李軍懷等新編電子工業(yè)出版社+計(jì)算網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教材課件networkch6

第6章網(wǎng)絡(luò)互連本章主要內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)互連是指采用各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將同一類型的網(wǎng)絡(luò)或不同類型的網(wǎng)絡(luò)及其產(chǎn)品相互連接起來(lái)，形成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)。也可以理解為將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)分解為若干個(gè)小的網(wǎng)絡(luò)。本章首先介紹了網(wǎng)絡(luò)層及網(wǎng)絡(luò)互連的基本概念和一些互連設(shè)備，然后重點(diǎn)討論了網(wǎng)絡(luò)互連的核心內(nèi)容IP協(xié)議，只有掌握了IP協(xié)議的主要內(nèi)容，才能理解Internet的工作原理。在介紹IP協(xié)議后，我們討論了路由原理及協(xié)議、IP多播技術(shù)和Internet組管理協(xié)議IGMP。最后簡(jiǎn)要地討論了下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6的主要內(nèi)容。6.1網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)互連6.1.1網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)模型網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模型中的第三層，它介于傳輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，在數(shù)據(jù)鏈路層提供的兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)幀的傳送功能上，進(jìn)一步管理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)設(shè)法從源端經(jīng)過(guò)若干個(gè)中間結(jié)點(diǎn)傳送到目的端，從而向傳輸層提供最基本的端到端的數(shù)據(jù)傳送服務(wù)。圖6-1網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)行的環(huán)境6.1.2網(wǎng)絡(luò)互連基本概念1．基本概念在前面的討論中，我們所基于的環(huán)境是單個(gè)的同種協(xié)議網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的層所用的協(xié)議相同。研究的重點(diǎn)問(wèn)題是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，相鄰結(jié)點(diǎn)之間或跨過(guò)多個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)母拍詈涂刂茩C(jī)制。本章所討論的網(wǎng)絡(luò)互連問(wèn)題是基于同種或異種網(wǎng)絡(luò)之間的連接。重點(diǎn)考慮的是不同網(wǎng)絡(luò)之間的互連問(wèn)題。圖6-2不同網(wǎng)絡(luò)之間的連接目前，隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)互連包含兩個(gè)方面的含義：①指采用各種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備將同一類型的網(wǎng)絡(luò)或不同類型的網(wǎng)絡(luò)及其產(chǎn)品相互連接起來(lái)，組成地理覆蓋范圍更大、功能更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)在更大范圍內(nèi)的資源共享、信息交換和協(xié)同工作。②也可以理解為將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)分解為若干個(gè)子網(wǎng)，以利于更有效的管理和使用網(wǎng)絡(luò)資源。2．網(wǎng)絡(luò)互連的基本原理互連的網(wǎng)絡(luò)在體系結(jié)構(gòu)、層次協(xié)議及服務(wù)等方面或多或少存在著差異，對(duì)于異構(gòu)網(wǎng)來(lái)說(shuō)（例如各種類型的局域網(wǎng)）差異就更大。這種差異主要表現(xiàn)在：①尋址方式；②路由選擇；③允許通過(guò)分組的最大長(zhǎng)度；④網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制；⑤用戶接入控制；⑥超時(shí)控制、差錯(cuò)恢復(fù)方法；⑦服務(wù)、管理方式等。要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，就必須消除網(wǎng)絡(luò)間的差異，這些都是網(wǎng)絡(luò)互連要解決的問(wèn)題。將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)要使用一些中間設(shè)備（或中間系統(tǒng)），ISO的術(shù)語(yǔ)稱之為中繼（relay）系統(tǒng)，我們把用于網(wǎng)絡(luò)之間互連的中繼設(shè)備稱為網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)互連方法網(wǎng)絡(luò)互連可以有多種方法，其最重要的方法應(yīng)是以ISO/OSI互連參考模型的層次設(shè)計(jì)理論來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連，也就是從不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上選定一個(gè)相應(yīng)的協(xié)議層次，使得被互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的該層以及位于其上的高層協(xié)議都是相同的，其底層和硬件的差異可通過(guò)該層屏蔽，從而使網(wǎng)絡(luò)得以互通。如果兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)第N層以上的協(xié)議都相同，網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備在這一層上互連。我們稱該設(shè)備為第N層網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。這些設(shè)備按它們對(duì)不同層次的協(xié)議和功能轉(zhuǎn)換，可以分為以下幾類：①中繼器（Repeater）；②網(wǎng)橋（Bridge）；③路由器（Router）；④網(wǎng)關(guān)（Gateway）。圖6-3連網(wǎng)設(shè)備的層次關(guān)系3．網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備路由器（Router）是用于連接多個(gè)邏輯上分開(kāi)的網(wǎng)絡(luò)。邏輯網(wǎng)絡(luò)是指一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或一個(gè)子網(wǎng)。路由器是屬于網(wǎng)絡(luò)層的一種互連設(shè)備，只接收源站或其他路由器的信息，它不關(guān)心各子網(wǎng)使用的硬件設(shè)備，但要求運(yùn)行與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議相一致的軟件。為了管理網(wǎng)絡(luò)，一般要利用路由器將大型的網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)子網(wǎng)。Internet由各種各樣的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，路由器是一種非常重要的組成部分，整個(gè)Internet上的路由器不計(jì)其數(shù)。Intranet要并入Internet，兼作Internet服務(wù)，路由器是必不可少的組件，并且路由器的配置也比較復(fù)雜。路由器的功能⑴互連不同類型的網(wǎng)絡(luò)⑵隔離廣播風(fēng)暴（Broadcaststorm）⑶建立并維護(hù)路由表⑷子網(wǎng)間分組的傳輸⑸提供安全訪問(wèn)的機(jī)制⑹可以提供第三層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)6.2IP協(xié)議6.2.1IP協(xié)議原理IP協(xié)議最基本的服務(wù)是提供一個(gè)不可靠的盡最大努力（BestEffort）去完成好任務(wù)的、無(wú)連接的分組傳遞服務(wù)。之所以稱該服務(wù)為不可靠的，是因?yàn)樗槐ＷC每個(gè)分組都能夠送到或者能夠正確的送到，分組可能丟失，投遞無(wú)序或重復(fù)投遞，而IP層并不檢測(cè)這些情況，發(fā)生這些情況也不通知發(fā)送者或接收者，可靠性要由傳輸層等上層協(xié)議來(lái)提供。之所以稱它為無(wú)連接的，是因?yàn)槊恳粋€(gè)分組的處理都獨(dú)立于其他分組，一串分組從一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)出，可以經(jīng)由不同的路徑到達(dá)另一臺(tái)計(jì)算機(jī)。在分組傳遞過(guò)程中，可能會(huì)丟失部分分組，而其余的仍被投遞。IP協(xié)議定義數(shù)據(jù)傳送的基本單元——IP分組及其確切的數(shù)據(jù)格式。IP協(xié)議還指明分組如何處理，錯(cuò)誤怎樣控制。特別是，IP協(xié)議還包含不可靠投遞的思想，以及與此關(guān)聯(lián)的分組路由選擇的思想。IP模塊是TCP/IP技術(shù)的核心，TCP/IP協(xié)議簇現(xiàn)有兩種IP版本：版本4（IPv4）和版本6（IPv6）。6.2.2IP地址的劃分1．IP地址的格式與分類在IPv4標(biāo)準(zhǔn)中，每個(gè)32位IP地址包含兩個(gè)部分：網(wǎng)絡(luò)號(hào)（netID）和主機(jī)號(hào)（hostID）。其中，網(wǎng)絡(luò)號(hào)用來(lái)標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，主機(jī)號(hào)用來(lái)標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中的某一臺(tái)主機(jī)。沒(méi)有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠分配同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)，同一網(wǎng)絡(luò)上的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)也不可能分配同一個(gè)主機(jī)號(hào)。IANA（InternetAssignedNumbersAuthority）負(fù)責(zé)分配網(wǎng)絡(luò)號(hào)，以確保網(wǎng)絡(luò)號(hào)的唯一性。Internet服務(wù)提供商（InternetServiceProvider,ISP）或網(wǎng)絡(luò)管理員負(fù)責(zé)維護(hù)同一網(wǎng)絡(luò)上主機(jī)號(hào)的唯一性等。網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)的邊界由IP地址的類別來(lái)確定，不同類別的IP地址能夠滿足不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)需要。IP地址的長(zhǎng)度為32位，為了方便用戶理解和記憶，通常采用“x.x.x.x”的格式來(lái)表示，每個(gè)x的取值為0～255。這種格式的地址通常稱為點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)地址。根據(jù)不同的取值范圍，IP地址分為5類：A類、B類、C類、D類和E類。圖6-5IP地址的類別（1）A類地址第一位為“0”，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為7位，主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為24位。A類地址范圍是：1.0.0.0～127.255.255.255。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為7位，所以從理論上可以有27=128個(gè)網(wǎng)絡(luò)。但由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)全0和全1（用十進(jìn)制數(shù)表示為0和127）的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)有特殊用途，因此一個(gè)A類IP地址實(shí)際上允許有126個(gè)不同的A類網(wǎng)絡(luò)。由于主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為24位，因此每個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)理論上為224=16777216個(gè)。其中，主機(jī)號(hào)全為0和全1的兩個(gè)地址保留用于特殊目的，因此實(shí)際上一個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)為16777214個(gè)。（2）B類地址前兩位是“10”，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為14位，主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為16位。B類地址范圍是：128.0.0.0～191.255.255.255。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為14位，所以可以有214=16384個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)。需要注意的是，由于B類地址的前兩位為“10”，所以后面的14位無(wú)論怎么排列也不可能使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)成為全0或全1，故不存在減2的問(wèn)題。由于主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為16位，所以每個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)實(shí)際為2162=65534個(gè)。（3）C類地址前三位是“110”，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為21位，主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為8位。C類地址范圍是：192.0.0.0～223.255.255.255。由于網(wǎng)絡(luò)號(hào)長(zhǎng)度為21位，所以可以有221=2097152個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)（這里也不需要減2）。由于主機(jī)號(hào)長(zhǎng)度為8位，所以每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)實(shí)際為282=254個(gè)。（4）D類地址最高位是“1110”，不標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)，其范圍是：224.0.0.0～239.255.255.255。D類地址用于其他特殊的用途，如作為多播（multicasting）地址。（5）E類地址最高位為“11110”，是一個(gè)通常不用的實(shí)驗(yàn)性地址，保留作為以后使用。地址范圍是：240.0.0.0～255.255.255.255。表6-1IP地址范圍、網(wǎng)絡(luò)及主機(jī)數(shù)目類別地址范圍網(wǎng)絡(luò)數(shù)目主機(jī)數(shù)目A1.0.0.0～127.255.255.25512616777214B128.0.0.0～191.255.255.2551683465534C192.0.0.0～223.255.255.2552097152254在IP地址的使用中應(yīng)該注意，IP地址既對(duì)應(yīng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)，也對(duì)應(yīng)那個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)主機(jī)號(hào)，因此，一個(gè)IP地址并不是標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)（或路由器），而是標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)（或路由器）與一條鏈路的接口。2．特殊用途的IP地址IP地址除了一般用于標(biāo)識(shí)一臺(tái)主機(jī)外，還有幾種特殊的用途，相應(yīng)的特殊形式如圖6-6所示。圖6-6特殊用途的IP地址格式3．專用地址在IP地址的管理與使用中，IP地址被分成兩類，對(duì)于采用TCP/IP協(xié)議的機(jī)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)或園區(qū)網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)的IP地址自行分配，這些地址稱為內(nèi)網(wǎng)地址、本地地址、內(nèi)部IP或私有地址，而向Internet管理機(jī)構(gòu)申請(qǐng)的IP地址稱為全球地址、公網(wǎng)IP或外部地址。地址類別網(wǎng)絡(luò)地址A類10.0.0.0～10.255.255.254B類172.16.0.0～172.31.255.254C類192.168.0.0～192.168.255.255表6-2內(nèi)部IP地址的類型及范圍6.2.3IP分組1．IP分組的格式IP分組（IPdatagram）包含一個(gè)分組頭和一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。頭部包括一個(gè)20字節(jié)的固定部分和一個(gè)可選的部分。圖6-7給出了IP分組更詳細(xì)的格式。圖6-7IP分組格式IP分組字段的意義（1）版本號(hào)IP分組中的第一個(gè)字段是4位的版本號(hào)（version）。當(dāng)前的IP協(xié)議版本號(hào)為4，故常稱為IPv4。下一代互聯(lián)網(wǎng)IP協(xié)議的版本號(hào)是6，稱為IPv6。（2）分組長(zhǎng)度和填充字段在IP分組頭中有兩個(gè)長(zhǎng)度字段。①IP分組頭長(zhǎng)度（InternetHeaderLength，IHL）②IP分組的總長(zhǎng)度（3）服務(wù)類型和優(yōu)先權(quán)8位長(zhǎng)的服務(wù)類型（TypeofService，TOS）規(guī)定本分組的處理方式，并分成5個(gè)子字段。子字段的結(jié)構(gòu)如圖6-8所示。圖6-8服務(wù)類型字段的5個(gè)子字段（4）標(biāo)識(shí)符、分片標(biāo)志和分片偏移不同的物理網(wǎng)絡(luò)由于采用不同的傳輸技術(shù)或具有不同的參數(shù)，其允許通過(guò)的最大幀長(zhǎng)度是不一樣的。這個(gè)幀尺寸稱為最大傳輸單元（MaximumTransferUnit，MTU）。例如，10Mbps以太網(wǎng)每幀最多可承載1500個(gè)字節(jié)。當(dāng)分組從一個(gè)MTU較大的網(wǎng)絡(luò)經(jīng)路由器轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)MTU較小的網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，由于分組過(guò)長(zhǎng)，路由器就會(huì)拒絕轉(zhuǎn)發(fā)，或?qū)⒎纸M分片后再傳送。分片的過(guò)程通常在路由器中完成，而分片重組由主機(jī)中IP協(xié)議軟件完成。IP分組頭中的標(biāo)識(shí)符（ID）、分片標(biāo)志（fragflag）和分片偏移量（fragmentoffset）3個(gè)字段完成分片和重組控制。（5）生存時(shí)間生存時(shí)間（TimetoLive，TTL）設(shè)置了該分組在Internet中允許存在的最大生存時(shí)間，以秒為單位。每當(dāng)產(chǎn)生一個(gè)新的分組時(shí)，就為它設(shè)置一個(gè)最大的生存時(shí)間。當(dāng)分組通過(guò)主機(jī)和路由器時(shí)，減去所花費(fèi)的時(shí)間。一旦生存時(shí)間小于等于0，便將該分組從Internet中刪除，并向源主機(jī)發(fā)回出錯(cuò)信息。RFC建議生存時(shí)間的默認(rèn)值為64，而WindowsXP和Windows2003的用戶使用的生存時(shí)間默認(rèn)值為128。（6）協(xié)議8位的協(xié)議字段通過(guò)填充不同的標(biāo)識(shí)號(hào)來(lái)表示哪一個(gè)高層協(xié)議將用于接收IP分組中的數(shù)據(jù)。高層協(xié)議的標(biāo)識(shí)號(hào)由TCP/IP中央權(quán)威管理機(jī)構(gòu)予以分配。常見(jiàn)的協(xié)議序列號(hào)有：1對(duì)應(yīng)ICMP，6對(duì)應(yīng)傳輸控制協(xié)議（TCP），8對(duì)應(yīng)EGP（外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議），17對(duì)應(yīng)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP），29對(duì)應(yīng)ISO運(yùn)輸層協(xié)議第4類（ISO-TP4）。（7）頭部校驗(yàn)和分組頭中的任何一個(gè)字段發(fā)生傳輸錯(cuò)誤都會(huì)產(chǎn)生很多無(wú)法預(yù)料的結(jié)果。例如，如果發(fā)送地址錯(cuò)誤，就可能無(wú)法刪除一個(gè)已經(jīng)過(guò)期的分組或重組不屬于同一報(bào)文的分片。分組頭校驗(yàn)和（headerchecksum）可以保護(hù)IP分組不產(chǎn)生這類錯(cuò)誤，確保分組頭的完整性。IP分組頭校驗(yàn)和的計(jì)算過(guò)程是，先將校驗(yàn)和字段置0，把分組頭看成一個(gè)16位的整數(shù)序列，對(duì)每個(gè)整數(shù)分別計(jì)算其二進(jìn)制反碼，相加后再對(duì)結(jié)果計(jì)算一次二進(jìn)制反碼即可求得，該結(jié)果常簡(jiǎn)稱為反碼和的反碼。IP協(xié)議沒(méi)有提供對(duì)數(shù)據(jù)部分的校驗(yàn)。（8）源IP地址和目的IP地址源IP地址（sourceIP）和目的IP地址（destinationIP）字段包含了分組的原始發(fā)送方和最終接收方的32位IP地址。分組可能經(jīng)過(guò)許多中間路由器，但是這兩個(gè)地址始終不變。（9）IP選項(xiàng)目的IP地址后面的IP選項(xiàng)字段是任選字段，它的主要目的是裝載特定的功能以便于網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和調(diào)試。在IP分組中，選項(xiàng)是連續(xù)出現(xiàn)的，中間沒(méi)有任何分隔符。每個(gè)選項(xiàng)包含一個(gè)選項(xiàng)碼字節(jié)，后面可能跟有一個(gè)長(zhǎng)度字節(jié)和該選項(xiàng)的一組字節(jié)數(shù)據(jù)。2．IP分組分片和重組不同的物理網(wǎng)絡(luò)，使用的幀格式以及允許的幀的長(zhǎng)度都是不一樣的。物理網(wǎng)絡(luò)允許的MTU值由物理網(wǎng)絡(luò)的硬件和算法所確定，不能更改。IP分組的最大長(zhǎng)度可以為64K，遠(yuǎn)大于大多數(shù)物理網(wǎng)絡(luò)的MTU值。當(dāng)一個(gè)較長(zhǎng)的IP分組在經(jīng)過(guò)一個(gè)MTU較小的物理網(wǎng)絡(luò)時(shí)，IP協(xié)議將采用分片機(jī)制，把一個(gè)大的IP分組，分成若干個(gè)小的分片進(jìn)行傳輸。圖6-9IP分組的分片重組過(guò)程圖6-10分組被分片6.2.3IP地址的動(dòng)態(tài)分配隨著Internet的迅速發(fā)展，兩級(jí)結(jié)構(gòu)的IP地址分配方式很難滿足日益增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)要求，并日益顯現(xiàn)出下面的缺點(diǎn)：⑴IP地址的浪費(fèi)⑵路由器效率低下為了解決這些問(wèn)題，人們提出了子網(wǎng)（subnet）和超網(wǎng)（supernet）的概念。劃分子網(wǎng)就是將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成幾個(gè)較小的網(wǎng)絡(luò)，而每一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)都有其自己的子網(wǎng)地址。構(gòu)建超網(wǎng)則是將一個(gè)組織所屬的幾個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)合成為一個(gè)地址范圍更大的邏輯網(wǎng)絡(luò)，其中一個(gè)比較好的方法是無(wú)分類域間路由選擇CIDR（ClasslessInter-DomainRouting）（RFC1519）。1．子網(wǎng)與子網(wǎng)掩碼（1）子網(wǎng)一般地，32位的IP地址分為兩部分，即網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，分別稱為IP地址的“網(wǎng)絡(luò)號(hào)”和“主機(jī)號(hào)”。子網(wǎng)劃分技術(shù)就是將主機(jī)部分進(jìn)一步劃分為“子網(wǎng)號(hào)”和“主機(jī)號(hào)”，其中“子網(wǎng)號(hào)”用于標(biāo)識(shí)同一IP網(wǎng)絡(luò)地址下的不同物理網(wǎng)絡(luò)，即“子網(wǎng)”。三級(jí)IP地址格式如圖6-11所示。圖6-11三級(jí)IP地址格式（2）子網(wǎng)掩碼IP協(xié)議規(guī)定：每一個(gè)使用子網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)都需要選擇一個(gè)32位的位模式，若位模式中的某位為1，則對(duì)應(yīng)IP地址中的某位為網(wǎng)絡(luò)地址（包括網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)）中的一位；若位模式中的某位為0，則對(duì)應(yīng)IP地址中的某位為主機(jī)地址中的一位。例如，11111111111111111111111100000000中，前24位全為1，則對(duì)應(yīng)IP地址中最高的24位為網(wǎng)絡(luò)地址；后8位全為0，則對(duì)應(yīng)IP地址中最后的8位為主機(jī)地址。為了使用方便，常常使用“點(diǎn)分十進(jìn)制數(shù)”來(lái)表示一個(gè)IP地址和子網(wǎng)掩碼。（3）子網(wǎng)掩碼與IP地址例如，有一個(gè)C類地址為192.168.1.1，其默認(rèn)子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，則它的網(wǎng)絡(luò)號(hào)192.168.1.0和主機(jī)號(hào)1可以通過(guò)下面的掩碼運(yùn)算方法得到。①將IP地址192.168.1.1轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制11000000101010000000000100000001②將子網(wǎng)掩碼255.255.255.0轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制11111111111111111111111100000000

③將兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行邏輯與（AND）運(yùn)算后，得到的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)號(hào)④將子網(wǎng)掩碼取反再與IP地址進(jìn)行邏輯與（AND）運(yùn)算后，得到的結(jié)果即為主機(jī)號(hào)（4）子網(wǎng)劃分實(shí)例例如，一個(gè)企業(yè)使用一個(gè)B類地址172.18.0.0構(gòu)建企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部有60個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)。那么，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者就必須對(duì)這個(gè)B類地址進(jìn)行子網(wǎng)劃分。①根據(jù)所要構(gòu)建的物理網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量確定子網(wǎng)號(hào)。由于25<60<26，所以從B類地址的主機(jī)號(hào)（16位）中取出6位（最小取6位）作為子網(wǎng)號(hào)。②確定子網(wǎng)掩碼。如圖6-12所示，根據(jù)上一步確定的子網(wǎng)號(hào)，將其IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分和主機(jī)部分的高6位置1，低10位置0，即確定子網(wǎng)掩碼為255.255.252.0。③確定每個(gè)子網(wǎng)主機(jī)數(shù)量和子網(wǎng)地址的范圍。由于主機(jī)號(hào)為10位，所以每個(gè)子網(wǎng)可容納的主機(jī)數(shù)量為2102=1022，子網(wǎng)掩碼為255.255.252.0。具體劃分如下。特殊地址：172.18.0.0～172.18.0.3.255子網(wǎng)1：172.18.4.0～172.18.7.255子網(wǎng)2：172.18.8.0～172.18.11.255……子網(wǎng)60：172.18.248.0～172.18.251.255特殊地址：172.18.252.0～172.18.255.2552．CIDR為了更加有效地分配和利用IP地址空間，很好地解決IP地址空間既緊張又浪費(fèi)的問(wèn)題，IETF在1993年提出了無(wú)分類編址的方法CIDR，即無(wú)分類域間路由選擇。CIDR中的IP地址由網(wǎng)絡(luò)前綴和主機(jī)號(hào)構(gòu)成。CIDR使用“斜線記法”（slashnotation），又稱為CIDR記法，即在IP地址后面加上一個(gè)斜線“/”，然后寫(xiě)上網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特?cái)?shù)。例如，166.100.20.82/20，前20位表示網(wǎng)絡(luò)前綴，而后面的12位為主機(jī)號(hào)。CIDR取消了子網(wǎng)概念，不進(jìn)行子網(wǎng)劃分，但是還使用掩碼。對(duì)一個(gè)有N位網(wǎng)絡(luò)前綴的IP地址，其掩碼就是高位N個(gè)連續(xù)的1，余下的是32N個(gè)0。CIDR的用途之一就是構(gòu)造超網(wǎng)。使用CIDR地址塊后，網(wǎng)絡(luò)路由器中的路由表項(xiàng)可以表示很多個(gè)傳統(tǒng)IP地址的路由信息，相當(dāng)于把若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)合并為一個(gè)超網(wǎng)來(lái)進(jìn)行路由，這種地址的聚合稱為路由聚合，也稱為構(gòu)造超網(wǎng)。圖6-13具有4個(gè)C類地址的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將這4個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)地址按照CIDR方法進(jìn)行路由聚合處理，過(guò)程如下:①將各網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制。②找出各網(wǎng)絡(luò)的公共前綴為前面的24位，即202.0.44，所以子網(wǎng)掩碼為11111111111111111111110000000000，即255.255.252.0。③對(duì)于位于Internet上的路由器1，如果有一個(gè)到此企業(yè)的分組，那么它的路由表中關(guān)于此企業(yè)的記錄由原來(lái)的4項(xiàng)（見(jiàn)表6-3）壓縮為1項(xiàng)（見(jiàn)表6-4），這個(gè)分組只要送到企業(yè)的網(wǎng)關(guān)（路由器2）即可。表6-3路由聚合前路由器1中有關(guān)此企業(yè)的路由記錄目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)地址202.0.44.0255.255.255.0202.112.2.1202.0.45.0255.255.255.0202.112.2.1202.0.46.0255.255.255.0202.112.2.1202.0.47.0255.255.255.0202.112.2.1表6-4路由聚合后路由器1中有關(guān)此企業(yè)的路由記錄目的網(wǎng)絡(luò)地址子網(wǎng)掩碼下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)地址202.0.44.0255.255.252.0202.112.2.16.3ARP和RARP協(xié)議6.3.1ARP協(xié)議由于IP協(xié)議使用了下一層，即數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)的傳輸，所以在IP協(xié)議中，當(dāng)實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送方必須知道數(shù)據(jù)鏈路層的物理硬件地址，也稱為MAC地址。地址解析協(xié)議（AddressResolutionProtocol，ARP）實(shí)現(xiàn)IP地址與MAC地址之間的轉(zhuǎn)換。位于網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)主機(jī)都要維護(hù)一個(gè)IP地址到MAC的轉(zhuǎn)換表（緩存），稱為ARP表。在主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，ARP表為空。ARP協(xié)議中所使用的ARP包的格式如圖6-14所示。圖6-14ARP包的格式6.3.2RARP協(xié)議反向地址解析協(xié)議（ReverseAddressResolutionProtocol，RARP），用于物理地址到IP地址的映射。RARP協(xié)議的一個(gè)主要應(yīng)用是用于無(wú)盤(pán)工作站的初始化。當(dāng)無(wú)盤(pán)工作站在啟動(dòng)時(shí)，只知道自己的網(wǎng)絡(luò)接口的MAC地址，而不知道自己的IP地址。它首先要使用RARP協(xié)議得到自己的IP地址后，才能和其他服務(wù)器通信。6.3.3IP層處理分組的流程IP層對(duì)分組的處理分兩種情況：⑴如果源和目的主機(jī)位于相同子網(wǎng)中，主機(jī)之間不通過(guò)路由器，可以直接進(jìn)行分組傳遞。⑵如果源和目的主機(jī)位于不同子網(wǎng)中，主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞就需要通過(guò)一個(gè)或多個(gè)路由器轉(zhuǎn)發(fā)。在這種情況下，每一個(gè)收到分組的路由器都要提取分組中目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)，查找自身的路由表，找出下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由器的IP地址（一般稱為下一跳地址），然后把分組傳送給下一個(gè)路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)IP分組到達(dá)與目的主機(jī)所在的子網(wǎng)連接的路由器時(shí)，分組將被直接交給目的主機(jī)。圖6-15路由器中的路由表舉例6.4ICMP協(xié)議ICMP（InternetControlMessageProtocol）是Internet中一個(gè)差錯(cuò)和控制報(bào)文協(xié)議，由于IP協(xié)議的目的比較明確，它只是盡力地、最快地傳遞數(shù)據(jù)到目的站點(diǎn)，因此很難診斷錯(cuò)誤情況，必須通過(guò)另外的協(xié)議返回相應(yīng)的信息。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)層的錯(cuò)誤診斷、擁塞控制、路徑控制和查詢服務(wù)四大功能，ICMP提供相應(yīng)的報(bào)文。RFC792中定義了ICMP協(xié)議。圖6-16ICMP報(bào)文的封裝圖6-17ICMP報(bào)文的格式表6-5類型字段與ICMP報(bào)文類型類型字段報(bào)文類型類型字段報(bào)文類型0回應(yīng)應(yīng)答12分組參數(shù)錯(cuò)3目的站點(diǎn)不可達(dá)13時(shí)間戳請(qǐng)求4源抑制14時(shí)間戳應(yīng)答5重定向15信息請(qǐng)求8回應(yīng)請(qǐng)求16信息應(yīng)答9路由器通告17地址掩碼請(qǐng)求10路由器詢問(wèn)18地址掩碼應(yīng)答11分組超時(shí)6.5路由原理路由選擇（Routing）是指選擇通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)從源結(jié)點(diǎn)向目的結(jié)點(diǎn)傳輸信息的行為，而且信息至少通過(guò)一個(gè)中間結(jié)點(diǎn)。6.5.1理想路由選擇算法的特性正確性（Correctness）簡(jiǎn)單性（Simplicity）魯棒性/健壯性（Robustness）穩(wěn)定性（Stability）公平性（Fairness）最優(yōu)性（Optimality）6.5.2路由選擇策略通信子網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)提供了多條傳輸路徑的可能性。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)在收到一個(gè)分組后，要確定向下一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳送的路徑，這就是路由選擇（Routing）。在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)要為每個(gè)分組路由做出選擇；而在虛電路方式中，只需在連接建立時(shí)確定路由。從路由選擇算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜屯ㄐ帕孔兓淖赃m應(yīng)能力的角度劃分，可以分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)路由選擇策略兩大類。1．靜態(tài)路由選擇策略靜態(tài)路由選擇策略是按照某種固定規(guī)則進(jìn)行路由選擇，其中還可分為洪泛路由選擇固定路由選擇隨機(jī)路由選擇2．動(dòng)態(tài)路由選擇策略通常根據(jù)路由信息的來(lái)源和進(jìn)行路由決策的地點(diǎn)，把動(dòng)態(tài)路由選擇策略分為以下三類：孤立路由選擇法集中路由選擇法分布路由選擇法6.5.3路由算法路由選擇算法是網(wǎng)絡(luò)層軟件的主要部分，它駐留在每一臺(tái)路由器（或三層交換機(jī)）中，負(fù)責(zé)告訴路由器所收到的分組應(yīng)傳送的外出路線。最常用的路由算法是最短路徑算法、距離向量算法和鏈路狀態(tài)算法。1．最短路徑算法最短路徑路由選擇算法屬于靜態(tài)路由選擇方法。這里所指的“最短”可以是經(jīng)過(guò)的站點(diǎn)數(shù)最少，也可以是真正物理距離最短或時(shí)延最小。這種算法的基本思想是：把網(wǎng)絡(luò)看成一個(gè)加權(quán)圖，圖中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)代表一個(gè)路由器，每條邊表示一條通信鏈路，邊的權(quán)值為這條邊的長(zhǎng)度，它可以是真正的物理距離，也可以是信道的帶寬、平均通信量等其他度量。G=（N,E）Dijkstra算法

Dijkstra算法是一個(gè)逐步搜索的過(guò)程。假定在K步，得到了K個(gè)最接近源結(jié)點(diǎn)的最短路徑，這K個(gè)結(jié)點(diǎn)組成了結(jié)點(diǎn)集合N。在第K+1步，找出一個(gè)不屬于N的距離源結(jié)點(diǎn)最近的結(jié)點(diǎn)，并把該結(jié)點(diǎn)也加入N。設(shè)：①c(i,j)為從結(jié)點(diǎn)i到j(luò)的鏈路費(fèi)用。如果i與j不直接相連，那么鏈路費(fèi)用為∞。為了簡(jiǎn)單，假設(shè)c(i,j)=c(j,i)。②D(v)為當(dāng)前從源結(jié)點(diǎn)到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)v沿著最短路徑的最小費(fèi)用，v∈N。③p(v)為從源結(jié)點(diǎn)到目標(biāo)結(jié)點(diǎn)v的當(dāng)前最小費(fèi)用路徑上的前導(dǎo)結(jié)點(diǎn)，其下一個(gè)結(jié)點(diǎn)是v。④N為最短路徑上的結(jié)點(diǎn)集合。

算法假定結(jié)點(diǎn)A為源結(jié)點(diǎn)，則①初始化：置N={A}，對(duì)每一個(gè)v不屬于N，置D(v)=c(A,v)；②重復(fù)：找出一個(gè)結(jié)點(diǎn)w不屬于N，且D(w)是最小的，把w加入N，然后對(duì)所有不屬于N的結(jié)點(diǎn)v將D(v)更新為D(v)=MIN[D(v),D(w)+c(w,v)]

步驟集合ND(B),p(B)D(C),p(C)D(D),p(D)D(E),p(E)D(F),p(F)0A3，A7，A1，A∞∞1AD3，A6，D3，D6，D2ADB6，D3，D5，B3ADBE6，D4，E4ADBEF6，D5ADBEFC結(jié)點(diǎn)A到其他結(jié)點(diǎn)的最短路徑計(jì)算過(guò)程最短通路樹(shù)目的結(jié)點(diǎn)路徑長(zhǎng)度BA-B3CA-D-C6DA-D1EA-D-E3FA-D-E-F42．距離向量算法距離向量路由選擇算法（distancevectorrouting）是由Bellman，F(xiàn)ord和Fulkerson等人提出的，因此又稱為Bellman-Ford或Ford-Fulkerson路由選擇算法。它最初用于ARPANET中的路由選擇，后來(lái)用于Internet和早期版本的DECNet及Novell的IPX（InternetPacketExchange，網(wǎng)間分組交換）協(xié)議中，即路由信息協(xié)議（RoutingInformationProtocol，RIP）。在距離向量路由選擇算法中，每個(gè)結(jié)點(diǎn)都保存一張路由表，表中的每一個(gè)表項(xiàng)包括兩部分，即到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的下一跳地址（下一站路由器地址）和到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所需距離的度量值（metric）。所用度量標(biāo)準(zhǔn)可為站點(diǎn)數(shù)、估計(jì)的時(shí)間延遲（ms）、該路由排隊(duì)的分組估計(jì)總數(shù)或類似的值。路由信息交換在距離向量路由選擇算法中，如圖6-20所示，相鄰路由器之間周期性地相互交換各自的路由表備份。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)，路由器之間也將及時(shí)地相互通知有關(guān)的變更信息。圖6-20相鄰路由器之間交換路由表信息示意圖距離向量路由算法的名稱來(lái)自更新消息中所包含的信息。更新消息由一系列二元組(V,D)組成，其中V標(biāo)識(shí)目的網(wǎng)絡(luò)，稱為向量，D是到該目的網(wǎng)絡(luò)的距離。設(shè)：①DX(Y,Z)表示結(jié)點(diǎn)X經(jīng)過(guò)結(jié)點(diǎn)Z到結(jié)點(diǎn)Y的距離。②c(X,Z)表示結(jié)點(diǎn)X與其鄰接結(jié)點(diǎn)Z之間的距離。③MINw[DZ(Y,w)]表示結(jié)點(diǎn)Z經(jīng)過(guò)某一組中間結(jié)點(diǎn)到達(dá)結(jié)點(diǎn)Y的距離中最短的距離，w是這組結(jié)點(diǎn)位于最短費(fèi)用路徑上的結(jié)點(diǎn)。④DX(Y,Z)=c(X,Z)+MINw[DZ(Y,w)]表示結(jié)點(diǎn)X的距離表項(xiàng)DX(Y,Z)是X和Z之間直接鏈路的代價(jià)c(X,Z)與鄰接結(jié)點(diǎn)Z目前已知的從Z到Y(jié)的最小費(fèi)用路徑的和。算法對(duì)于結(jié)點(diǎn)X有①初始化：結(jié)點(diǎn)X經(jīng)過(guò)結(jié)點(diǎn)v到其他所有結(jié)點(diǎn)的距離為DX(*,v)=∞；對(duì)于結(jié)點(diǎn)X的所有鄰接結(jié)點(diǎn)v,DX(v,v)=c(X,v)。②重復(fù)：對(duì)每一個(gè)非目標(biāo)結(jié)點(diǎn)v用下式更新D(v)DX(Y,v)=c(X,v)+MINw

[Dv(Y,w)]其中，結(jié)點(diǎn)w為v的鄰接結(jié)點(diǎn)。上式對(duì)結(jié)點(diǎn)v的所有鄰接結(jié)點(diǎn)w進(jìn)行計(jì)算，然后取最小者。這是一個(gè)迭代計(jì)算的過(guò)程。

示例對(duì)于DE(A,D)的值（即從E到A的最小費(fèi)用），路徑上的第1步是D，那么距離表中對(duì)應(yīng)表項(xiàng)就是從E到D的費(fèi)用加上從D到A的最小費(fèi)用，而從D到A的最小費(fèi)用是返回來(lái)通過(guò)E到A的最小費(fèi)用，即2+3=5。類似地，DE(A,B)=14。

討論在完全靜態(tài)的環(huán)境里，距離向量算法將路由傳播到所有目的地。問(wèn)題:當(dāng)路由迅速改變時(shí)，計(jì)算是不可能平穩(wěn)的。當(dāng)一條路徑（如一條新的連接出現(xiàn)或一條老的連接斷開(kāi)）出現(xiàn)故障時(shí)，有關(guān)信息將緩慢地從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳播到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)。在這期間，某些結(jié)點(diǎn)就可能擁有不正確的路由選擇信息。事實(shí)上，如果路徑變化了的信息不是很快地傳播到所有結(jié)點(diǎn)，那就會(huì)產(chǎn)生所謂的慢收斂（slowconvergence），又稱為無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題（count-to-infinite）。無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題在穩(wěn)定狀態(tài)下，結(jié)點(diǎn)A直接連到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)X，它向鄰接結(jié)點(diǎn)通告一條到達(dá)網(wǎng)絡(luò)X距離為1的路徑。結(jié)點(diǎn)B向鄰接結(jié)點(diǎn)通告一條到達(dá)網(wǎng)絡(luò)X距離為2的路徑。試分析：當(dāng)結(jié)點(diǎn)A和網(wǎng)絡(luò)X之間的鏈路失效時(shí)，結(jié)點(diǎn)A和B中的路由是怎么變化的？圖6-23無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題示例如何解決此類問(wèn)題？4種方法解決無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題（1）水平分割（2）毒性反轉(zhuǎn)的水平分割（3）抑制規(guī)則（4）觸發(fā)更新3．鏈路狀態(tài)算法鏈路狀態(tài)算法也稱為最短路徑優(yōu)先算法（ShortestPathFirst，SPF）。與距離向量算法不同的是，這種算法要求每個(gè)路由結(jié)點(diǎn)都保存一份最新的整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)湫畔ⅰＪ褂面溌窢顟B(tài)算法的路由協(xié)議有NetWare鏈路服務(wù)協(xié)議（NetWareLinkServicesProtocol，NLSP）、開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OpenShortestPathFirst，OSPF）等鏈路狀態(tài)算法計(jì)算過(guò)程5個(gè)步驟，每個(gè)路由結(jié)點(diǎn)：①發(fā)現(xiàn)它的鄰居結(jié)點(diǎn)，并知道其網(wǎng)絡(luò)地址；②測(cè)量它到各鄰接結(jié)點(diǎn)的延遲或開(kāi)銷；③組裝一個(gè)分組以告知它剛知道的到所有鄰接結(jié)點(diǎn)的延遲或開(kāi)銷；④將這個(gè)分組發(fā)給所有其他路由結(jié)點(diǎn)；⑤在收到了所有其他路由結(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)的消息后，用最短路徑優(yōu)先算法計(jì)算到其他每個(gè)路由結(jié)點(diǎn)的最短路徑。4．距離向量與鏈路狀態(tài)路由選擇算法的比較距離向量算法鏈路狀態(tài)算法不知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)知道整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在相鄰路由結(jié)點(diǎn)路由信息的基礎(chǔ)上計(jì)算路由的距離向量根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)尋找和計(jì)算最短路徑收斂速度慢收斂速度快路由結(jié)點(diǎn)的路由表只發(fā)送給相鄰的路由結(jié)點(diǎn)路由結(jié)點(diǎn)的LSP發(fā)送給指定的一個(gè)或多個(gè)（或所有）路由結(jié)點(diǎn)6.5.4分層路由在具體實(shí)現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的路由選擇時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)很多，則每個(gè)結(jié)點(diǎn)要存儲(chǔ)的路由信息就會(huì)非常龐大，這增加了結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)間，同時(shí)也占用了更多的帶寬。因此，考慮進(jìn)行層次路由選擇，即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成若干個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域內(nèi)的結(jié)點(diǎn)只考慮本區(qū)域的路由，而區(qū)域之間的路由選擇由各個(gè)區(qū)域中某幾個(gè)結(jié)點(diǎn)共同來(lái)完成。圖6-26層次路由中的區(qū)域某個(gè)結(jié)點(diǎn)給另一個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送分組。如果它們位于同一個(gè)區(qū)域中，可以使用先前討論過(guò)的任何一種技術(shù)來(lái)決定路由。如果它們位于不同的區(qū)域中，如結(jié)點(diǎn)A.a

要給C.b傳送分組，則其傳送過(guò)程如下：①A.a將分組傳送給本區(qū)域內(nèi)的路由器A.b；②A.b負(fù)責(zé)確定到達(dá)C.b所在區(qū)域（域C）的最佳路徑，并發(fā)送分組；③結(jié)點(diǎn)C.a是區(qū)域C的路由器，它接收分組，再將它發(fā)送給結(jié)點(diǎn)C.b。6.6Internet路由選擇協(xié)議6.6.1有關(guān)路由選擇協(xié)議的幾個(gè)基本概念1．被路由的協(xié)議（RoutedProtocols）被路由的協(xié)議也稱為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（NetworkProtocol），是指提供了網(wǎng)絡(luò)層地址的協(xié)議，是在互連網(wǎng)絡(luò)上被路由的協(xié)議。其中包括IP協(xié)議、DECnet、AppleTalk、Novell、Netware、OSI、BanYanVINES和XeroxNetworkSystem（xNS）等。2．路由選擇協(xié)議（RoutingProtocols）路由選擇協(xié)議也稱為路由協(xié)議，是指那些執(zhí)行路由選擇算法的協(xié)議，是路由器之間實(shí)現(xiàn)路由信息共享的一種機(jī)制，它允許路由器之間相互交換和維護(hù)各自的路由表。目前的路由協(xié)議包括路由信息協(xié)議（RoutingInformationProtocol，RIP）、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議（InteriorGatewayRoutingProtocol，IGRP）、開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OpenShortestPathFirst，OSPF）等。3．自治系統(tǒng)（AutonomousSystem）由一個(gè)獨(dú)立的管理實(shí)體控制的一組網(wǎng)絡(luò)和路由器一般稱為一個(gè)自治系統(tǒng)AS。一般地，一個(gè)互連的網(wǎng)絡(luò)是由多個(gè)自治系統(tǒng)組成的。在由很多自治系統(tǒng)組成的互連網(wǎng)絡(luò)中，有兩種路由策略：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（interiorgatewayprotocol）和外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（exteriorgatewayprotocol。圖6-27自治系統(tǒng)以及IGP和EGP4．IGP和EGPIGP是在自治系統(tǒng)內(nèi)使用的路由選擇協(xié)議，用于控制自治系統(tǒng)內(nèi)部路由器間的路徑選擇。常見(jiàn)的例子有RIP，OSPF等。Cisco公司還專門開(kāi)發(fā)了IGRP和EIGRP路由選擇協(xié)議。EGP是指連接多個(gè)AS的協(xié)議，它用于確定AS與AS系統(tǒng)之間的路由，這些協(xié)議工作在自治系統(tǒng)之間，在每個(gè)AS系統(tǒng)的邊緣上，僅僅交換所必須的最少的信息，用以確保AS之間的通信。6.6.2路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議（RIP）是一種以跳步數(shù)作為度量（metric）的典型距離向量路由選擇協(xié)議。RIP是一種內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，即在自治系統(tǒng)內(nèi)部執(zhí)行路由選擇功能。RIP的前身是Xerox協(xié)議GWINFO（GatewayInformationProtocol），后來(lái)的版本是封裝在1982年伯克利標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布（BSD）UNIX中的routed后臺(tái)程序。RIP最新的增強(qiáng)版是RIPv2規(guī)范，它允許在RIP分組中包含更多的信息并提供了簡(jiǎn)單的認(rèn)證機(jī)制。RIP協(xié)議在兩個(gè)文檔中正式定義：RFC1058和RFC1723。1．RIP消息格式圖6-28RIP的消息分組格式2．協(xié)議執(zhí)行過(guò)程RIP在主機(jī)或路由器中實(shí)現(xiàn)，因此RIP協(xié)議分為兩種不同的操作方式。（1）主機(jī)中實(shí)現(xiàn)的RIP工作在被動(dòng)（passive）狀態(tài)：不傳遞自己路由表中的信息給別的路由器，只是偵聽(tīng)其他RIP路由器廣播的路由信息，并據(jù)此更新自己的路由表。（2）路由器中實(shí)現(xiàn)的RIP工作在主動(dòng)（active）狀態(tài)：它定期把路由信息傳遞給其他RIP路由器，并且根據(jù)收到的RIP消息來(lái)更新自己的路由表。路由表項(xiàng)每個(gè)RIP路由器都保存了一張路由表，每一項(xiàng)對(duì)應(yīng)著一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)，其中每項(xiàng)包括：目的網(wǎng)絡(luò)的IP地址到目的網(wǎng)絡(luò)的路徑距離度量到目的網(wǎng)絡(luò)的路徑上的下一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)路由器的IP地址路由改變標(biāo)志與這條路由有關(guān)的計(jì)時(shí)器距離度量RIP采用的距離度量是一種非常簡(jiǎn)單的測(cè)量方式，即站點(diǎn)計(jì)數(shù)度量。路由器把到與它直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為1，如果距離為n，則表示它到目的網(wǎng)絡(luò)途中經(jīng)過(guò)n個(gè)路由器，即距離給出了該路由要經(jīng)過(guò)的路由器個(gè)數(shù)。RIP通過(guò)限制從源到目的的最大跳數(shù)來(lái)防止路由環(huán)路，最大值為15。如果路由器收到了含有新的或改變的表項(xiàng)的路由更新信息，且把度量值加1后成為無(wú)窮大（即16），那么就認(rèn)為該目的網(wǎng)絡(luò)不可到達(dá)。目的子網(wǎng)地址發(fā)送接口下一站路由器地址路由距離度量路由來(lái)源192.168.3.0E0—1直連192.168.0.0E1—1直連初始路由表192.168.1.0E1192.168.0.12RIP從R1獲得到網(wǎng)絡(luò)W的路由信息

3．無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題與其他距離向量協(xié)議一樣，RIP協(xié)議也會(huì)遇到無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題。在6.5.3節(jié)距離向量路由算法中介紹的幾種解決方法在RIP協(xié)議的實(shí)現(xiàn)中也可以采用。例如，RIP實(shí)現(xiàn)了水平分割和抑制規(guī)則來(lái)防止路由信息的錯(cuò)誤傳播。此外，RIP的跳步數(shù)限制也防止了無(wú)限增長(zhǎng)而產(chǎn)生路由環(huán)路。finalwordInternet最早使用的是RIP協(xié)議，它適合于小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如果一個(gè)自治系統(tǒng)很大，RIP協(xié)議的運(yùn)行會(huì)存在一些問(wèn)題，并且還會(huì)受到無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題的困擾。因此，從1988年開(kāi)始IETF內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）工作組制定了開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF），并在1990年成為標(biāo)準(zhǔn)。目前，OSPF是Internet上的主要內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。OSPF是一種鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議。每一個(gè)運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器維護(hù)本地鏈路狀態(tài)信息，并且通過(guò)擴(kuò)散的方法把已更新的本地鏈路狀態(tài)信息廣播給自治系統(tǒng)中的其他所有路由器。通過(guò)這種方法，每個(gè)路由器都可以知道自治系統(tǒng)內(nèi)部的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鏈路狀態(tài)信息，并可以構(gòu)造自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。然后，每個(gè)路由器在本地根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，利用Dijkstra最短路徑算法可以構(gòu)造一個(gè)以其自己為根到該自治系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短路徑樹(shù)。其它的功能。。。。。。6.6.3開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）1．網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù)按照不同網(wǎng)絡(luò)的特性，OSPF把網(wǎng)絡(luò)分為3類。①點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)②廣播網(wǎng)絡(luò)（broadcastnetwork）③非廣播網(wǎng)絡(luò)（no-broadcastnetwork）圖6-30點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖6-31多訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖6-32stub網(wǎng)絡(luò)及其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖6-33OSPF中的路由器類型2．區(qū)域由于自治系統(tǒng)可能越來(lái)越大，越來(lái)越難以管理，OSPF引入了區(qū)域（area）的概念，即把許多網(wǎng)絡(luò)和主機(jī)組合在一起，再加上連接在這些網(wǎng)絡(luò)上的路由器，這些合起來(lái)稱為一個(gè)區(qū)域。一個(gè)自治系統(tǒng)可分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包括一組網(wǎng)絡(luò)和路由器。一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器相互之間交換所有的信息，而對(duì)于同一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的其他區(qū)域內(nèi)的路由器則隱蔽它的詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在每個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)，有一個(gè)特殊的區(qū)域，稱為主干區(qū)域（backbonearea）。OSPF中的區(qū)域、路由器圖6-33OSPF中的路由器類型3．OSPF協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程O(píng)SPF把路由器之間要交換的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息稱為鏈路狀態(tài)公告（LinkStateAdvertisement，LSA）。OSPF規(guī)定，在多訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中，要選出一臺(tái)指定路由器（DesignatedRouter，DR）和一臺(tái)備份指定路由器（BackupDesignatedRouter，BDR）。DR和網(wǎng)絡(luò)上其他路由器交換LSA信息，并代表它所在網(wǎng)絡(luò)的LSA。BDR則在DR出現(xiàn)故障時(shí)快速轉(zhuǎn)變?yōu)镈R，保證網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。毗鄰關(guān)系當(dāng)一個(gè)運(yùn)行OSPF協(xié)議的路由器啟動(dòng)后，它試圖與相鄰的路由器建立毗鄰關(guān)系，它會(huì)定期向與其相連的所有鏈路（各個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口）上發(fā)送Hello消息。OSPF規(guī)定，僅在如下路由器之間建立毗鄰關(guān)系：①點(diǎn)到點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)和虛擬鏈路兩端的路由器之間；②指定路由器（DR）和同一網(wǎng)絡(luò)上的所有其他路由器之間；③備份指定路由器（BDR）和同一網(wǎng)絡(luò)上的所有其他路由器之間。

表6-12OSPF的LSA報(bào)文類型報(bào)文類型描述Hello用于發(fā)現(xiàn)誰(shuí)是鄰居LinkStateUpdate為鄰居提供發(fā)送者的鏈路狀態(tài)更新LinkStateAck確認(rèn)鏈路狀態(tài)更新DatabaseDescription通知發(fā)送者有哪些更新LinkStateRequest從伙伴處請(qǐng)求信息finalword路由器通過(guò)擴(kuò)散把自己的鏈路狀態(tài)信息通告給它所在區(qū)域的其他路由器。這樣，每個(gè)路由器都可以構(gòu)建一個(gè)它所在區(qū)域的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用Dijkstra算法計(jì)算出最短路徑。主干區(qū)域中的路由器也進(jìn)行這樣的過(guò)程，而且它還從區(qū)域邊界路由器獲取信息，計(jì)算出從主干到每個(gè)非主干區(qū)域的最短路徑，并將這一信息再分發(fā)給區(qū)域邊界路由器，由該路由器在它的區(qū)域中廣播該信息。通過(guò)這個(gè)信息，區(qū)域內(nèi)部的路由器在轉(zhuǎn)發(fā)到其他區(qū)域的分組時(shí)可以選擇到主干區(qū)域的最合適的區(qū)域邊界路由器。

6.6.4外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）是一種用于自治系統(tǒng)之間交換路由信息的協(xié)議。EGP是Internet早期使用的一種外部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議。通過(guò)EGP交換的消息都是只經(jīng)過(guò)1跳。也就是說(shuō)，交換EGP消息的兩個(gè)路由器必須是外部鄰居，不能有中間結(jié)點(diǎn)。路由器當(dāng)收到不是發(fā)給自己的EGP消息時(shí)，可以將其丟棄。EGP協(xié)議包括鄰居獲取、鄰居可達(dá)性確認(rèn)、網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性確認(rèn)3個(gè)過(guò)程:①鄰居獲?、卩従涌蛇_(dá)性③網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性

6.6.5邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGPBGP協(xié)議是一種距離向量協(xié)議（嚴(yán)格地講，應(yīng)該是路徑向量協(xié)議），但它與其他同類協(xié)議又有很大不同。每個(gè)BGP路由器記錄的是使用的實(shí)際路由，而不是到各個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)銷。在BGP協(xié)議傳輸?shù)穆窂叫畔⒅校粌H包括到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的距離信息，還包括到達(dá)目的地所要穿越的各個(gè)自治系統(tǒng)的編號(hào)。BGP協(xié)議可以很容易地用這些信息構(gòu)造出各個(gè)自治系統(tǒng)之間的連通圖，并且能夠檢測(cè)出可能存在的路由環(huán)路，也就可以避免RIP協(xié)議中的無(wú)窮計(jì)數(shù)問(wèn)題。BGP消息是通過(guò)一條BGP路由器之間的TCP協(xié)議（發(fā)送端口為179）連接來(lái)發(fā)送的，通過(guò)使用可靠的TCP協(xié)議，減少了消息傳遞可能要完成的分段、重傳、確認(rèn)和序號(hào)功能。BGP采用的是增量更新機(jī)制，即只有在路由狀況發(fā)生變化時(shí)，才把變化的信息傳輸給對(duì)方。BGP協(xié)議定義了4種類型的消息：①Open，建立和另一個(gè)路由器的鄰居關(guān)系；②Update，傳輸一個(gè)單一路由的消息和（或）列出取消的多條路由；③KeepAlive，確認(rèn)Open消息、定期維持鄰居關(guān)系；④Notification，檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送。BGP協(xié)議和EGP協(xié)議一樣，也包括鄰居獲取、鄰居可達(dá)性確認(rèn)和網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性確認(rèn)3個(gè)過(guò)程。①鄰居獲取②鄰居可達(dá)性③網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性6.7IP多播與IGMP6.7.1IP多播的基本概念I(lǐng)Pv4定義了3種IP分組的傳輸：①單播（unicast）②廣播（broadcast）③多播（multicast）

圖6-34單播和多播的IP分組的傳輸方式6.7.2IP多播地址和多播組IP多播是指一個(gè)IP分組向一個(gè)“主機(jī)組”的傳送，這個(gè)包含零個(gè)或多個(gè)主機(jī)的主機(jī)組由一個(gè)單獨(dú)的IP地址標(biāo)識(shí)。主機(jī)組地址也稱為多播地址或D類地址。D類地址是動(dòng)態(tài)分配和恢復(fù)的瞬態(tài)地址。每一個(gè)多播組對(duì)應(yīng)于動(dòng)態(tài)分配的一個(gè)D類地址。當(dāng)多播組結(jié)束多播時(shí)，相對(duì)應(yīng)的D類地址將被回收，用于以后的多播。在D類地址的分配中，IETF建議遵循以下的原則：①全球范圍，224.0.1.0～238.255.255.255；②有限范圍，239.0.0.0～239.255.255.255；③本地站點(diǎn)范圍，239.253.0.0～239.253.0.16；④本地機(jī)構(gòu)范圍，239.192.0.0～239.192.0.14。

6.7.3Internet組管理協(xié)議IGMPInternet組管理協(xié)議（InternetGroupManagementProtocol，IGMP）是多播中的一個(gè)非常重要的協(xié)議，它運(yùn)行在IP站點(diǎn)和它所在的子網(wǎng)多播路由器之間，用來(lái)控制多播組成員的加入和退出。目前有兩個(gè)版本：IGMPv1（RFC1112）和IGMPv2（RF