計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)必備知識整理

internet(互連網(wǎng)):泛指由多個計算機網(wǎng)絡(luò)互連而成的計算機網(wǎng)絡(luò)。在這些網(wǎng)絡(luò)之間的通信Internet(互聯(lián)網(wǎng)):專用名詞，指當(dāng)前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定互連網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議作為通信規(guī)則，前身是美國的ARPANE互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供者如移動聯(lián)通電信)可以從管理機構(gòu)申請到很多IP地址，同時擁有通信線路(大ISP自建通信線路，小ISP向電信公司租用通信線路)以及路由器等連接設(shè)備，因此只需向ISP交納規(guī)定的費用，就可以從該ISP獲取所需IP地址的所有的互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)都是以RFC(requestforcomments)的在網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)(所有連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機)之間的通信方式可以劃分為兩大類：客戶-服務(wù)器方式(C/S方式)和對等方式(P2P方式)。P2P:不區(qū)分兩臺主機哪個是服務(wù)請求方哪個是服務(wù)提供方。只要兩臺主機都運行了P2P軟通信中交換的方式電路交換：請求連接建立連接(占用通信資源)通話(一直占用通信資源)釋放連接(歸還通信資源)。在通話的全部時間內(nèi)，通話的兩個用戶始終占用端到端的通信資源。(c)用交換機連接許多部電話分組交換：將報文分成一個個分組進行傳輸，每個分組都由首部和數(shù)據(jù)構(gòu)成。圖1-11圖1-11以分組為基本單位在網(wǎng)絡(luò)中傳送報文分組分組路由器進行分組的轉(zhuǎn)發(fā)。分組交換在傳送數(shù)據(jù)前不必先占用一條端到端的通信資源，分組在哪條鏈路上傳送才占用這段鏈路的通信資源。分組到達一個路由器后，先暫時存儲下來，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，然后從一條合適的鏈路轉(zhuǎn)發(fā)出去。三種交換方式的對比：1.速率速率指數(shù)據(jù)的傳送速率，也稱數(shù)據(jù)率或比特率(bitrate),單位是bit/s或b/s或bps(bit比特意思是一個二進制數(shù)字，一個比特就是二進制數(shù)字中的一個1或者0。單位中的K/M/G等指的都是10的冪次，不是2的。(1)本意指某個信號具有的頻帶寬度。信號的帶寬是指該信號所包含的各種不同頻率成分所占據(jù)的頻率范圍。這種意義的帶寬的單位是赫。(2)計算機網(wǎng)絡(luò)中，帶寬表示網(wǎng)絡(luò)中某通道傳送數(shù)據(jù)的能力。因此網(wǎng)絡(luò)帶寬表示在單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中的某信道所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。這種意義的帶寬的單位就是數(shù)據(jù)3.吞吐量吞吐量表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的實際的數(shù)據(jù)量。吞吐量就是當(dāng)前實際的速率，帶寬就是最大的速率。時延(延遲或遲延)指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的一端傳到另一端所需的時間。網(wǎng)絡(luò)中的時延由以下(1)發(fā)送時延是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間。發(fā)送時延=數(shù)據(jù)幀長度(bit)/發(fā)送速率(bit/s)。發(fā)送時延發(fā)生在機器內(nèi)部的發(fā)送器中。(2)傳播時延是電磁波在信道中傳播一定的距離需要花費的時間。傳播時延=信道長度(m)/電磁波在信道上的傳播速率(m/s)。電磁波在自由空間的傳播速率是光速，在銅線電纜中的傳播速率約為2.3103km/s,在光纖中的傳播速率約為2.010?km/s。傳播時延發(fā)生在機器外部的傳輸信道媒體上。(3)處理時延是主機或路由器在疏導(dǎo)分組時對分組進行處理花費的時間。(4)排隊時延是當(dāng)進入路由器中輸入隊列等待處理和確定轉(zhuǎn)發(fā)接口后在輸出隊列中等待轉(zhuǎn)發(fā)的時間。排隊時延取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時的通信量。5.時延帶寬積時延帶寬積=傳播時延帶寬時延帶寬積表示這個管道的體積，表示這樣的管道可以容納多少個比特。管道中的比特數(shù)表示從發(fā)送端發(fā)出的但尚未達到接收端的比特。6.往返時間RTT簡單的說就是從發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)開始到接收到來自接收方的確認信息所經(jīng)歷的時間。7.利用率信道利用率指某信道有百分之幾的時間是被利用的(有數(shù)據(jù)通過)。網(wǎng)絡(luò)利用率是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。利用率并非越高越好，當(dāng)利用率高時，網(wǎng)絡(luò)通信量不斷增大的情況下，分組在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(路由器或交換機)進行處理時需要排隊的時間就會增加，網(wǎng)絡(luò)時延增大。圖1-16時延與利用率的關(guān)系擁有較大主干網(wǎng)的ISP通?？刂菩诺览寐什怀^50%,當(dāng)超過時就要準(zhǔn)備擴容，增大OSIOSI的體系結(jié)構(gòu)2數(shù)據(jù)鏈路層五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)5應(yīng)用層TCPTCP/IP的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(各種應(yīng)用層協(xié)議如網(wǎng)際層IP網(wǎng)絡(luò)接口層1物理層應(yīng)用層：通過應(yīng)用進程間的交互來完成特定網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。報文message,DNS、HTTP、SMTP協(xié)議等運輸層：向兩臺主機中進程之間的通信提供通用的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。TCP傳輸控制協(xié)議和UDP用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議TCP:面向連接的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，單位：報文段segmentUDP:無連接的、盡最大努力的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，單位：用戶數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡(luò)層：為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)；選擇合適的路由，使運輸層傳下來的分組能通過網(wǎng)絡(luò)中的路由器找到目的主機IP數(shù)據(jù)報/分組，在TCP/IP協(xié)議中網(wǎng)絡(luò)層使用IP協(xié)議(無連接)互聯(lián)網(wǎng)使用的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議是無連接的網(wǎng)際協(xié)議IP協(xié)議和多種路由選擇協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層：將網(wǎng)絡(luò)層交下來的IP數(shù)據(jù)報組裝成幀，在兩個相鄰結(jié)點間的鏈路上傳送幀。幀frame,PPP協(xié)議針對點對點通道，CSMA/CD針對廣播信道物理層物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的借口有關(guān)的一些特性。即：(1)機械特性：指明借口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置(2)電氣特性：指明在借口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。(3)功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓的意義。(4)過程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。物理層下面的傳輸媒體導(dǎo)引型傳輸媒體(有線)雙絞線(c)不同的絞合度的雙絞線聚氯乙烯套層(b)屏蔽雙絞線(a)無屏蔽雙絞線屏蔽層絕緣層銅線聚氯乙烯套層同軸電纜光纜短波通信(高頻通信):電離層反射無線電微波通信：有地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。直線傳播。信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用、時分復(fù)用、統(tǒng)計時分復(fù)用■B★★★★★(a)使用單獨的信道(b)使用共享信道圖2-13復(fù)用的示意圖頻分復(fù)用FDM:所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源。時分復(fù)用TDM:所有用戶在不同的時間占用所有的帶寬資源。統(tǒng)計時分復(fù)用STDM:各用戶有了數(shù)據(jù)隨時發(fā)往集中器的輸入緩存，然后集中器按順序依次掃描輸入緩存，把緩存的輸入數(shù)據(jù)放入STDM幀。沒有數(shù)據(jù)的緩存就跳過，當(dāng)一個幀滿了就發(fā)送出去.頻帶3頻帶2時間時間周期性出現(xiàn)統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用Aabbccd集中器3個STDM幀BCDdabcatt1波分復(fù)用WDM從這里開始發(fā)送圖3-從這里開始發(fā)送圖3-5用控制字符進行幀定界的方法舉例碼分多址CDMA:每一個用戶在同樣時間使用同樣頻帶進行通信。各用戶選用不同碼型，因數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層使用的信道主要有點對點信道和廣播信道兩種類型。數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議的三個基本問題：封裝成幀、透明傳輸和差錯檢測。封裝成幀：在IP數(shù)據(jù)報前后加上首部和尾部發(fā)送幀尾部幀結(jié)束幀開始幀首部當(dāng)數(shù)據(jù)是由可打印的ASCIl碼組成的文本文件(文本文件中的字符都是從鍵盤上輸入的)時，幀定界使用幀定界符。傳輸中出現(xiàn)差錯的話可以用幀定界符來判定是否是一個完整的幀。SOH和EOT的十六進制編碼分別是01和04。幀開始符幀開始符發(fā)送在前透明：某一個實際存在的事物看起來卻好像不存在一樣。非透明傳輸如下圖：解決透明傳輸?shù)姆椒ǎ喊l(fā)送端的數(shù)據(jù)鏈路層在數(shù)據(jù)中出現(xiàn)控制字符在數(shù)據(jù)鏈路層使用CRC,只能做到對幀的無差錯接受(只接受正確的幀，錯誤的丟棄了)。對于通信質(zhì)量良好的有線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議不使用確認和重傳機制，即不要求數(shù)據(jù)鏈路層向上提供可靠傳輸?shù)姆?wù)。如果在數(shù)據(jù)鏈路層傳輸數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了差錯并且需要進行改正，那么改正差錯的任務(wù)就由上層協(xié)議(例如運輸層的TCP協(xié)議)來完成。對于通信質(zhì)量較差的無線傳輸鏈路，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議使用確認和重使用點對點信道的數(shù)據(jù)鏈路層PPP只支持點對點的鏈路通信；只支持全雙工鏈路。使用廣播信道的數(shù)據(jù)鏈路層廣播信道可以進行一對多的通信，局域網(wǎng)使用廣播信道。局域網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓撲分為星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、總線網(wǎng)?？偩€網(wǎng)以快速以太網(wǎng)(100Mbit/s)吉比特以太網(wǎng)(1Gbit/s)10吉比特以太網(wǎng)(10Gbit/s)局域網(wǎng)工作的層次跨越了數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。共享信道要著重考慮的一個問題是如何使眾多用戶能合理而方便地共享通信媒體資源，有(1)靜態(tài)劃分信道：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、統(tǒng)計IP地址硬件地址計算機■存儲器把幀發(fā)送到局域網(wǎng)從局域網(wǎng)接收幀生成發(fā)送的數(shù)據(jù)處理收到的數(shù)據(jù)至局域網(wǎng)串行通信適配器(網(wǎng)卡)并行通信CSMA/CD協(xié)議(總線型以太網(wǎng))為了通信的簡便，以太網(wǎng)采取了以下兩種措施：—、無連接的工作方式。適配器發(fā)送的幀不編號也不要求對方發(fā)回確認，即以太網(wǎng)提供的服務(wù)是盡最大努力的交付，不可靠的交付。當(dāng)收到有差錯的數(shù)據(jù)幀時就把幀丟棄，其他什么也不做，對于差錯幀是否需要重傳由高層來決定。總線在同一時間只允許一臺計算機發(fā)送數(shù)據(jù)，以太網(wǎng)采用CSDA/CD協(xié)議，載波監(jiān)聽多點接多點接入：總線型網(wǎng)絡(luò)，計算機以多點接入的方式連接在一根總線上。碰撞檢測：邊發(fā)送邊監(jiān)聽。當(dāng)幾個站同時在總線上發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線上發(fā)送數(shù)據(jù)前已經(jīng)監(jiān)聽到信道為空閑，為何還會發(fā)生碰撞?因為電磁波在總線上總是以有限在使用CSMA/CD協(xié)議時，一個站不可能同時進行發(fā)送和接收。因此使用CSMA/CD協(xié)議的以太網(wǎng)不可能進行全雙工而只能進行雙向交替通信(半雙工)。使用集線器的星形拓撲雙絞線以太網(wǎng)總是和集線器配合使用的。10BASE-T雙絞線以太網(wǎng)的出現(xiàn)，使以太網(wǎng)的拓撲從總線型變?yōu)樾切尉W(wǎng)絡(luò)。圖3-19使用集線器的雙絞線以太網(wǎng)集線器的特點：(1)表面上來看，使用集線器的局域網(wǎng)在物理上是一個星形網(wǎng)，但由于集線器使用電子各站共享邏輯上的總線，(各站中的適配器)使用的還是CSMA/CD協(xié)議，在同一時(3)集線器工作在物理層，它的每個接口僅僅簡單的轉(zhuǎn)發(fā)比特，不進行碰撞檢測。如果兩個接口同時又信號輸入，那所有的接口都收不到正確的幀。(4)集線器采用專門芯片進行自適應(yīng)串音回波抵消。以太網(wǎng)的MAC層在局域網(wǎng)中，硬件地址又稱為物理地址或MAC地址(因為這種地址用在MAC幀中)。MAC地址實際上就是適配器地址或適配器標(biāo)識符EUI-48。以太網(wǎng)V2標(biāo)準(zhǔn)的MAC幀格式：發(fā)送在前前同步碼插8字節(jié)6類型：用來標(biāo)志上一層使用的是什么協(xié)議FCS:幀檢驗序列(CRC檢驗)MAC幀長度不小于64字節(jié)，若數(shù)據(jù)長度不足46字節(jié)，MAC子層會在數(shù)據(jù)字段后面加一個整數(shù)字節(jié)的填充字段。在傳輸媒體上實際傳送的要比MAC幀還多8個字節(jié)。這是因為當(dāng)一個站在剛開始接收MAC幀時，適配器的時鐘尚未與到達的比特流達成同步，為了迅速達到同步，從MAC子層向下傳到物理層時還要在幀的前面插入8字節(jié)，前7字節(jié)為前同步碼(1和0交替，目的是為實現(xiàn)比特同步),后1字節(jié)為10101011,幀開始定界符，前6位和同步碼一樣，后面的11是通知適配器幀信息來了。在使用SONET/SDH進行同步傳輸時不需要用前同步碼，因為在同步傳輸時收發(fā)雙方的位同步總是保持一致的。擴展的以太網(wǎng)1.在物理層擴展以太網(wǎng)擴展主機和集線器之間的距離的一種方法是使用光纖和一對光纖調(diào)制解調(diào)器。光纖調(diào)制解調(diào)器的作用是進行電信號和光信號的轉(zhuǎn)換。光纖擴展以太網(wǎng)：三個以太網(wǎng)互連，若三個以太網(wǎng)吞吐量均為10Mbit/s,三個以太網(wǎng)總的最大吞吐量為30Mbit/s;互連后成為一個碰撞域，最大吞吐量仍為10Mbit/s。一系2.在數(shù)據(jù)鏈路層擴展以太網(wǎng)擴展以太網(wǎng)更多在數(shù)據(jù)鏈路層，最初使用網(wǎng)橋，當(dāng)網(wǎng)橋收到一個幀，并不向所有接口轉(zhuǎn)發(fā)此幀，而是根據(jù)此幀的目的MAC地址，查找網(wǎng)橋中的地址表，然后確定將該幀轉(zhuǎn)發(fā)到哪一個接口，或者丟棄。后來問世交換式集線器，又稱以太網(wǎng)交換機或二層交換機，工作在數(shù)據(jù)鏈路層。實質(zhì)上是一個多接口的網(wǎng)橋。交換機的每個接口都直接與一個單臺主機或另一個以太網(wǎng)交換機相連，并且一般都工作在全雙工方式。以太網(wǎng)交換機能使多對主機同時通信，相互通信的主機都是獨占傳輸媒體，無碰撞的傳輸數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)交換機對收到的幀采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式進行轉(zhuǎn)發(fā)，用硬件轉(zhuǎn)發(fā)。內(nèi)部的幀交換表(地址表)是通過自學(xué)習(xí)算法建立起來的。根據(jù)發(fā)出的幀，將發(fā)出幀的主機和接口寫入表。以太網(wǎng)交換機以太網(wǎng)交換機交換表(b)交換了兩幀后的交換表A發(fā)送一幀給B?B發(fā)送一幀給A為了避免廣播時出現(xiàn)無限循環(huán)，為了避免廣播時出現(xiàn)無限循環(huán)，IEEE的802.1D標(biāo)準(zhǔn)制定了一個生成樹協(xié)議STP,不改變網(wǎng)絡(luò)的實際拓撲，但在邏輯上切斷某些短路。以太網(wǎng)以太網(wǎng)交換機#1交換機#24虛擬局域網(wǎng)VLAN圖3-27三個虛擬局域網(wǎng)VLAN?,VLAN?和VLAN?的構(gòu)成十臺計算機分布在三個樓層中，構(gòu)成了三個局域網(wǎng)。通過劃分VLAN,VLAN中的主機只能收到來自同一個VLAN上的主機的信息。VLAN用來分割廣播域，同時跨越地理限制。不同VLAN下的主機是不通的，即使在相同子網(wǎng)下也不行。高速以太網(wǎng)CSMA/CD協(xié)議，又稱為快速以太網(wǎng)。快速以太網(wǎng)在全雙工方式下工作，不使用CSMA/CD協(xié)議(這個協(xié)議在全雙工下不起作用)。2.吉比特以太網(wǎng)特點：(1)允許在1Gbit/s下以全雙工和半雙工兩種方式工作。(3)在半雙工方式下使用CSMA/CD協(xié)議，在全雙工下不使用。吉比特以太網(wǎng)工作在半雙工方式時必須進行碰撞檢測，并使用載波延伸和分組突發(fā)。3.10吉比特以太網(wǎng)(10GE)10GE仍使用IEEE802.3協(xié)議規(guī)定的幀格式，并保留了802.3規(guī)定的以太網(wǎng)最小幀長和最大幀長，只工作在全雙工方式，不存在爭用問題。不需要碰撞檢測使傳輸距離大大提高。網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)際協(xié)議IP網(wǎng)際組管理協(xié)議網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP各種應(yīng)用層協(xié)議與各種網(wǎng)絡(luò)接口物理硬件應(yīng)用層運輸層網(wǎng)絡(luò)層(網(wǎng)際層)網(wǎng)絡(luò)接口層虛擬互連網(wǎng)絡(luò)分類的IP地址，就是將IP地址劃分為若干個固定類，每一類都由網(wǎng)絡(luò)號和主機號組成，網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)號所指明的網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)必須是唯一的。一個IP地址在整個互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)是唯一的。32位32位0|網(wǎng)絡(luò)號—8位16位D類地址圖4-5IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號字段和主機號字段A類地址8位多播地址A、B、C類地址都是單播地址(一對一通信)。A、B、C類地址在網(wǎng)絡(luò)號字段最前面有1~3位的類別位。D類地址用于多播(一對多通信)。E類地址保留為以后所用。A類地址：可指派的網(wǎng)絡(luò)號為126個(2?-2),IP地址全0表示“這個”,網(wǎng)絡(luò)號字段全0的IP地址是個保留地址，意思是“本網(wǎng)絡(luò)”;網(wǎng)絡(luò)號為127(01111111)保留作為本地軟件環(huán)回測試本主機的進程之間的通信之用。目的地址為環(huán)回地址的IP數(shù)據(jù)包永遠不會出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上，因為網(wǎng)絡(luò)號為127的地址根本不是一個網(wǎng)絡(luò)地址。全1的主機號字段表示該網(wǎng)絡(luò)上的所有主機。網(wǎng)絡(luò)號全0:A類地址5指在這個網(wǎng)絡(luò)上主機號為35的主機；網(wǎng)絡(luò)號全1:A類地址是環(huán)回地址；主機號全0:一主機的IP地址為,則該主機所在的網(wǎng)絡(luò)地址是;B類地址：可指派的網(wǎng)絡(luò)號為2?-1,因為實際上是不指派的。每一個網(wǎng)絡(luò)上的最大主機數(shù)是21?-2,要扣除全0和全1的主機號。C類地址：可指派的網(wǎng)絡(luò)號為221-1,因為也是不指派的。最大主機數(shù)2?-2。網(wǎng)絡(luò)號網(wǎng)絡(luò)號1IP地址的特點：(1)IP地址管理機構(gòu)在分配IP地址時只分配網(wǎng)絡(luò)號，剩下的主機號由得到該網(wǎng)絡(luò)號的單位自行分配。路由器僅根據(jù)目的主機所連接的網(wǎng)絡(luò)號來轉(zhuǎn)發(fā)分組，這樣可以使路由表中的項目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲空間以及查找路由表的時這種主機成為多歸屬主機。由于一個路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個網(wǎng)絡(luò)，因此一個路具有不同網(wǎng)絡(luò)號的局域網(wǎng)必須使用路由器進行互連。TCP報文一使用IP地址*尾部圖4-8IP地址與硬件地址的區(qū)別數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)送首部首部(2)路由器只根據(jù)目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號進行路由選擇。(3)在局域網(wǎng)的鏈路層，只能看見MAC幀。到達路由器，會丟棄原來的MAC幀首部和ARP協(xié)議是為了從網(wǎng)絡(luò)層使用的IP地址，解析出在數(shù)據(jù)鏈路層使用的硬件地址。還有一個逆地址解析協(xié)議RARP,作用是使只知道自己硬件地址的主機能夠通過RARP協(xié)議找出其IP地址。現(xiàn)在的DHCP協(xié)議已經(jīng)包含了RARP協(xié)議的功能。ARP請求包含本主機的IP和MAC地址、目的主機的IP地址，向本局域網(wǎng)廣播。目的主機ARP解決同一局域網(wǎng)上的主機或路由器的IP地址和硬件地址的映射問題。從IP地址到MAC地址的解析是自動進行的，主機的用戶對這種地址解析過程并不知道。只要主機或路由器要析為鏈路層需要的硬件地址。區(qū)分服務(wù)標(biāo)首部長度(20字節(jié))首部長位度總0可變。首部長度最大值為60字節(jié)。R?劃分子網(wǎng)和構(gòu)造超網(wǎng)劃分子網(wǎng)劃分子網(wǎng)(子網(wǎng)尋址、子網(wǎng)路由選擇)->兩級IP地址變?yōu)槿塈P地址。一個擁有許多物理網(wǎng)絡(luò)的單位，可將所屬的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個子網(wǎng)，外部看不到這個網(wǎng)IP地址：:={<網(wǎng)絡(luò)號>,<子網(wǎng)號>,<主機號>}從其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)高本單位某臺主機的IP數(shù)據(jù)報，先根據(jù)目的網(wǎng)絡(luò)號找到連接在本單位的路由器。此路由器按照網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號找到目的子網(wǎng)，將數(shù)據(jù)報交付目的主機。從IP數(shù)據(jù)報的首部無法看出源主機或目的主機所連接的網(wǎng)絡(luò)是否進行了子網(wǎng)的劃分，路由器如何將它轉(zhuǎn)發(fā)到子網(wǎng)?需要使用子網(wǎng)掩碼。圖4-19把圖4-18的網(wǎng)絡(luò)劃分為三個子網(wǎng)，但對外仍是一個網(wǎng)絡(luò)兩級IP地址的子網(wǎng)掩碼兩級IP地址的子網(wǎng)掩碼的子網(wǎng)掩碼兩級IP地址的網(wǎng)絡(luò)號子網(wǎng)號主機號-子網(wǎng)號為3的網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)號主機號子網(wǎng)的子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址30圖4-20IP地址的各字段和子網(wǎng)掩碼(以0為例)從網(wǎng)絡(luò)外面看，就是一個普通的B類網(wǎng)絡(luò)。進入到這個網(wǎng)絡(luò)后(到達路由器R1),路由轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法如下：(1)從收到的數(shù)據(jù)報的首部提取目的IP地址D。(2)先判斷是否為直接交付。對路由器直接相連的網(wǎng)絡(luò)逐個檢查：用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和D逐位與，看結(jié)果是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則把分組進行直接交付(把IP地址轉(zhuǎn)換成物理地址，把數(shù)據(jù)報封裝成幀發(fā)送出去),轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)結(jié)束。否則就是間接交付(3)。(4)對路由表中的每一行，用其中的子網(wǎng)掩碼和D逐位與結(jié)果為N。若N與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則把數(shù)據(jù)傳送給這個下一跳路由器；否則，(5)。構(gòu)造超網(wǎng)IP地址：:={<網(wǎng)絡(luò)前綴>,<主機號>}/網(wǎng)絡(luò)前綴位數(shù)在路由表中每個項目由網(wǎng)絡(luò)前綴和下一跳地址組成。但是在查找路由表時可能查到不止一個結(jié)果。遵循最長前綴匹配，從匹配的結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由。網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP報文裝在IP數(shù)據(jù)報中，作為其中的數(shù)據(jù)部分。類型代碼檢驗和圖4-27ICMP報文的格式前4個字節(jié)是統(tǒng)一的格式代碼字段是為了進一步區(qū)分某種類型中的集中不同情況。檢驗和字段用來檢驗整個ICMP報文。IP數(shù)據(jù)報首部的檢驗和并不檢驗IP數(shù)據(jù)報的內(nèi)容，因此不能保證經(jīng)過傳輸?shù)腎CMP報表4-8幾種常用的ICMP報文類型差錯報告報文3終點不可達時間超過參數(shù)問題5改變路由(Redirect)詢問報文回送(Echo)請求或回答13或14時間戳(Timestamp)請求或回答發(fā)送時間超過報文。當(dāng)終點在預(yù)先規(guī)定的時間內(nèi)不能收到一個數(shù)據(jù)報的全部數(shù)據(jù)報時，就把已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)報片都丟棄，并向源點發(fā)送時間超過報文。發(fā)送時間超過報文。當(dāng)終點在預(yù)先規(guī)定的時間內(nèi)不能收到一個數(shù)據(jù)報的全部數(shù)據(jù)報時，就把已經(jīng)收到的數(shù)據(jù)報片都丟棄，并向源點發(fā)送時間超過報文。棄該數(shù)據(jù)報，并向源點發(fā)送參數(shù)問題報文。(4)改編路由(重定向)路由器把改變路由報文發(fā)送給主機，讓主機知道下次應(yīng)將數(shù)據(jù)報發(fā)送給另外的路由器(可通過更好的路由)ICMP詢問報文兩種：(1)回送請求和回答由主機或路由器向一個特定的目的主機主機必須給源主機或路由器發(fā)送ICMP回送回答報文。這種詢問報文用來測試目的ICMP的一個重要應(yīng)用是分組間探測PING,用來測試兩臺主機之間的連通性。PING使用ICMP回送請求與回送回答報文，應(yīng)用層直接使用網(wǎng)絡(luò)層ICMP,沒有通過運輸層的TCP或路由選擇協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)采用的路由選擇協(xié)議主要是自適應(yīng)的、分布式路由選擇協(xié)議?？梢园颜麄€互聯(lián)網(wǎng)劃分為許多較小的自治系統(tǒng)(AS)。AS是在單一技術(shù)管理下的一組路由表現(xiàn)出的是一個單一的和一致的路由選擇策略。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP:源主機和目的主機在不同的自治系統(tǒng)中，當(dāng)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系統(tǒng)中。如BGP-4。路由信息協(xié)議，是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)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(luò)的距離記錄，距離的定義為：從一路由器到直連網(wǎng)絡(luò)的距離為1,到非直連的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過的短”。RIP允許一條路徑最多只能包含15個路由器，因此距離等于16時相當(dāng)于不可達。可RIP不能在兩個網(wǎng)絡(luò)之間同時使用多條路由。RIP選擇一條具有最少路由器的路由，哪怕還存在另一條高速(低時延)但路由器較多的路由。RIP和OSPF協(xié)議都是分布式路由選擇協(xié)議，特點是每一個路由器都要不斷地和其他一些路由器交換路由信息。和哪些路由器交換信息?交換什么信息?在什么時候交換信息?本自治系統(tǒng)中所有網(wǎng)絡(luò)的(最短)距離，以及到每個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)經(jīng)過的下一跳路由器。”(3)按固定的時間間隔交換信息。然后路由器根據(jù)收到的路由信息更新表。路由表中最主要的信息是：到某個網(wǎng)絡(luò)的距離(即最短距離),以及應(yīng)經(jīng)過的下一跳地址。路由表更新的原則是找出到每個目的網(wǎng)絡(luò)的最短距離，這種更新算法又稱為距離向量算法。解釋1:這樣做是為了便于進行本路由表的更新。假設(shè)從位于地址X的相鄰路由器發(fā)來3”,那么本路由器就可推斷出：“我經(jīng)過X到網(wǎng)絡(luò)Net2的距離應(yīng)為3+1=4”。于是，本路由器就把收到的RIP報文的這一個項目修改為“Net2,4,X”,作為下一步和路由表中原有項目進行比較時使用(只有比較后才能知道是否需要更新)。讀者可注意到，收到的項目中的Y對本路由器是沒有用的，因為Y不是本路由器的下一跳路由器地址。解釋2:表明這是新的目的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)當(dāng)加入到路由表中。例如，本路由表中沒有到目的網(wǎng)絡(luò)Net2的路由，那么在路由表中就要加入新的項目“Net2,4,X”。解釋3:為什么要替換呢?因為這是最新的消息，要以最新的消息為準(zhǔn)。到目的網(wǎng)絡(luò)的距離有可能增大或減小，但也可能沒有改變。例如，不管原來路由表中的項目是“Net2,3,解釋4:例如，若路由表中已有項目“Net2,5,P”,就要更新為“Net2,4,X”。因為到網(wǎng)絡(luò)Net2的距離原來是5,現(xiàn)在減到4,更短了。目的網(wǎng)絡(luò)沒有的，就添加進去。目的網(wǎng)絡(luò)有的，下一跳路由器相同的，更新；下一跳路由器不同，比較距離，小的更新。RIP協(xié)議的報文格式：4字節(jié)4字節(jié)圖4-32RIP2的報文格式最多25個4字節(jié)版本必為0首部命令RIP協(xié)議使用運輸層的用戶數(shù)據(jù)報UDP進行傳送(使用UDP的端口520)。RIP的首部占4個字節(jié)，其中的命令字段指出報文的意義。路由部分由若干個路由信息組成，每個路由信息需要用20個字節(jié)，一個RIP報文最多可包括25個路由。地址族標(biāo)識符字段用來標(biāo)志所使用的地址協(xié)議(如IP地址為2)。路由標(biāo)記填入自治系統(tǒng)號ASN,這是考慮RIP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(luò)地址、該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼、下一跳路由器地址以及到此網(wǎng)絡(luò)的距離。RIP存在的一個問題是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，要經(jīng)過較長的時間才能將此信息傳送到所有的路由器。(壞消息傳播的慢，RIP固定的時間間隔交換信息，而OSPF只要鏈路狀態(tài)發(fā)生變化就洪泛法傳播)。開放最短路徑優(yōu)先OSPF,是為克服RIP的缺點在1989年開發(fā)出來的。最短路徑優(yōu)先是因OSPF最主要的特征是使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議，而不是像RIP那樣的距離向量協(xié)議。和(1)向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息。使用的方法是洪泛法，路由器通過所有輸出端口向所有相鄰的路由器發(fā)送信息，每一個相鄰路由器又將此信息發(fā)往其所有相鄰的路由器(除剛剛發(fā)來消息那個路由器)。路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的度量/代價。這個(3)只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才向所有路由器洪泛法發(fā)送信息。各路由器之間頻繁的交換鏈路狀態(tài)信息，因此所有路由器最終都能建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫實際上是全網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)圖。這個拓撲結(jié)構(gòu)圖在全網(wǎng)范圍內(nèi)是一致的(鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫的同步)。因此，每一個路由器都知道全網(wǎng)有多少個路由器，以及哪些路由器是OSPF的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)能較快的更新，使各個路由器能及時更新其路由表。OSPF的更新過圖4-34OSPF劃分為兩種不同的區(qū)域為了使OSPF能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF將一個自治系統(tǒng)劃分為若干個更小的區(qū)域。這樣，利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限在每一少了整個網(wǎng)絡(luò)的通信量。在一個區(qū)域內(nèi)不知道其他區(qū)干區(qū)域，標(biāo)識符規(guī)定為,作用是用來連通其他在下層的區(qū)域，從其他區(qū)域來的信息都由區(qū)域邊界路由器進行概括。在主干區(qū)域內(nèi)的路由器叫做個自治系統(tǒng)邊界路由器專門和本自治系統(tǒng)外的其他自治系統(tǒng)交換路由信息。OSPF用IP數(shù)據(jù)報傳送(其IP數(shù)據(jù)包首部的協(xié)議字段值為89)。-24字節(jié)一OSPF分組首部類型1至類型5的OSPF分組IP數(shù)據(jù)報首部- IP數(shù)據(jù)報圖4-35OSPF分組用IP數(shù)據(jù)報傳送圖4-37用可靠的洪泛法發(fā)送更新分組邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP,目前使用最多的版本BGP-4經(jīng)