計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理-網(wǎng)絡(luò)層與IP協(xié)議

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理-網(wǎng)絡(luò)層與IP協(xié)議第一頁(yè)，共49頁(yè)。主要內(nèi)容4.1網(wǎng)絡(luò)層4.2IP協(xié)議4.3使用IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連4.4網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換與下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv62第二頁(yè)，共49頁(yè)。4.1網(wǎng)絡(luò)層4.1.1網(wǎng)絡(luò)層基本概念4.1.2數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)4.1.3網(wǎng)絡(luò)互連4.1.4網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備3第三頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.1網(wǎng)絡(luò)層基本概念網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模型中的第三層，介于運(yùn)輸層和數(shù)據(jù)鏈路層之間，它解決整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信，將數(shù)據(jù)設(shè)法從源端點(diǎn)經(jīng)過(guò)若干的中間節(jié)點(diǎn)傳送到目的端。通信子網(wǎng)及廣域網(wǎng)的最高層就是網(wǎng)絡(luò)層，因此網(wǎng)絡(luò)層主要作用是控制通信子網(wǎng)正常運(yùn)行，以及解決通信子網(wǎng)中的路由選擇問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是：（1）提供虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)兩種分組傳輸服務(wù)，這兩種服務(wù)分別是面向服務(wù)連接和無(wú)連接服務(wù)方式。（2）分組轉(zhuǎn)發(fā)和路由更新，網(wǎng)絡(luò)層要逐個(gè)節(jié)點(diǎn)地把分組從源站點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的站，而轉(zhuǎn)發(fā)的路由不是一成不變的，網(wǎng)絡(luò)層執(zhí)行某種路由算法，根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)流量及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化動(dòng)態(tài)地更新路由表，進(jìn)行路由選擇。（3）擁塞控制，當(dāng)注入網(wǎng)絡(luò)的分組太多，在某段時(shí)間，若對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的鏈路容量、交換節(jié)點(diǎn)的緩存及處理機(jī)等某一資源的需求超過(guò)了該資源所能提供的能力，網(wǎng)絡(luò)的性能就要變壞，甚至大幅度下降，這種情況就叫做擁塞。網(wǎng)絡(luò)層可以采用預(yù)先分配緩存資源、允許節(jié)點(diǎn)在必要時(shí)丟棄分組、限制進(jìn)入通信子網(wǎng)的分組數(shù)等方法進(jìn)行擁塞控制。4第四頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.2數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)面向連接服務(wù)是指在數(shù)據(jù)傳輸之前，必須先建立連接，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，就終止這個(gè)連接。面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接拆除三個(gè)階段。在傳送數(shù)據(jù)時(shí)是按序傳送的。無(wú)連接服務(wù)是指在通信之前不需要建立好一個(gè)連接，要傳送的分組直接發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，但每個(gè)分組都要攜帶目的地址信息，以便在網(wǎng)絡(luò)中找到路由。無(wú)連接服務(wù)與面向連接的服務(wù)在網(wǎng)絡(luò)層的具體實(shí)現(xiàn)就是：數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)和虛電路服務(wù)。5第五頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.2數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)(a)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)(b)虛電路服務(wù)

6第六頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.2數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)1、數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，每個(gè)分組被稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)。數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)都可接受主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)。網(wǎng)絡(luò)為每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)獨(dú)立地選擇路由。數(shù)據(jù)報(bào)采用的服務(wù)只是“盡最大努力地”將數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的主機(jī)網(wǎng)絡(luò)不能保證所傳數(shù)據(jù)報(bào)不丟失、也不保證按發(fā)送的先后順序及在某個(gè)時(shí)限內(nèi)必須交付給目的主機(jī)、不保證傳送的數(shù)據(jù)報(bào)不重復(fù)和不損壞。數(shù)據(jù)報(bào)提供的服務(wù)是不可靠的，它不能保證服務(wù)質(zhì)量。7第七頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.2數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)2、虛電路服務(wù)虛電路服務(wù)特點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的源主機(jī)和目的主機(jī)之間先要建立一條邏輯通道。所有分組按順序到達(dá)目的主機(jī)?！疤撾娐贰焙碗娐方粨Q的連接有很大的不同。當(dāng)占用一條虛電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信時(shí)，由于采用的是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分組交換，所以只是斷續(xù)地占用一段又一段的通信線路，即這一條電路不是專用的，所以稱之為“虛”電路。當(dāng)需要經(jīng)常進(jìn)行頻繁的通信，還可以建立永久虛電路。永久虛電路只有數(shù)據(jù)傳輸階段。8第八頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.2數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)與虛電路服務(wù)3、兩種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的特點(diǎn)對(duì)比項(xiàng)目虛電路服務(wù)數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)思路可靠通信由網(wǎng)絡(luò)來(lái)保證可靠通信由用戶主機(jī)來(lái)保證連接的建立必須要不要目的主機(jī)地址僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用虛電路號(hào)每個(gè)分組都有目的主機(jī)的地址路由選擇在虛電路建立時(shí)進(jìn)行，所有分組均按同一路由每個(gè)分組獨(dú)立選擇路由當(dāng)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障所有通過(guò)出故障節(jié)點(diǎn)的虛電路均不能工作出故障的節(jié)點(diǎn)可能會(huì)丟失分組，一些路由可能會(huì)發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)目的主機(jī)不一定按發(fā)送順序到達(dá)目的主機(jī)差錯(cuò)和流量控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由端用戶主機(jī)負(fù)責(zé)9第九頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.3網(wǎng)絡(luò)互連不同的網(wǎng)絡(luò)采用的技術(shù)各不相同并互不兼容，但仍可設(shè)計(jì)出能在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間提供通信的一種技術(shù)，這一技術(shù)就稱為網(wǎng)絡(luò)互連。專門(mén)的硬件系統(tǒng)用于將一系列的物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，而軟件系統(tǒng)為所有連上的計(jì)算機(jī)提供通信服務(wù)。連接了各種物理網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)被稱為互連網(wǎng)絡(luò)（internetwork）或簡(jiǎn)稱為互連網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)（internet）。使用大寫(xiě)字母的Internet是指當(dāng)前全球最大的、開(kāi)放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，它采用TCP/IP協(xié)議族，其前身是美國(guó)的ARPNET。10第十頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.3網(wǎng)絡(luò)互連互連網(wǎng)軟件隱藏了物理網(wǎng)絡(luò)連接的細(xì)節(jié)、物理地址及路由信息，用戶和應(yīng)用程序都不了解基本物理網(wǎng)絡(luò)和連接這些物理網(wǎng)絡(luò)的路由器。因此可以將互連網(wǎng)看成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。11第十一頁(yè)，共49頁(yè)。4.1.4網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備將各個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)需要的中間設(shè)備又稱為中繼系統(tǒng)。根據(jù)OSI的分層原則，中繼系統(tǒng)一般有以下幾種：中繼器，工作在物理層；網(wǎng)橋，工作在數(shù)據(jù)鏈路層；路由器，工作在網(wǎng)絡(luò)層；網(wǎng)關(guān)，工作在網(wǎng)絡(luò)層以上。12第十二頁(yè)，共49頁(yè)。4.2IP協(xié)議4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼4.2.2地址轉(zhuǎn)換協(xié)議4.2.3IP數(shù)據(jù)報(bào)4.2.4ICMP協(xié)議13第十三頁(yè)，共49頁(yè)。4.2IP協(xié)議Internet（因特網(wǎng)、互連網(wǎng)）是一個(gè)全球范圍的、由眾多網(wǎng)絡(luò)連接而構(gòu)成的互連網(wǎng)，所使用的協(xié)議是TCP/IP。網(wǎng)際協(xié)議IP是用于互連許多計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信的協(xié)議，因此這一層也常常稱為網(wǎng)際層，或IP層。還有三個(gè)協(xié)議與IP協(xié)議配套使用：地址解析協(xié)議ARP、逆地址解析協(xié)議RARP、Internet控制報(bào)文協(xié)議ICMP。ICMPIPARPRARP與各種網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)際層TCP，UDP各種應(yīng)用層協(xié)議TELNET，F(xiàn)TP，SMTP等14第十四頁(yè)，共49頁(yè)。

IP地址及子網(wǎng)掩碼1、IP地址IP地址就是給每一個(gè)連接在Internet上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍是惟一的32位二進(jìn)制數(shù)。IP地址在進(jìn)行編址時(shí)是采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)的編址方法?；ヂ?lián)網(wǎng)中的每一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)都被分配了惟一的值作為網(wǎng)絡(luò)號(hào)，網(wǎng)絡(luò)號(hào)在從屬于該網(wǎng)絡(luò)的每臺(tái)計(jì)算機(jī)IP地址中作為前綴出現(xiàn)，而同一物理網(wǎng)絡(luò)上給每臺(tái)計(jì)算機(jī)分配一個(gè)惟一主機(jī)編號(hào)作為IP地址的后綴。IP地址＝網(wǎng)絡(luò)號(hào)＋主機(jī)號(hào)15第十五頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼2、IP地址分類(lèi)IP地址分成了五類(lèi)，即A類(lèi)到E類(lèi)。A、B、C三類(lèi)稱為基本類(lèi)，每類(lèi)有不同長(zhǎng)度的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)。A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)D類(lèi)E類(lèi)位01234567815162324310網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)10網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)110網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)1110組播地址11110保留地址16第十六頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼IP地址常采用點(diǎn)分十進(jìn)制進(jìn)行表示：將32位數(shù)中的每8位分為一組，每組用一個(gè)等價(jià)十進(jìn)制數(shù)表示，在各個(gè)數(shù)字之間加一個(gè)點(diǎn)。17第十七頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼3、特殊IP地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)地址類(lèi)型用途全0全0本機(jī)啟動(dòng)時(shí)作為本機(jī)地址網(wǎng)絡(luò)號(hào)全0網(wǎng)絡(luò)地址標(biāo)識(shí)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)號(hào)全1直接廣播在特定網(wǎng)上廣播全1全1有限廣播在本地網(wǎng)上廣播127任意回送本地軟件回送測(cè)試特殊的IP地址也稱為保留地址，從不分配給主機(jī)。18第十八頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼4、IP地址特點(diǎn)IP地址不能反映任何有關(guān)主機(jī)位置的地理信息當(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)必須具有兩個(gè)IP地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)不同。這種主機(jī)稱為多接口主機(jī)(如路由器)。由于IP地址中有網(wǎng)絡(luò)號(hào)，因此IP地址不僅僅是標(biāo)識(shí)一個(gè)主機(jī)(或路由器)，而是指明一個(gè)主機(jī)(或路由器)和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連接。按因特網(wǎng)的觀點(diǎn)，用中繼器或網(wǎng)橋連接的若干個(gè)局域網(wǎng)仍為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。一個(gè)路由器的不同接口必須被配置成不同的網(wǎng)絡(luò)號(hào)。19第十九頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼20第二十頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼5、子網(wǎng)掩碼劃分子網(wǎng)時(shí)，是用IP地址中的主機(jī)號(hào)字段中的前若干位作為“子網(wǎng)號(hào)字段”，后面剩下的仍為主機(jī)號(hào)字段。IP地址為三部分，分別為網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段、子網(wǎng)號(hào)字段和主機(jī)號(hào)字段。網(wǎng)絡(luò)號(hào)主機(jī)號(hào)網(wǎng)絡(luò)號(hào)子網(wǎng)號(hào)主機(jī)號(hào)IP地址就變?yōu)槿?jí)的IP地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)、子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)。21第二十一頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)的劃分必須用子網(wǎng)掩碼來(lái)確定，確切指出子網(wǎng)號(hào)字段需要多少位進(jìn)行編碼。TCP/IP體系規(guī)定用一個(gè)32位的子網(wǎng)掩碼表示子網(wǎng)號(hào)字段的長(zhǎng)度。子網(wǎng)掩碼由一連串的“1”和一連串的“0”組成。“1”對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段和子網(wǎng)號(hào)字段，而“0”對(duì)應(yīng)于主機(jī)號(hào)字段。若不進(jìn)行子網(wǎng)劃分，則子網(wǎng)掩碼即為默認(rèn)值，即子網(wǎng)掩碼中“1”的長(zhǎng)度就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段的長(zhǎng)度。子網(wǎng)掩碼默認(rèn)值A(chǔ)類(lèi)：

11111111000000000000000000000000B類(lèi)：11111111111111110000000000000000

C類(lèi)：1111111111111111111111110000000022第二十二頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼那么已知一個(gè)IP地址和子網(wǎng)掩碼，如何得到網(wǎng)絡(luò)地址呢？答案就是IP地址和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行“AND（與）”運(yùn)算，所得的結(jié)果就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)。例如：IP地址為，子網(wǎng)掩碼為，要進(jìn)行“AND”運(yùn)算，首先把這兩個(gè)數(shù)換成二進(jìn)制表示方式，然后對(duì)每一位相與操作，即可得到網(wǎng)絡(luò)地址為如圖4.9所示。圖4.9網(wǎng)絡(luò)號(hào)的計(jì)算23第二十三頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼6、專用互連網(wǎng)可用的IP地址因特網(wǎng)規(guī)定了3個(gè)地址范圍，用于專用網(wǎng)絡(luò)。這些地址不分配給任何因特網(wǎng)上的注冊(cè)網(wǎng)絡(luò)，因此可以供任何單位內(nèi)部專用網(wǎng)絡(luò)使用。這3個(gè)地址范圍是：

～551個(gè)A類(lèi)地址

～5516個(gè)連續(xù)的B類(lèi)地址～55255個(gè)連續(xù)的C類(lèi)地址

24第二十四頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.1IP地址及子網(wǎng)掩碼7、超網(wǎng)因特網(wǎng)提供了一種可以將多個(gè)C類(lèi)網(wǎng)絡(luò)合并為一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)的方法，這就是無(wú)類(lèi)域間路由CIDR技術(shù)。超網(wǎng)技術(shù)是將多個(gè)C類(lèi)地址合并，要求合并的C類(lèi)地址必須具有相同的高位，也就是說(shuō)要合并的必須是一些連續(xù)的地址，此時(shí)子網(wǎng)掩碼被縮短，以便將C類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)字段中的部分位變成主機(jī)字段，并使得這些被合并的C類(lèi)地址都在一個(gè)子網(wǎng)中。25第二十五頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.2地址轉(zhuǎn)換協(xié)議通過(guò)互連網(wǎng)傳送分組時(shí)，是利用IP地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)分組。但是在通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)硬件傳送幀時(shí)，卻必須使用硬件地址。因此，在傳送幀之前，必須將下一站的IP地址翻譯成等價(jià)的硬件地址。將一臺(tái)計(jì)算機(jī)的IP地址翻譯成等價(jià)的硬件地址的過(guò)程就叫地址轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)換是由地址解析協(xié)議ARP來(lái)完成的。26第二十六頁(yè)，共49頁(yè)。地址解析是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的局部過(guò)程，即連在同一物理網(wǎng)絡(luò)中的兩臺(tái)計(jì)算機(jī)才能相互解析另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的硬件地址，計(jì)算機(jī)是無(wú)法解析遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)地址的。ABFR1R2主機(jī)A只能解析B的地址，而不能解析主機(jī)F的地址4.2.2地址轉(zhuǎn)換協(xié)議27第二十七頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.2地址轉(zhuǎn)換協(xié)議逆地址解析協(xié)議RARP：使只知道自己硬件地址的主機(jī)能夠知道自己的IP地址。為了使RARP能工作，在局域網(wǎng)上至少有一個(gè)主機(jī)要充當(dāng)RARP服務(wù)器，無(wú)盤(pán)工作站先向局域網(wǎng)發(fā)出RARP請(qǐng)求，并在此請(qǐng)求中給出自己的硬件地址。RARP服務(wù)器有—個(gè)事先做好的從無(wú)盤(pán)工作站的硬件地址到IP地址的映射表，當(dāng)收到RARP請(qǐng)求分組后，RARP服務(wù)器就從這映射表查出該無(wú)盤(pán)工作站的IP地址。然后寫(xiě)入RARP響應(yīng)分組，發(fā)回給無(wú)盤(pán)工作站。無(wú)盤(pán)工作站用此方法獲得自己的IP地址。28第二十八頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.3IP數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)際層采用的是無(wú)連接服務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸單位是IP數(shù)據(jù)報(bào)。IP數(shù)據(jù)報(bào)以一個(gè)首部開(kāi)始，后跟數(shù)據(jù)。填充協(xié)議分段偏移服務(wù)類(lèi)型報(bào)頭長(zhǎng)度報(bào)頭檢驗(yàn)和標(biāo)志總長(zhǎng)度…………數(shù)據(jù)長(zhǎng)度可變的選項(xiàng)字段目的IP地址源IP地址壽命標(biāo)識(shí)版本報(bào)頭20個(gè)字節(jié)固定長(zhǎng)度報(bào)頭可變長(zhǎng)度位0481619243129第二十九頁(yè)，共49頁(yè)。4.2.4ICMP協(xié)議ICMP允許主機(jī)或路由器報(bào)告差錯(cuò)和提供有關(guān)異常情況的報(bào)告。ICMP定義了五種差錯(cuò)報(bào)文和四種信息報(bào)文。五種差錯(cuò)報(bào)文是：源抑制、超時(shí)、目的不可達(dá)、改變路由、要求分片。四種信息報(bào)文是：回送請(qǐng)求/應(yīng)答、地址掩碼請(qǐng)求/應(yīng)答。ICMP是IP層的協(xié)議，ICMP使用IP數(shù)據(jù)報(bào)來(lái)傳送每一個(gè)差錯(cuò)報(bào)文。當(dāng)有一個(gè)ICMP報(bào)文要傳送時(shí)，它是作為IP層數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)被封裝在其中，加上IP數(shù)據(jù)報(bào)首部然后發(fā)送出去。30第三十頁(yè)，共49頁(yè)。4.3使用IP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連4.3.1IP協(xié)議互連原理4.3.2路由協(xié)議4.3.3路由器原理與使用31第三十一頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.1IP協(xié)議互連原理IP協(xié)議是如何做到使異構(gòu)的物理網(wǎng)絡(luò)相互連接，一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)究竟是如何在互連網(wǎng)上傳輸?shù)?？答案是使用了路由器，由路由器將?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)。在每個(gè)路由器中會(huì)有一張路由表，其中每一項(xiàng)都指定了一個(gè)目的地和為到達(dá)這個(gè)目的地所要經(jīng)過(guò)的下一站。在路由表中列出的目的地是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而不是一個(gè)單獨(dú)的主機(jī)。32第三十二頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.1IP協(xié)議互連原理網(wǎng)1網(wǎng)2網(wǎng)3網(wǎng)4R1R2R3目的地下一站網(wǎng)1R1網(wǎng)2直接交付網(wǎng)3直接交付網(wǎng)4R3R2的路由表33第三十三頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.1IP協(xié)議互連原理目的地子網(wǎng)掩碼下一站直接交付直接交付目的地子網(wǎng)掩碼下一站直接交付直接交付*（默認(rèn)）網(wǎng)1網(wǎng)2網(wǎng)3網(wǎng)4R1R3R234第三十四頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.1IP協(xié)議互連原理使用路由表為數(shù)據(jù)報(bào)選擇下一站的過(guò)程叫路由或轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)路由器收到一個(gè)待轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)報(bào)后，會(huì)取出目的地址，用它從路由表得出下一站路由器的IP地址，然后通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)傳送到下一站的路由器。物理網(wǎng)絡(luò)并不了解數(shù)據(jù)報(bào)格式和IP地址。每種硬件技術(shù)定義了自己的幀格式和物理尋址方式。解決的方法是采用一種封裝技術(shù)。IP數(shù)據(jù)報(bào)被封裝進(jìn)一個(gè)幀的數(shù)據(jù)部分。IP首部IP數(shù)據(jù)幀首部幀數(shù)據(jù)35第三十五頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.1IP協(xié)議互連原理封裝除了將數(shù)據(jù)報(bào)放入幀的數(shù)據(jù)區(qū)，還要求發(fā)送方提供數(shù)據(jù)報(bào)要去的下一站的物理地址。數(shù)據(jù)報(bào)在一次轉(zhuǎn)發(fā)中封裝只發(fā)生一次,通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)傳給下一站。幀到達(dá)下一站時(shí)，接收方從幀中取出數(shù)據(jù)報(bào)，然后丟棄這一幀。如果數(shù)據(jù)報(bào)必須通過(guò)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。在通過(guò)互連網(wǎng)的整個(gè)過(guò)程中，幀頭并沒(méi)有累積起來(lái)。只有在數(shù)據(jù)報(bào)要通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，才被封裝。網(wǎng)1網(wǎng)2網(wǎng)3R1R2源主機(jī)目的主機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)報(bào)幀1頭部幀2頭部幀3頭部36第三十六頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.2路由協(xié)議Internet將整個(gè)互連網(wǎng)劃分為許多較小的自治系統(tǒng)，一般簡(jiǎn)稱AS。一個(gè)自治系統(tǒng)是一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)，它有權(quán)自主決定在本系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)采用何種路由選擇協(xié)議。Internet把路由選擇協(xié)議劃分為兩大類(lèi)：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP，即在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議，而這與在互連網(wǎng)中的其他自治系統(tǒng)選用什么路由選擇協(xié)議無(wú)關(guān)。主要有RIP和OSPF協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP，用于自治系統(tǒng)之間的路由選擇協(xié)議，若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中(這兩個(gè)自治系統(tǒng)使用不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議)，當(dāng)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—個(gè)自治系統(tǒng)中。用得最多的是BGP。37第三十七頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.2路由協(xié)議1、路由信息協(xié)議RIPRIP是一個(gè)基于距離向量的分布式路由選擇協(xié)議。RIP的“距離”為到目的網(wǎng)絡(luò)所經(jīng)過(guò)的路由器數(shù)，也稱為“跳數(shù)”。RIP認(rèn)為一個(gè)好的路由就是它通過(guò)的路由器的數(shù)目少，也就是說(shuō)“距離短”。RIP允許一個(gè)通路最多只能包含15個(gè)路由器。因此“距離”的最大值為16時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)。38第三十八頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.2路由協(xié)議相鄰路由器就是連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的兩個(gè)路由器。

RIP的工作方式是讓互連網(wǎng)中的每個(gè)路由器每隔30秒向相鄰路由器廣播自己的路由表。每一個(gè)路由器根據(jù)其相鄰路由器發(fā)送來(lái)的路由信息，不斷建立和更新自己的路由表，最后算出到每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的最佳路由。路由表更新的原則是使到每個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離最短。RIP報(bào)文使用運(yùn)輸層的用戶數(shù)據(jù)報(bào)UDP進(jìn)行傳送。RIP存在的問(wèn)題是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)間才能將此消息傳送到所有的路由器。即好信息傳得快，壞消息傳得慢。39第三十九頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.2路由協(xié)議2、開(kāi)放最短路徑優(yōu)先OSPFOSPF是分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。一個(gè)路由器的“鏈路狀態(tài)”就是該路由器都和哪些網(wǎng)絡(luò)或路由器相鄰，以及將數(shù)據(jù)發(fā)往這些網(wǎng)絡(luò)或路由器所需的費(fèi)用。OSPF的要點(diǎn)：(1)所有路由器都有一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。(2)每一個(gè)路由器用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)算出自己的路由表。(3)OSPF的更新過(guò)程收斂得快。(4)OSPF依靠個(gè)路由器之間的頻繁交換信息來(lái)建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。(5)OSPF不用UDP而是直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸。40第四十頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.3路由器原理與使用路由器與其他計(jì)算機(jī)相似，也有內(nèi)存、操作系統(tǒng)、配置和用戶界面，Cisco路由器中的操作系統(tǒng)，被稱為互連網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)InternetworkOperatingSystem或IOS，其版權(quán)歸Cisco所有。路由器也有一個(gè)引導(dǎo)過(guò)程，用于從ROM裝入引導(dǎo)程序，并將其操作系統(tǒng)和配置裝入內(nèi)存。路由器與其他計(jì)算機(jī)所不同的是其用戶界面以及內(nèi)存的配置。1、路由器的內(nèi)存類(lèi)型ROM，含有一份路由器使用的IOS拷貝。

RAM，被IOS分為共享內(nèi)存和主存。主存用于存儲(chǔ)路由器配置和與路由協(xié)議相關(guān)的IOS數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。共享內(nèi)存用于緩存等待處理的報(bào)文分組。Flash（閃存），保存著在路由器上運(yùn)行的IOS當(dāng)前版本。NVRAM，非易失性RAM，在掉電后，其內(nèi)容不會(huì)丟失。41第四十一頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.3路由器原理與使用2、引導(dǎo)路由器路由器的引導(dǎo)過(guò)程為：（1）從ROM裝入引導(dǎo)程序。（2）從閃存裝入操作系統(tǒng)IOS。（3）查找并加載NVRAM中的配置文件，或在預(yù)先指定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中的配置文件。若配置文件不存在，則路由器進(jìn)入設(shè)置模式。42第四十二頁(yè)，共49頁(yè)。4.3.3路由器原理與使用3、配置Cisco的用戶界面路由器可以通過(guò)一個(gè)控制臺(tái)端口Console口與PC機(jī)相連，以便對(duì)路由器進(jìn)行配置。將PC機(jī)的9針串口連到RJ-45電纜，再與路由器Console口相連即可。在PC機(jī)運(yùn)行終端仿真程序，將終端仿真程序設(shè)置為9600bps、8位數(shù)據(jù)位、無(wú)奇偶校驗(yàn)和1位停止位，就可以對(duì)路由器進(jìn)行設(shè)置。43第