǎng)絡層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的 IP 地址研究主機和主機或主機和路由器之間的通信 在不劃分子網(wǎng)的兩級 IP 地址下，從 IP 地址得出網(wǎng)絡地址是個很簡單的事。但在劃分子網(wǎng)的情況下，從 IP 地址卻不能唯一地得出網(wǎng)絡地址來，這是因為網(wǎng)絡地

41、址取決于那個網(wǎng)絡所采用的子網(wǎng)掩碼，但數(shù)據(jù)報的首部并沒有提供子網(wǎng)掩碼的信息。因此分組轉(zhuǎn)發(fā)的算法也必須做相應的改動。 使用子網(wǎng)掩碼的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程(4ban-11.13)直接交付、特定主機、特定網(wǎng)絡、默認路由項路由 直接交付：路由表中的路由項是為數(shù)據(jù)包所要到達的目的網(wǎng)絡就是該數(shù)據(jù)包所在的網(wǎng)絡路由，這中數(shù)據(jù)交付稱作直接交付。特定主機：路由表中的路由項是為數(shù)據(jù)包所要到達的目的地址是一臺主機，這種路由項稱作特定主機路由。特定網(wǎng)絡：路由表中的路由項是為數(shù)據(jù)包所要到達的目的地址是一個網(wǎng)絡，這種路由項稱作特定網(wǎng)絡路由。 默認路由：如路由器搜索了整個路由表中特定主機、特定網(wǎng)絡、直接交付路由項都不能為一個數(shù)據(jù)包找到

42、路由，那么路由器就將該數(shù)據(jù)根據(jù)默認路由出去。因為默認路由目的網(wǎng)絡地址和掩碼均，所以任何一個數(shù)據(jù)包的目的IP地址均可以從該路由項路由出去。 命令：route print在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法 (1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與，看是否和 相應的網(wǎng)絡地址匹配。假設匹配，那么將分組直接交付。 否那么就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3) 假設路由表中有目的地址為 D 的特定主機路由，那么將 分組傳送給指明的下一跳路由器；否那么，執(zhí)行(4)。(4) 對路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與， 假設其結果與該行的目的網(wǎng)絡地址

43、匹配，那么將分組傳送 給該行指明的下一跳路由器；否那么，執(zhí)行(5)。(5) 假設路由表中有一個默認路由，那么將分組傳送給路由表 中所指明的默認路由器；否那么，執(zhí)行(6)。(6) 報告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯。0目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 R1 的路由表（未給出默認路由器）R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 H201H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 【例】互聯(lián)網(wǎng)和路由器 R1 中的路由表。主機 H1 向

44、 H2 發(fā)送分組。試討論 R1 收到 H1 向 H2 發(fā)送的分組后查找路由表的過程。 主機 H1 要發(fā)送分組給 H2 0目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未給出默認路由器H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 H201H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 要發(fā)送的分組的目的 IP 地址：請注意：H1 并不知道 H2 連接在哪一個網(wǎng)絡上。H1 僅僅知道 H2 的 IP 地址是因此 H1 首先

45、檢查主機 是否連接在本網(wǎng)絡上如果是，那么直接交付；否那么，就送交路由器 R1，并逐項查找路由表。0目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 H201H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 主機 H1 首先將本子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128與分組的 IP 地址 128.30.33.138 逐比特相“與(AND 操作) 255.255.255.128 AND 1

46、28.30.33.138 的計算255 就是二進制的全 1，因此 255 AND xyz = xyz，這里只需計算最后的 128 AND 138 即可。128 10000000138 10001010逐比特 AND 操作后：10000000 128255.255.255.128128. 30. 33.138128. 30. 33.128逐比特 AND 操作 H1 的網(wǎng)絡地址因此 H1 必須把分組傳送到路由器 R1然后逐項查找路由表0目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.

47、255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未給出默認路由器H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 H201H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 路由器 R1 收到分組后就用路由表中第 1 個工程的子網(wǎng)掩碼和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 0目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未給出默認路由器H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼

48、H201H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128 AND不匹配!因為128.30.33.128 與路由表中的 128.30.33.0 不一致R1 收到的分組的目的 IP 地址：不一致路由器 R1 再用路由表中第 2 個工程的子網(wǎng)掩碼和 128.30.33.138 逐比特 AND 操作 0目的網(wǎng)絡地址子網(wǎng)掩碼下一跳128.30.33.0128.30.33.128128.30.36.0255.255.255.128255.255.255.128255.255.255.0接口 0接口 1R2R1 的路由表未給出默認路由器H1子網(wǎng)1： 網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 R11R2子網(wǎng)2：網(wǎng)絡地

49、址 子網(wǎng)掩碼 H201H3子網(wǎng)3：網(wǎng)絡地址 子網(wǎng)掩碼 255.255.255.128 AND匹配!這說明子網(wǎng) 2 就是收到的分組所要尋找的目的網(wǎng)絡R1 收到的分組的目的 IP 地址：一致!路由表的產(chǎn)生方式直連路由路由器會自動生本錢路由器激活端口所在網(wǎng)段的路由條目路由表的產(chǎn)生方式靜態(tài)路由在簡單拓撲結構的網(wǎng)絡里，網(wǎng)絡管理員手動輸入路由條目。路由表產(chǎn)生的方式動態(tài)路由協(xié)議學習到的路由在大型網(wǎng)絡環(huán)境下，依靠路由協(xié)議比方OSPF、BGP路由協(xié)議學習路由選擇協(xié)議 有關路由選擇協(xié)議的幾個根本概念1. 理想的路由算法算法必須是正確的和完整的。 算法在計算上應簡單。 算法應能適應通信量和網(wǎng)絡拓撲的變化，這就是說，

50、要有自適應性。 算法應具有穩(wěn)定性。 算法應是公平的。 算法應是最正確的。 關于“最正確路由 不存在一種絕對的最正確路由算法。所謂“最正確只能是相對于某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。實際的路由選擇算法，應盡可能接近于理想的算法。 路由選擇是個非常復雜的問題它是網(wǎng)絡中的所有結點共同協(xié)調(diào)工作的結果。路由選擇的環(huán)境往往是不斷變化的，而這種變化有時無法事先知道。 從路由算法的自適應性考慮靜態(tài)路由選擇策略即非自適應路由選擇，其特點是簡單和開銷較小，但不能及時適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化。 動態(tài)路由選擇策略即自適應路由選擇，其特點是能較好地適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化，但實現(xiàn)起來較為復雜，開銷也比較大。 2. 分層次

51、的路由選擇協(xié)議因特網(wǎng)采用分層次的路由選擇協(xié)議。因特網(wǎng)的規(guī)模非常大。如果讓所有的路由器知道所有的網(wǎng)絡應怎樣到達，那么這種路由表將非常大，處理起來也太花時間。而所有這些路由器之間交換路由信息所需的帶寬就會使因特網(wǎng)的通信鏈路飽和。許多單位不愿意外界了解自己單位網(wǎng)絡的布局細節(jié)和本部門所采用的路由選擇協(xié)議這屬于本部門內(nèi)部的事情，但同時還希望連接到因特網(wǎng)上。 自治系統(tǒng) AS(Autonomous System) 自治系統(tǒng) AS 的定義：在單一的技術管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種 AS 內(nèi)部的路由選擇協(xié)議和共同的度量以確定分組在該 AS 內(nèi)的路由，同時還使用一種 AS 之間的路由選擇協(xié)議用以確定分

52、組在 AS之間的路由?，F(xiàn)在對自治系統(tǒng) AS 的定義是強調(diào)下面的事實：盡管一個 AS 使用了多種內(nèi)部路由選擇協(xié)議和度量，但重要的是一個 AS 對其他 AS 表現(xiàn)出的是一個單一的和一致的路由選擇策略。因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議 內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，如 RIP 和 OSPF 協(xié)議。外部網(wǎng)關協(xié)議EGP (External Gateway Protocol) 假設源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，當數(shù)據(jù)報傳到一個自治系統(tǒng)的邊界時，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個自治

53、系統(tǒng)中。這樣的協(xié)議就是外部網(wǎng)關協(xié)議 EGP。在外部網(wǎng)關協(xié)議中目前使用最多的是 BGP-4。 自治系統(tǒng)和內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議、外部網(wǎng)關協(xié)議 用內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議例如，RIP自治系統(tǒng) B自治系統(tǒng) A用外部網(wǎng)關協(xié)議例如，BGP-4R1R2 用內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議例如，OSPF自治系統(tǒng)之間的路由選擇也叫做域間路由選擇(interdomain routing)，在自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇叫做域內(nèi)路由選擇(intradomain routing) 這里要指出兩點 因特網(wǎng)的早期 RFC 文檔中未使用“路由器而是使用“網(wǎng)關這一名詞。但是在新的 RFC 文檔中又使用了“路由器這一名詞。應當把這兩個屬于當作同義詞。IGP 和 EGP 是

54、協(xié)議類別的名稱。但 RFC 在使用 EGP 這個名詞時出現(xiàn)了一點混亂，因為最早的一個外部網(wǎng)關協(xié)議的協(xié)議名字正好也是 EGP。因此在遇到名詞 EGP 時，應弄清它是指舊的協(xié)議 EGP 還是指外部網(wǎng)關協(xié)議 EGP 這個類別。 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議 內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議 IGP：具體的協(xié)議有多種，如 RIP 和 OSPF 等。外部網(wǎng)關協(xié)議 EGP：目前使用的協(xié)議就是 BGP。內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議 RIP (Routing Information Protocol)1. 工作原理路由信息協(xié)議 RIP 是內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議 IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。RIP 是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。RIP 協(xié)議要求網(wǎng)絡

55、中的每一個路由器都要維護從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡的距離記錄。 “距離的定義 從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為 1。從一個路由器到非直接連接的網(wǎng)絡的距離定義為所經(jīng)過的路由器數(shù)加 1。RIP 協(xié)議中的“距離也稱為“跳數(shù)(hop count)，因為每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加 1。這里的“距離實際上指的是“最短距離。 “距離的定義 RIP 認為一個好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目少，即“距離短。RIP 允許一條路徑最多只能包含 15 個路由器?！熬嚯x的最大值為16 時即相當于不可達?？梢?RIP 只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。RIP 不能在兩個網(wǎng)絡之間同時使用多條路由。RIP 選擇一個具有最少路由器的

56、路由即最短路由，哪怕還存在另一條高速(低時延)但路由器較多的路由。 RIP 協(xié)議的三個要點 僅和相鄰路由器交換信息。 交換的信息是當前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 按固定的時間間隔交換路由信息，例如，每隔 30 秒。 路由表的建立 路由器在剛剛開始工作時，只知道到直接連接的網(wǎng)絡的距離此距離定義為1。以后，每一個路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。經(jīng)過假設干次更新后，所有的路由器最終都會知道到達本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡的最短距離和下一跳路由器的地址。RIP 協(xié)議的收斂(convergence)過程較快，即在自治系統(tǒng)中所有的結點都得到正確的路由選擇信息的過程。 2

57、. 距離向量算法收到相鄰路由器其地址為 X的一個 RIP 報文：(1) 先修改此 RIP 報文中的所有工程：把“下一跳字段中的地址都改為 X，并把所有的“距離字段的值加 1。(2) 對修改后的 RIP 報文中的每一個工程，重復以下步驟：假設工程中的目的網(wǎng)絡不在路由表中，那么把該工程加到路由表中。 否那么 假設下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，那么把收到的項目替換原路由表中的工程。 否那么 假設收到工程中的距離小于路由表中的距離，那么進行更新，否那么，什么也不做。(3) 假設 3 分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，那么把此相鄰路由器記為不可達路由器，即將距離置為16距離為16表示不可達。(

58、4) 返回。路由器之間交換信息 RIP協(xié)議讓互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都和自己的相鄰路由器不斷交換路由信息，并不斷更新其路由表，使得從每一個路由器到每一個目的網(wǎng)絡的路由都是最短的即跳數(shù)最少。雖然所有的路由器最終都擁有了整個自治系統(tǒng)的全局路由信息，但由于每一個路由器的位置不同，它們的路由表當然也應當是不同的。 4 字節(jié)RIP 報文3. RIP2 協(xié)議的報文格式 路由信息20 字節(jié)/路由可重復出現(xiàn)最多 25 個IP 數(shù)據(jù)報路由標記網(wǎng)絡地址地址族標識符距離 (1-16) IP 首部UDP 首部首部路由局部必為 0版本命令 4 字節(jié)子網(wǎng)掩碼下一跳路由器地址UDP 用戶數(shù)據(jù)報RIP2 的報文由首部和路由局部組

59、成。RIP2 報文中的路由局部由假設干個路由信息組成。每個路由信息需要用 20 個字節(jié)。地址族標識符又稱為地址類別字段用來標志所使用的地址協(xié)議。路由標記填入自治系統(tǒng)的號碼，這是考慮使RIP 有可能收到本自治系統(tǒng)以外的路由選擇信息。再后面指出某個網(wǎng)絡地址、該網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼、下一跳路由器地址以及到此網(wǎng)絡的距離。 RIP 協(xié)議的優(yōu)缺點 RIP 存在的一個問題是當網(wǎng)絡出現(xiàn)故障時，要經(jīng)過比較長的時間才能將此信息傳送到所有的路由器。 RIP 協(xié)議最大的優(yōu)點就是實現(xiàn)簡單，開銷較小。RIP 限制了網(wǎng)絡的規(guī)模，它能使用的最大距離為 1516 表示不可達。路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)

60、絡規(guī)模的擴大，開銷也就增加。 R2R1網(wǎng) 1網(wǎng) 3網(wǎng) 2正常情況1 1 1 2 R1R1 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 1，是直接交付?！?表示“從本路由器到網(wǎng) 1“1表示“距離是 1“表示“直接交付R2R1網(wǎng) 1網(wǎng) 3網(wǎng) 2正常情況1 1 1 2 R1R2 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 2，是經(jīng)過 R1?！?表示“從本路由器到網(wǎng) 1“2表示“距離是 2“R1表示經(jīng)過 R1R2R1網(wǎng) 1網(wǎng) 3網(wǎng) 2R2R1網(wǎng) 1網(wǎng) 3網(wǎng) 2網(wǎng) 1出了故障正常情況1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 說：“我到網(wǎng) 1 的距離是 16 表示無法到達， 是直接交付。但 R2 在收到 R1 的更新報文之前，還發(fā)