期末总结与复习.ppt

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1、1,期末总结与复习,2,考试安排,时间：考试周（待定）地点：待定,3,课程主要内容,第1章 计算机网络概述第2章 物理层第3章 数据链路层第4章 网络层第5章 运输层第6章 应用层,4,每章重点内容,重点内容习题,5,第 1 章 概述,1.1 计算机网络在信息时代中的作用1.2 因特网概述 1.2.1 网络的网络 1.2.2 因特网发展的三个阶段 1.2.3 因特网的标准化工作1.3 因特网的组成 1.3.1 因特网的边缘部分 1.3.2 因特网的核心部分,6,第 1 章 概述（续）,1.4 计算机网络在我国的发展1.5 计算机网络的类别 1.5.1 计算机网络的定义 1.5.2 几种不同类别

2、的网络1.6 计算机网络的性能 1.6.1 计算机网络的性能指标 1.6.2 计算机网络的非性能特征,7,第 1 章 概述（续）,1.7 计算机网络的体系结构1.7.1 计算机网络体系结构的形成1.7.2 协议与划分层次1.7.3 具有五层协议的体系结构1.7.4 实体、协议、服务和服务访问点1.7.5 TCP/IP 的体系结构,8,计算机网络，是指将地理位置不同的具有独立功能的多台计算机及其外部设备，通过通信线路连接起来，在网络操作系统，网络管理软件及网络通信协议的管理和协调下，实现资源共享和信息传递的计算机系统。,9,计算机网络向用户提供的最重要的功能,连通性计算机网络使上网用户之间都可以

3、交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样。共享即资源共享。可以是信息共享、软件共享，也可以是硬件共享。,10,分组首部的重要性,每一个分组的首部都含有地址等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。,11,1.5.2 计算机网络的分类方法,从网络的作用范围进行分类广域网 WAN(Wide Area Network)局域网 LAN(Local Area Network)城域网 MAN(Metropolitan Area Network)个人区域网PAN(Personal Area

4、 Network),12,1.6 计算机网络的性能1.6.1 计算机网络的性能指标,速率带宽吞吐量时延时延带宽积往返时间RTT利用率,13,1.7.2 协议与划分层次,计算机网络中的数据交换必须遵守事先约定好的规则。这些规则明确规定了所交换的数据的格式以及有关的同步问题（同步含有时序的意思）。网络协议(network protocol)，简称为协议，是为进行网络中的数据交换而建立的规则、标准或约定。,14,网络协议的组成要素,语法 数据与控制信息的结构或格式。语义 需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应。同步 事件实现顺序的详细说明。,15,计算机网络的体系结构,计算机网络的体系结

5、构(architecture)是计算机网络的各层及其协议的集合。体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义。,16,五层协议的体系结构,应用层(application layer)运输层(transport layer)网络层(network layer)数据链路层(data link layer)物理层(physical layer),数据链路层,5 应用层,4 运输层,3 网络层,2 数据链路层,1 物理层,17,每层的主要功能,应用层(application layer)直接为用户的应用进程提供服务。进程：正在运行的程序。www协议HTTP，电子邮件协议SMTP，文件传输

6、协议FTP等,18,每层的主要功能,运输层(transport layer)负责两个主机中进程之间的通信。因特网的运输层可使用两种不同的协议：传输控制协议TCP：面向连接的，数据传输的单位是报文段，能够提供可靠的交付。用户数据协议UDP：无连接的，数据传输的单位是用户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最大努力交付”,19,每层的主要功能,网络层(network layer)负责为分组交换网上的不同主机提供通信。网络层负责将运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组进行传送。选择合适的路由，使源主机运输层传下来的分组，能通过网络中的路由器找到目的主机。,20,每层的主要功能,数据链路层(d

7、ata link layer)将网络层交下来的IP数据报组装成帧（frame），在两个相邻结点的链路上传送以帧为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。,21,每层的主要功能,物理层(physical layer)透明地传送比特流。传输数据的单位是bit。传递信息的物理媒介，如双绞线、同轴电缆、光纤等，并不在物理层之内，而是在其下面，故可称为第0层。透明：某一个实际存在的事物看起来却好像不存在一样。,22,课后习题,1-011-081-141-171-21，22，24，26，27,23,第 2 章 物理层,2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型2.

8、2.2 有关信道的几个基本概念2.2.3 信道的极限容量2.3 物理层下面的传输媒体2.3.1 导向传输媒体2.3.2 非导向传输媒体,24,第 2 章 物理层（续）,2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用2.4.2 波分复用2.4.3 码分复用2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网）2.6.3 FTTx 技术,25,2.1 物理层的基本概念,物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。物理设备和传输媒体的种类特别多，通信方式也

9、很多，物理层的作用正是尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的链路层感觉不到这些差异。,26,常用术语,调制（modulation）解调(demodulation)码元(code)波特（baud）信道（channel）单向通信双向交替通信双向同时通信基带信号 带通信号码间串扰,27,限制码元在信道上的传输速率的因素,信道能够通过的频率范围信噪比,奈式准则（码元传输速率的上限值）香农公式（极限信息传输速率）,28,2.3 物理层下面的传输媒体,传输媒体：数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路分为两大类：导向传输媒体：电磁波沿着固体媒体（铜线或光纤）传播非导向传输媒体：自由空间 无线传输,29

10、,2.3.1 导向传输媒体,双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)同轴电缆光缆,30,2.4 信道复用技术,复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。,31,信道复用技术,频分复用时分复用统计时分复用波分复用码分复用CDMA,32,DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能承载宽带业务。前缀x表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。ADSL(Asymmetric Digital Subscribe

11、r Line)：非对称数字用户线,2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术,33,物理层设备,中继器（Repeater）集线器（Hub）,34,课后习题,2-042-062-132-14 CDMA xDSL ADSL2-15,35,第 3 章 数据链路层,3.1 使用点对点信道的数据链路层3.1.1 数据链路和帧3.1.2 三个基本问题3.2 点对点协议 PPP3.2.1 PPP 协议的特点3.2.2 PPP 协议的帧格式3.2.3 PPP 协议的工作状态,36,第 3 章 数据链路层（续）,3.3 使用广播信道的数据链路层 3.3.1 局域网的数据链路层 3.3.2 CSMA/CD 协议

12、3.4 使用广播信道的以太网 3.4.1 使用集线器的星形拓扑 3.4.2 以太网的信道利用率 3.4.3 以太网的 MAC 层,37,第 3 章 数据链路层（续）,3.5 扩展的以太网3.5.1 在物理层扩展以太网3.5.2 在数据链路层扩展以太网3.6 高速以太网 3.6.1 100BASE-T 以太网 3.6.2 吉比特以太网 3.6.3 10 吉比特以太网 3.6.4 使用高速以太网进行宽带接入,38,数据链路层,数据链路层使用的信道主要有以下两种类型：点对点信道：这种信道使用一对一的点对点通信方式。广播信道：这种信道使用一对多的广播通信方式，因此过程比较复杂。广播信道上连接的主机很多

13、，因此必须使用专用的共享信道协议来协调这些主机的数据发送。,39,3.1.1 数据链路和帧,链路(link)是一条点到点的物理线路段，中间没有任何其他的交换结点。一条链路只是一条通路的一个组成部分。数据链路(data link)除了物理线路外，还必须有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最常用的方法是使用适配器（即网卡）来实现这些协议的硬件和软件。,40,3.1.2 三个基本问题,(1)封装成帧：帧定界，帧从什么地方开始，到什么地方结束。(2)透明传输：传送的数据的比特组合必须是不受限制的。(3)差错控制：接收端能检测出有差错的帧，并根据

14、协议作出相应的处理。,41,3.2 点对点协议 PPP,3.2.1 PPP 协议的特点3.2.2 PPP 协议的帧格式3.2.3 PPP 协议的工作状态,42,一、PPP 协议的帧格式,IP 数据报,1,2,1,1,字节,1,2,不超过 1500 字节,PPP 帧,先发送,7E,FF,03,F,A,C,FCS,F,7E,协议,信 息 部 分,首部,尾部,43,二、透明传输问题,当 PPP 用在同步传输链路时，协议规定采用硬件来完成零比特填充。当 PPP 用在异步传输时，就使用一种特殊的字符填充法。,44,3.3 使用广播信道的数据链路层,3.3.1 局域网的数据链路层3.3.2 CSMA/CD

15、 协议,45,3.3.1 局域网的数据链路层,局域网最主要的特点是：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限。局域网具有如下的一些主要优点：具有广播功能，从一个站点可很方便地访问全网。局域网上的主机可共享连接在局域网上的各种硬件和软件资源。便于系统的扩展和逐渐地演变，各设备的位置可灵活调整和改变。提高了系统的可靠性、可用性和残存性。（reliability,availability,survivability）,46,局域网的拓扑结构,网络拓扑结构是指用传输媒体互连各种设备的物理布局，就是用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。,拓扑图给出网络服务器、工作站的网络配置和相互间的连接，

16、它的结构主要有：星型结构、环型结构、总线结构、树型结构、分布式结构、网状结构、蜂窝状结构等。,47,1.以太网的两个标准,DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约。1980年美国施乐公司（Xerox）联合DEC、Intel公司提出IEEE 的 802.3 标准。1983年IEEE制订DIX Ethernet V2 标准与 IEEE 的 802.3 标准只有很小的差别，因此可以将 802.3 局域网简称为“以太网”。严格说来，“以太网”应当是指符合 DIX Ethernet V2 标准的局域网,48,CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multipl

17、e Access with Collision Detection（载波监听多点接入/碰撞检测）“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方式连接在一根总线上。,3.3.2 CSMA/CD 协议,49,载波监听,“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生碰撞。总线上并没有什么“载波”。因此，“载波监听”就是用电子技术检测总线上有没有其他计算机发送的数据信号。,50,碰撞检测,“碰撞检测”就是计算机边发送数据边检测信道上的信号电压大小。当几个站同时在总线上发送数据时，总线上的信号电压摆动值将会增大（互相叠加）。当一个站检测

18、到的信号电压摆动值超过一定的门限值时，就认为总线上至少有两个站同时在发送数据，表明产生了碰撞。所谓“碰撞”就是发生了冲突。因此“碰撞检测”也称为“冲突检测”。,51,检测到碰撞后,在发生碰撞时，总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来。每一个正在发送数据的站，一旦发现总线上出现了碰撞，就要立即停止发送，免得继续浪费网络资源，然后等待一段随机时间后再次发送。,52,争用期（contention period）,最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间 2（两倍的端到端往返时延）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。以太网的端到端往返时延 2 称为争用期，或碰撞窗口。经过争

19、用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。,53,3.4 使用广播信道的以太网,3.4.1 使用集线器的星形拓扑3.4.2 以太网的信道利用率3.4.3 以太网的 MAC 层,54,使用集线器的双绞线以太网,集线器,两对双绞线,站点,RJ-45 插头,55,集线器的一些特点,集线器是使用电子器件来模拟实际电缆线的工作，因此整个系统仍然像一个传统的以太网那样运行。使用集线器的以太网在物理上是一个星型网，但在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD 协议，并共享逻辑上的总线。（星型总线）集线器很像一个多接口的转发器（中继器），工作在物理层。,56,3.4.3 以太

20、网的 MAC 层1.MAC 层的硬件地址,在局域网中，硬件地址又称为物理地址，或 MAC 地址。802 标准为局域网规定了一种48bit的全球地址，是指网卡上固化在ROM中的地址。6个字节的地址字段可使全世界所有局域网上的站都具有不同的地址。,57,2.MAC 帧的格式,常用的以太网MAC帧格式有两种标准：DIX Ethernet V2 标准IEEE 的 802.3 标准最常用的 MAC 帧是以太网 V2 的格式。,58,以太网 MAC 帧,物理层,MAC层,IP层,目的地址,源地址,类型,数 据,FCS,6,6,2,4,字节,46 1500,MAC 帧,以太网V2的 MAC 帧格式,一共由5

21、部分组成,59,3.5 扩展的局域网,3.5.1 在物理层扩展局域网3.5.2 在数据链路层扩展局域网,注：这种扩展的局域网在网络层看来仍然是一个网络。,60,3.5.1 在物理层扩展局域网,使用中继器使用集线器,61,优点使原来属于不同碰撞域的局域网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信。扩大了局域网覆盖的地理范围。缺点碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高。如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么就不能用集线器将它们互连起来。,用集线器扩展局域网,62,在数据链路层扩展局域网是使用网桥。网桥工作在数据链路层，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发。网桥具有过滤帧的功能。当网桥收到一个帧时，并不

22、是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口。,3.5.2 在数据链路层扩展局域网,63,1.网桥的内部结构,站表,接口管理 软件,网桥协议 实体,缓存,接口 1,接口 2,网段 B,网段 A,1,1,1,2,2,2,站地址,接口,网桥,网桥,接口 1,接口 2,1,2,两个端口分别与两个网段相连,收到帧，放到缓存中如果出错，则丢弃；若目的站MAC地址属于另一网段，则查找转发表，送往对应的端口发送出去。仅在同一个网段中的帧，不会被网桥转发到另一个网段，因而不会加重整个网络的负担,H1H5：送到端口2,H1H3：同一端口，不转发，丢弃,64,过滤通

23、信量：隔离碰撞域 扩大了物理范围提高了可靠性：故障一般只影响个别网段可互连不同物理层、不同 MAC 子层和不同速率（如10 Mb/s 和 100 Mb/s 以太网）的局域网。,使用网桥带来的好处,65,网桥使各网段成为隔离开的碰撞域,B2,B1,碰撞域,碰撞域,碰撞域,A,B,C,D,E,F,66,存储转发增加了时延 在MAC 子层并没有流量控制功能：缓存溢出具有不同 MAC 子层的网段桥接在一起时时延更大：需要修改帧的某些字段的内容网桥只适合于用户数不太多(不超过几百个)和通信量不太大的局域网，否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞。这就是所谓的广播风暴。,使用网桥带来的缺点,67,

24、集线器在转发帧时，不对传输媒体进行检测。网桥在转发帧之前必须执行 CSMA/CD 算法。若在发送过程中出现碰撞，就必须停止发送和进行退避。,网桥和集线器（或转发器）不同,网桥没有网卡，不改变它转发的帧的源地址,68,网桥的自学习和转发帧的步骤归纳,网桥收到一帧后先进行自学习。查找转发表中与收到帧的源地址有无相匹配的项目。如没有，就在转发表中增加一个项目（源地址、进入的接口和时间）。如有，则把原有的项目进行更新。转发帧。查找转发表中与收到帧的目的地址有无相匹配的项目。如没有，则通过所有其他接口（但进入网桥的接口除外）进行转发。如有，则按转发表中给出的接口进行转发。若转发表中给出的接口就是该帧进入

25、网桥的接口，则应丢弃这个帧（因为这时不需要经过网桥进行转发）。,69,（1）从端口x收到无差错帧，在转发表中查找目的站MAC地址。（2）如有，则查找对应的端口d，然后进行（3），否则转到（5）（3）如到这个MAC地址去的端口d=x，则丢弃此帧，否则从d转发此帧。（4）转到（6）（5）向网桥除x以外的所有端口转发此帧（保证找到目的站）（6）如果源站不在转发表中，则将源站MAC地址加入到转发表，登记该帧进入网桥的端口号，设置计时器。然后转到（8）。如果源站在转发表中，则执行（7）（7）更新计时器（8）等待新的数据帧。转到（1）,网桥应当按照以下自学习算法处理收到的帧和建立转发表,70,地址 接口,

26、转发表的建立过程举例,B2,B1,A,B,C,D,E,F,1,2,1,2,地址 接口,A-B,F-C,F-C,A-B,B-A,71,1990 年问世的交换式集线器(switching hub)，可明显地提高局域网的性能。交换式集线器常称为以太网交换机(switch)或第二层交换机（表明此交换机工作在数据链路层）。以太网交换机通常都有十几个接口。因此，以太网交换机实质上就是一个多接口的网桥，可见交换机工作在数据链路层。,4.多接口网桥以太网交换机,72,以太网交换机的每个接口都直接与主机相连，并且一般都工作在全双工方式。交换机能同时连通许多对的接口，使每一对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样，

27、进行无碰撞地传输数据。以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片，其交换速率就较高。,以太网交换机的特点,73,对于普通 10 Mb/s 的共享式以太网，若共有 N 个用户，则每个用户占有的平均带宽只有总带宽(10 Mb/s)的 N 分之一。使用以太网交换机时，虽然在每个接口到主机的带宽还是 10 Mb/s，但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽，因此对于拥有 N 对接口的交换机的总容量为 N10 Mb/s。这正是交换机的最大优点。,独占传输媒体的带宽,74,碰撞域 广播域,碰撞域（冲突域）：一个站点向另一个站点发出信号，除目的站点外，有多少站点能收到这个信号。这些站

28、点就构成一个冲突域。冲突域是基于第一层（物理层）如果以太网中的各个网段以中继器连接，因为不能避免冲突，所以它们仍然是一个冲突域。,75,使用交换机可有效避免冲突，而集线器则不行！因为交换机可以利用物理地址进行选路，它的每一个端口为一个冲突域。而集线器不具有选路功能，只是将接受到的数据以广播的形式发出，极其容易产生广播风暴。它的所有端口为一个冲突域。,76,碰撞域 广播域,广播域是基于第二层（数据链路层）广播域：网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合 广播域消耗带宽浪费资源，比如A，B，C三台主机处于同一个广播域，此时A需要向B发送数据包，但同时C也可以收到该数据包，此时C需要进行处理

29、判断之后才能摒弃该数据包，这已经浪费了资源和带宽。,77,小结,HUB 所有端口都在同一个广播域，冲突域内。Switch所有端口都在同一个广播域内，而每一个端口就是一个冲突域。Router的每个端口属于不同的广播域。,78,虚拟局域网VLAN简介,VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。这些设备和用户并不受物理网段的限制，可以根据功能、部门及应用等因素将它们组织起来，相互之间的通信就好像它们在同一个网段中一样，由此得名虚拟局域网。虚拟局域网其实只是局域网给用户提供的一

30、种服务，而并不是一种新型局域网。,79,VLAN的目的,VLAN技术的出现，主要为了解决交换机在进行局域网互连时无法限制广播的问题。这种技术可以把一个LAN划分成多个逻辑的LANVLAN，每个VLAN是一个广播域，VLAN内的主机间通信就和在一个LAN内一样，而VLAN间则不能直接互通，这样，广播报文被限制在一个VLAN内。,80,课后习题,3-033-043-09，3-103-183-283-31，32，33,81,第四章 网络层,4.1 网络层提供的两种服务4.2 网际协议 IP 4.2.1 虚拟互连网络 4.2.2 分类的 IP 地址 4.2.3 IP 地址与硬件地址 4.2.4 地址解

31、析协议 ARP 与逆地址解析协议RARP4.2.5 IP 数据报的格式 4.2.6 IP 层转发分组的流程,82,主要内容,4.3 划分子网和构造超网 4.3.1 划分子网 4.3.2 使用子网时分组转发 4.3.3 无分类编址 CIDR（构造超网）4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.4.1 ICMP 报文的种类 4.4.2 ICMP 的应用举例（ping tracert）,83,主要内容,4.5 因特网的路由选择协议 4.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念 4.5.2 内部网关协议 RIP 4.5.3 内部网关协议 OSPF 4.5.4 外部网关协议 BGP 4.5.6 路由器的构成

32、,84,主要内容,4.6 IP 多播 4.6.1 IP 多播的基本概念 4.6.2 在局域网上进行硬件多播4.6.2 因特网组管理协议 IGMP 和多播 路由选择协议4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT 4.7.1 虚拟专用网 VPN 4.7.2 网络地址转换 NAT,85,网际层的 IP 协议及配套协议,各种应用层协议,网络接口层,(HTTP,FTP,SMTP 等),物理硬件,运输层,TCP,UDP,应用层,ICMP,IP,RARP,ARP,与各种网络接口,网络层（网际层）,IGMP,86,中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。物理层中继系统：转发器(repeater

33、)。数据链路层中继系统：网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统：路由器(router)。网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网关(gateway)。,网络互相连接起来要使用一些中间设备,87,当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。网关由于比较复杂，目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关。,网络互连使用路由器,88,4.2.2 分类的 IP 地址,1.IP 地址及其表示方法2.常用的三种类别的IP地址,89

34、,分类的 IP 地址,将IP地址划分成若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。,:=代表“定义为”,两级的 IP 地址可以记为：IP 地址:=,(4-1),在相同的网络号指明的网络范围内，主机号必须是唯一的,90,4.2.3 IP 地址与硬件地址,从层次角度看，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（用软件实现）。IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址放在MAC帧的首部。,91,4.2.

35、3 IP 地址与硬件地址,TCP 报文,IP 数据报,MAC 帧,应用层数据,首部,首部,尾部,首部,92,HA1,HA5,HA4,HA3,HA6,主机 H1,主机 H2,路由器 R1,路由器 R2,HA2,IP1,IP2,局域网,局域网,局域网,不同层次，不同区间的源地址和目的地址,93,一、地址解析协议 ARPAddress Resolution Protocol,每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看

36、有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。,解决方法：,94,4.2.5 IP 数据报的格式,IP数据报的格式能说明IP协议具有什么功能。一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。,95,固定部分,可变部分,0,4,8,16,19,24,31,版 本,标志,生 存 时 间,协 议,标 识,区 分 服 务,总 长 度,片 偏 移,填 充,首 部 检 验 和,源 地 址,目

37、的 地 址,可 选 字 段（长 度 可 变）,位,首部长度,数 据 部 分,数 据 部 分,首 部,IP 数据报,IP 数据报的格式,一行4个字节,96,（1）一个拥有多个物理网络的单位，可将其划分为多个子网。划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。,IP地址:=,(4-2),划分子网的基本思路,（2）从主机号借用若干位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。,97,（3）凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报，仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在

38、收到 IP 数据报后，再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。,划分子网的基本思路（续）,98,从一个 IP 数据报的首部并无法判断源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网划分。使用子网掩码(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子网部分。,2.子网掩码,问题：路由器如何把数据报转发到相应的子网？,99,子网掩码32位，由一串1和跟随的一串0组成。1对应IP地址中的net-id加上subnet-id，0对应host-id。,2.子网掩码,问题：路由器如何把数据报转发到相应的子网？,11111111 11111

39、111 11111111 00000000,11111111 11111111 11111000 00000000,100,IP 地址的各字段和子网掩码,145.13.,3.10,两级 IP 地址,子网号为 3 的网络的网络号,三级 IP 地址,主机号,子网掩码,net-id,host-id,子网的网络地址,0,net-id,subnet-id,host-id,145.13.,145.13.3,3.10,101,(IP 地址)AND(子网掩码)=网络地址,网络号 net-id,主机号 host-id,两级 IP 地址,网络号,三级 IP 地址,主机号,子网号,子网掩码,子网的网络地址,net-

40、id,subnet-id,0,逐位进行 AND 运算,102,路由表的内容,划分子网后，路由表必须包含以下三项内容：目的网络地址子网掩码下一跳地址,103,在划分子网的情况下路由器转发分组的算法,(1)从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。(2)先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。(3)若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。,104,在划分子网的情况下路由器转发分组的算法,(4)对路由表

41、中的每一行（目的网络地址 子网掩码 下一跳地址），用子网掩码和 D 逐位相“与”，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。(5)若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。(6)报告转发分组出错。,105,无分类的两级编址的记法是：IP地址:=,(4-3)CIDR 还使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为CIDR记法，即在 IP 地址后面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数）。CIDR 把网络前缀都相同的连续的 IP 地址组成

42、“CIDR 地址块”。,4.3.3 无分类编址 CIDR1.网络前缀,106,CIDR 地址块,表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。这个地址块的起始地址是。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。地址块的最小地址：地址块的最大地址：全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。,107,一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。路由聚合也称为构成超网(supernetting)。CIDR

43、 虽然不使用子网了，但仍然使用“掩码”这一名词（但不叫子网掩码，称为地址掩码）。对于/20 地址块，它的掩码是 20 个连续的 1。斜线记法中的数字就是掩码中1的个数。,路由聚合(route aggregation),108,构成超网,前缀长度不超过 23 位的 CIDR 地址块都包含了多个 C 类地址。这些 C 类地址合起来就构成了超网。CIDR 地址块中的地址数一定是 2 的整数次幂。网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。,109,2.最长前缀匹配,使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由

44、表时可能会得到不止一个匹配结果。应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配(longest-prefix matching)。网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体(more specific)。最长前缀匹配又称为最长匹配或最佳匹配。,110,4.4.2 ICMP的应用举例PING(Packet InterNet Groper),PING（分组网间探测）用来测试两个主机之间的连通性。PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。,111,PING 的应用举例,112,Trace

45、route 的应用举例,用来跟踪一个分组从源点到终点的路径，Windows操作系统下的命令是tracert。该命令从源主机向目的主机发送一连串的IP数据报，数据报中封装的是无法交付的UDP用户数据报。第一个数据报P1的生存时间TTL设置成1。当P1到达路径上的第一个路由器R1时，R1先收下它，接着把TTL减1。由于TTL等于零，R1就把P1丢弃了，并向源主机发送一个ICMP时间超过差错报告报文。,113,Traceroute 的应用举例,源主机接着发送第二个数据报P2，并把TTL设置为2。P2先到达R1，R1把TTL减1，再把P2转发给R2。R2收到P2时TTL为1，但减1后又变为零了。故R2

46、丢弃P2，并向源主机发送一个ICMP时间超过差错报告报文。这样一直继续下去。当最后一个数据报Pn刚刚到达目的主机时，数据报的TTL是1。主机不转发数据报，也不把TTL减1。但因IP数据报中封装的是无法交付的UDP用户数据报，因此目的主机要向源主机发送ICMP终点不可达差错报告报文。,114,Traceroute 的应用举例,到达目的主机所经过的路由器的IP地址，以及到达每一个路由器的往返时间。,115,4.5 因特网的路由选择协议,4.5.1 有关路由选择协议的几个基本概念4.5.2 内部网关协议 RIP4.5.3 内部网关协议 OSPF4.5.4 外部网关协议 BGP4.5.5 路由器的构成

47、,路由表中的路由是怎样得出的？,116,自治系统 AS(Autonomous System),自治系统 AS 的经典定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种 AS 内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由，同时还使用一种 AS 之间的路由选择协议用以确定分组在 AS之间的路由。现在对自治系统 AS 的定义是强调下面的事实：尽管一个 AS 使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个 AS 对其他 AS 表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。,117,自治系统和内部网关协议、外部网关协议,用内部网关协议（例如RIP）,自治系统 B,自治系统 A,用外

48、部网关协议（例如，BGP-4）,R1,R2,用内部网关协议（例如OSPF）,自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择(interdomain routing)，在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择(intradomain routing),118,4.5.2 内部网关协议 RIP(Routing Information Protocol),路由信息协议 RIP 是内部网关协议 IGP中最先得到广泛使用的协议。RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。,1.工作原理,119,RIP 协议的三个要点,仅

49、和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。,一个路由器和哪些路由器交换信息？交换什么信息？在什么时候交换信息？,120,路由表的建立,路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。,121,2.距离向量算

50、法,收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。每一个项目都有三个关键数据：目的网络N，距离d，下一跳路由器X(2)对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。否则（即目的网络存在）若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。否则（即相同的目的网络，下一跳地址不同）若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新。否则，什么也不做。,122,2.距离向量算法,收到相邻路由器（其地址为 X