計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第7章網(wǎng)絡(luò)互連計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第7章網(wǎng)絡(luò)互連7.1互連網(wǎng)的概念本章重點(diǎn)網(wǎng)際協(xié)議IPInternet的路由選擇協(xié)議Internet組管理協(xié)議IGMP、無類型域間CIDR下一代網(wǎng)際協(xié)議IPv67.1互連網(wǎng)的概念本章重點(diǎn)7.1互連網(wǎng)的概念網(wǎng)絡(luò)互連中繼系統(tǒng)物理層：轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater）數(shù)據(jù)鏈路層：網(wǎng)橋或橋接器（bridge）網(wǎng)絡(luò)層：路由器（router）網(wǎng)絡(luò)層以上：網(wǎng)關(guān)（gateway）7.1互連網(wǎng)的概念網(wǎng)絡(luò)互連中繼系統(tǒng)鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層表示層會(huì)話層路由器網(wǎng)橋中繼器中繼節(jié)點(diǎn)鏈路層物理層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層鏈路層物理層表示層會(huì)話層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件7.2Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP地址解析協(xié)議ARP逆地址解析協(xié)議RARPInternet控制報(bào)文協(xié)議ICMP7.2Internet的網(wǎng)際協(xié)議IP地址解析協(xié)議ARP7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換1.IP地址及其表示方法五類：A、B、C、D、E網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段net-id主機(jī)號(hào)字段host-id7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換1.IP地址及其表示方法IP地址（IPAddress）地址組成：網(wǎng)絡(luò)號(hào)+主機(jī)號(hào)；Fig.5-47地址表示采用用點(diǎn)分隔的十進(jìn)制表示法，如166.111.68.3；全0和全1有特殊含義全0：表示本網(wǎng)絡(luò)或本主機(jī)；全1：表示廣播地址；Fig.5-48子網(wǎng)（Subnets）分而治之的思想：為了便于管理和使用，可以將網(wǎng)絡(luò)分成若干供內(nèi)部使用的部分，稱為子網(wǎng)。對(duì)外界，該網(wǎng)絡(luò)還是一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)。Fig.5-49IP地址（IPAddress）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件IP地址的特點(diǎn)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)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的IP地址，其net-id是不同的；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)，因此這些局域網(wǎng)都具有同樣的net-id；所有分配到網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id的網(wǎng)絡(luò)是平等的；IP地址有時(shí)也可用來指明一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的地址。IP地址的特點(diǎn)不能反映任何有關(guān)主機(jī)位置的地理信息；7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換3.子網(wǎng)的劃分-子網(wǎng)掩碼知道一個(gè)主機(jī)的IP地址和子網(wǎng)掩碼，就知道：該子網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)本網(wǎng)絡(luò)中的另一個(gè)子網(wǎng)上的一個(gè)主機(jī)在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)主機(jī)總之：IP地址——A、C、C類子網(wǎng)掩碼——子網(wǎng)號(hào)和主機(jī)號(hào)的分界線7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換3.子網(wǎng)的劃分-子網(wǎng)掩碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件例子網(wǎng)掩碼為：0xFFFFFFE0IP地址為：140.252.20.68

0001010001000100得知：B類地址net-id為140.252子網(wǎng)掩碼為11111111111111111111111111100000子網(wǎng)號(hào)主機(jī)號(hào)例子網(wǎng)掩碼為：0xFFFFFFE0子網(wǎng)號(hào)主機(jī)號(hào)7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換2.IP地址與物理地址IP地址放在IP數(shù)據(jù)報(bào)的首部；硬件地址則放在MAC幀的首部。7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換2.IP地址與物理地址IP層抽象的互連網(wǎng)上，只看到IP數(shù)據(jù)報(bào)；路由器只根據(jù)目的站的IP地址進(jìn)行選擇；在具體的物理網(wǎng)絡(luò)的鏈路層，只看到MAC幀；IP數(shù)據(jù)報(bào)被封裝在MAC幀里面；路由器都有各自的IP地址和兩個(gè)硬件地址；IP層抽象的互連網(wǎng)上，只看到IP數(shù)據(jù)報(bào)；7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換4.地址的轉(zhuǎn)換IP地址MAC地址（ARP，RARP）主機(jī)名字IP地址7.2.1IP 地址及其轉(zhuǎn)換4.地址的轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件ARP地址解析協(xié)議建立一個(gè)ARP表，表中存放（IP地址，MAC地址）對(duì)；每個(gè)主機(jī)啟動(dòng)時(shí)，廣播它的（IP地址，MAC地址）映射；ARP表中的表項(xiàng)有生存期，超時(shí)則刪除。ARP地址解析協(xié)議建立一個(gè)ARP表，表中存放（IP地址，MA當(dāng)主機(jī)A（IP）主機(jī)B：先在A的ARP高速緩存中查看有無主機(jī)B的IP地址，若有，則：查出其對(duì)應(yīng)的物理地址，并將它寫入MAC幀，之后通過LAN發(fā)往此物理地址。若無，則：ARP進(jìn)程在本LAN上廣播發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求分組，上面有主機(jī)B的IP地址。所有主機(jī)上運(yùn)行的ARP進(jìn)程都收到此ARP請(qǐng)求分組。主機(jī)B在ARP請(qǐng)求分組中看到自己的IP地址，就向主機(jī)A發(fā)送一個(gè)ARP響應(yīng)分組，上面寫上自己的物理地址。主機(jī)A收到主機(jī)B的ARP響應(yīng)分組后，在其ARP高速緩存中寫入主機(jī)B的IP地址到物理地址的映射。當(dāng)主機(jī)A（IP）主機(jī)B：RARP逆地址解析協(xié)議物理地址IP地址RARP服務(wù)器有一個(gè)從物理地址到IP地址的映射表。當(dāng)收到RARP請(qǐng)求分組后，通過映射表查出其IP地址。寫入RARP響應(yīng)分組，發(fā)回。RARP逆地址解析協(xié)議物理地址IP地址7.2.2IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式7.2.2IP數(shù)據(jù)報(bào)的格式IP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)由報(bào)頭和正文部分構(gòu)成，正文部分就是來自傳輸層的數(shù)據(jù)。IP報(bào)頭包括

20個(gè)字節(jié)的

固定部分和

變長(zhǎng)(最長(zhǎng)40

字節(jié))的可選

部分，從左

到右傳輸。IP報(bào)頭TCPSegmentIP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)IP數(shù)據(jù)報(bào)由報(bào)頭和正文部分構(gòu)成，正文部分就是來自傳IP報(bào)頭Version：4bits(版本域)目前使用最廣的v4，最新的版本是v6。IHL：4bits(IPHeaderLength)最小為5，最大為15，單位為32-bit。TypeofService：8bits(服務(wù)類型域)Bits0-2：Precedence，8種不同的優(yōu)先級(jí)。Bit3：0=NormalDelay，1=LowDelayBit4：0=NormalThroughput，1=HighThroughputBit5：0=NormalRelibility，1=HighRelibilityBit6-7：ReservedforFutureUse目前，幾乎所有路由器都忽略服務(wù)類型域。IP報(bào)頭Version：4bits(版本域)IP報(bào)頭Totallength：16bits(總長(zhǎng)度域)包括報(bào)頭和正文，最長(zhǎng)為65535字節(jié)。Identification：16bits(標(biāo)識(shí)域)用于讓目的主機(jī)判斷新來的分段屬于那個(gè)分組，屬于同一分組的分段具有同樣的標(biāo)識(shí)值。Flags：3bitsBit0：reserved,mustbezeroBit1：(DF)0=MayFragment,1=Don'tFragment.DF位置1，表示不允許路由器對(duì)該數(shù)據(jù)報(bào)分段，因?yàn)槟康闹鳈C(jī)不能重組分段。這意味著該數(shù)據(jù)報(bào)可能需要繞過最優(yōu)路徑上的小分組網(wǎng)絡(luò)，而選擇次優(yōu)路由。所有機(jī)器都能夠接收小于等于576字節(jié)的分組/分段。Bit2：(MF)0=LastFragment,1=MoreFragments.除最后一個(gè)段外的所有段都要置MF位。IP報(bào)頭Totallength：16bits(總長(zhǎng)度域IP報(bào)頭Fragmentoffset：3bits(段偏移量)此域的基本單位是8bytes。除最后段外的其他段的取值應(yīng)是8字節(jié)的倍數(shù)。TimeToLive：8bits(生存期TTL)用于限制分組的生存周期，防止其在網(wǎng)絡(luò)中無限制的轉(zhuǎn)發(fā)。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，分組/分段每經(jīng)過一個(gè)路由器TTL減1，為0則丟棄，并給源主機(jī)發(fā)送一個(gè)告警分組。Protocol：8bits(協(xié)議域)上層使用哪種傳輸協(xié)議。如果傳輸層協(xié)議是TCP，取值為6；如果傳輸層協(xié)議是UDP，取值為17。IP報(bào)頭Fragmentoffset：3bits(段偏I(xiàn)P報(bào)頭Headerchecksum：16bits(頭部校驗(yàn)和)只對(duì)IP報(bào)頭做校驗(yàn)。算法：報(bào)頭的每16位求反，循環(huán)相加(進(jìn)位加在末尾)，后再求反。如果報(bào)頭正確，結(jié)果應(yīng)為零。按照經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)簡(jiǎn)單的算法是夠用了，但也可以用CRC校驗(yàn)來代替。頭部校驗(yàn)和在每個(gè)節(jié)點(diǎn)都需要重新計(jì)算。SourceAddress：32bits(源地址)發(fā)送主機(jī)的IP地址。DestinationAddress：32bits(目的地址)接收主機(jī)的IP地址。IP報(bào)頭Headerchecksum：16bits(IP報(bào)頭Options：variable(選項(xiàng))選項(xiàng)域便于為后續(xù)版本引進(jìn)新信息，提供了可擴(kuò)展能力。每種選項(xiàng)用一個(gè)字節(jié)標(biāo)明選項(xiàng)類型，一個(gè)字節(jié)標(biāo)明長(zhǎng)度(可有可無)，其余時(shí)若干數(shù)據(jù)字節(jié)。每種選項(xiàng)的總長(zhǎng)度為4字節(jié)的倍數(shù)，不夠則填充，最長(zhǎng)為40字節(jié)。已經(jīng)定義了五種選項(xiàng)，但是并不是所有的路由器都支持全部五種選項(xiàng)。IP報(bào)頭Options：variable(選項(xiàng))IP報(bào)頭選項(xiàng)Security(安全性)說明信息的安全程度。實(shí)際上，所有路由器都忽略此選項(xiàng)。Strictsourcerouting(嚴(yán)格源路由)將從源到目的地的完整路徑上所有的IP地址都記錄下來。數(shù)據(jù)報(bào)必須嚴(yán)格地按照這條路徑傳送。當(dāng)路由器崩潰時(shí)，該字段可用于發(fā)送緊急分組或測(cè)量時(shí)間。Loosesourcerouting(松散源路由)同樣是一系列的IP地址，但只要求該數(shù)據(jù)報(bào)按照指定次序遍歷所列的路由器，不是一條嚴(yán)格路徑，可以穿越其它路由器。Recordroute(記錄路由)另該數(shù)據(jù)報(bào)穿越的路由器將其IP地址加到選項(xiàng)域，但現(xiàn)在已經(jīng)不夠用了。Timestamp(時(shí)間戳)在記錄路由的同時(shí)還記錄一個(gè)32位的時(shí)間標(biāo)記，用于路由算法的糾錯(cuò)。IP報(bào)頭選項(xiàng)Security(安全性)7.2.3Internet控制報(bào)文協(xié)議ICMP7.2.3Internet控制報(bào)文協(xié)議ICMP計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件7.2.4IP層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程路由器結(jié)點(diǎn)交換機(jī)連接不同的網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)中工作專門用來轉(zhuǎn)發(fā)分組可接上許多個(gè)主機(jī)使用統(tǒng)一的IP協(xié)議使用所在廣域網(wǎng)的特定協(xié)議根據(jù)目的站所在的網(wǎng)絡(luò)號(hào)找出下一站根據(jù)目的站所接入的交換機(jī)號(hào)找出下一站路由器與結(jié)點(diǎn)交換機(jī)的區(qū)別7.2.4IP層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程路由器結(jié)點(diǎn)交7.2.4IP層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程7.2.4IP層處理數(shù)據(jù)報(bào)的流程7.2.4路由器的IP層路由算法提取目的站的IP地址的D，得出其網(wǎng)絡(luò)號(hào)N；若N是此路由器直接相連的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào)，則直接通過該網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)交付給目的站D；否則轉(zhuǎn)3；若路由表中有目的地址為D的指明主機(jī)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)送給所指明的下一站路由器；否則轉(zhuǎn)4；若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò)N的路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)送給所指明的下一站路由器；否則轉(zhuǎn)5；若路由表中有子網(wǎng)掩碼，用它與目的站IP地址D相“與”，得出結(jié)果M；若M為目的站網(wǎng)絡(luò)號(hào)，則將數(shù)據(jù)報(bào)送給所指明的下一站路由器；否則轉(zhuǎn)6；若路由表中有默認(rèn)路由，則將數(shù)據(jù)報(bào)送給所指明的默認(rèn)路由器；否則轉(zhuǎn)7；報(bào)告路由選擇出錯(cuò)。7.2.4路由器的IP層路由算法提取目的站的IP地址的D，7.2.4路由器的IP層路由算法注：在IP數(shù)據(jù)報(bào)中始終不出現(xiàn)下一站路由器的IP地址。7.2.4路由器的IP層路由算法注：在IP數(shù)據(jù)報(bào)中始終不出7.3Internet的路由選擇協(xié)議7.3.1兩類路由選擇協(xié)議內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP：在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。如RIP，HELLO，OSPF外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP：將路由選擇信息傳遞到另外的自治系統(tǒng)中的協(xié)議。如BGP7.3Internet的路由選擇協(xié)議7.3.1兩類路由選計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件7.3.2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP路由信息協(xié)議RIP

一個(gè)基于距離向量的分布式路由選擇協(xié)議?！熬嚯x”為到目的網(wǎng)絡(luò)所經(jīng)過的路由器數(shù)。RIP允許一個(gè)通路最多包含15個(gè)路由器。RIP不能在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間同時(shí)使用多條路由，它選擇一個(gè)具有最少路由器的路由。7.3.2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議RIP路由信息協(xié)議RIP7.3.2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP2.HELLO協(xié)議一種基于路由的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延協(xié)議。提供兩種功能：使路由器和目的主機(jī)的時(shí)鐘同步。每個(gè)路由器和目的主機(jī)都能計(jì)算出到目的主機(jī)的最小時(shí)延路由。7.3.2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP2.HELLO協(xié)議7.3.2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP3.開放最短通路優(yōu)先協(xié)議OSPF一種分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。所有路由器都維持一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫（即整個(gè)互連網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)圖）OSPF讓每一個(gè)鏈路狀態(tài)都帶上一個(gè)32bit的序號(hào)。每個(gè)路由器用鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)算出其路由表。即時(shí)更新鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。路由器間頻繁交換信息來建立鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，并維持鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫在全網(wǎng)范圍內(nèi)的一致性。直接用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳送。7.3.2內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP3.開放最短通路優(yōu)先協(xié)議OS計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件7.3.3外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP將網(wǎng)絡(luò)分為三類：與BGP只有一個(gè)連接的網(wǎng)絡(luò)；不能轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。與BGP有兩個(gè)或以上連接的網(wǎng)絡(luò)；可轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)。能轉(zhuǎn)發(fā)第三方數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。如主干網(wǎng)。7.3.3外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP將網(wǎng)絡(luò)分為三類：7.3.3外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP使用的四種報(bào)文：Open報(bào)文Update報(bào)文Keepalive報(bào)文Notification報(bào)文三個(gè)功能過程：鄰站探測(cè)鄰站可達(dá)性網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性7.3.3外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP使用的四種報(bào)文：7.4Internet組管理協(xié)議IGMPIGMP是用來進(jìn)行多播的。7.4Internet組管理協(xié)議IGMPIGMP是用來進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講解ppt課件7.5無類型域間路由選擇CIDR解決IP地址不夠分配的問題。將超過2百萬個(gè)C類地址按照可變大小的塊進(jìn)行分配。[RFC1519]將世界劃分為四個(gè)區(qū)域，將一部分C類地址分配給它們：歐洲區(qū)域：194.0.0.0195.255.255.255北美區(qū)域：198.0.0.0199.255.255.255中美和南美區(qū)域：200.0.0.0201.255.255.255亞太區(qū)域：202.0.0.0203.255.255.2557.5無類型域間路由選擇CIDR解決IP地址不夠分配的問題7.6下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv4的局限性1.地址空間危機(jī)。 Internet飛速發(fā)展，IP地址出現(xiàn)緊缺趨勢(shì),目前的IP地址只能支撐10年。大量的移動(dòng)設(shè)備和家電設(shè)備上網(wǎng)的趨勢(shì)使目前的形勢(shì)更加嚴(yán)峻。2.路由表的膨脹IP地址中A類已經(jīng)分配完畢,B類也已經(jīng)差不多了,剩下的C類地址已經(jīng)成為大家瓜分的目標(biāo)。C類地址：超過2百萬個(gè)，主機(jī)數(shù)量不超過255個(gè)3.安全性的不足4.IP地址的配置復(fù)雜5.IP協(xié)議的性能有待提高7.6下一代的網(wǎng)際協(xié)議IPv6IPv4的局限性IPv6新特性1.使用128位的地址空間，可支持多達(dá)340，282，366，920，938，463，374，607，431，768，211，456個(gè)地址。2.采用分層地址編碼。3.采用64位對(duì)齊的簡(jiǎn)化頭部格式。4.支持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展性。5.支持自動(dòng)地址配置（即插即用）。6.數(shù)據(jù)多播功能支持。IPv6新特性1.