【正文】 硬件 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 14 IP地址 IP協(xié)議是數(shù)據(jù)流動的中心 。 IP地址就是給每一個連接在Inter上的主機分配一個在全世界范圍唯一的地址 。 IP地址的尋址過程是這樣的：先按 IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號 id把網(wǎng)絡(luò)找到 ， 再按主機號 hostid把主機找到 。 IP地址指出了連接到某個網(wǎng)絡(luò)上的某個計算機 。 這了便于管理 ， IP地址分為 A、 B、 C、 D、 E五類 。 常用的 A類 、B類和 C類地址都由兩個字段組成 ， 即：網(wǎng)絡(luò)號字段 id。 A類 、 B類和 C類地址的網(wǎng)絡(luò)號字段分別為 1， 2和 3字節(jié)長 ， 在網(wǎng)絡(luò)號字段的最前面有 1~3bit的類別比特 ， 其數(shù)值規(guī)定為 0,10和110。 主機號字段 hostid。 A類 、 B類和 C類地址的主機號字段分別為 3， 2和 1字節(jié)長 。 D類地址是多播地址 ， E類地址預(yù)留 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 15 IP地址 網(wǎng)絡(luò)類別 最大網(wǎng)絡(luò)數(shù) 第一個可用的網(wǎng)絡(luò)號 最后一個可用的網(wǎng)絡(luò)號 每一個網(wǎng)絡(luò)中的最大主機數(shù) A 1 2 6 1 1 2 6 1 6 , 7 7 7 , 2 1 4 B 1 6 , 3 8 2 1 2 8 . 1 1 9 1 . 2 5 4 6 5 , 5 3 4 C 2 , 0 9 7 , 1 5 0 1 9 2 , 0 , 1 2 2 3 . 2 5 5 . 2 5 4 2 5 4 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 16 IP地址 一般常用 32bit的 IP地址中的每 8 個比特的等效十進(jìn)制表示 IP地址 ， 產(chǎn)并且在這些數(shù) 字 之 間 加 上 一 個 點 。 如 地址 表示地址 10000000 00001011 00000011 00011110。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 17 IP地址 TCP/IP體系規(guī)定用一個 32bit的子網(wǎng)掩碼來表示子網(wǎng)號字段的長度 。 具體做法是：子網(wǎng)掩碼由一連串的“ 1” 和一連串的 “ 0” 組成 。 “ 1” 對應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號字段 ， 而 “ 0” 對應(yīng)于主機號字段 。 例如子網(wǎng)掩碼為： 11111111 11111111 11111111 00000000， 前三個字節(jié)全 1， 代表對應(yīng) IP地址中最高的三個字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址；后一個字節(jié)全 0， 代表對應(yīng) IP地址中最后的一個字節(jié)為主機地址 。 這種位模式叫做子網(wǎng)掩碼 。 為了使用的方便 ， 常常使用 “ 點分整數(shù)表示法 ” 來表示一個 IP地址和子網(wǎng)掩碼 ， 例如 B類地址子網(wǎng)掩碼 （11111111 11111111 11111111 0 0 0 0 0 0 0 0） 為： 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 18 IP地址 子網(wǎng)掩碼與 IP地址子網(wǎng)掩碼與 IP地址結(jié)合使用 ， 可以區(qū)分出一個網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號和主機號 。 例如：有一個 C類地址為： 192． 9． 200． 13其缺省的子網(wǎng)掩碼為： 255． 255． 255． 0則它的網(wǎng)絡(luò)號和主機號可按如下方法得到：首先將 IP地址 192． 9．200． 13轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 11000000 00001001 11001000 00001101，然后將子網(wǎng)掩碼 255． 255． 255． 0轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 11111111 11111111 11111111 00000000；再將兩個二進(jìn)制數(shù)邏輯與 （ AND） 運算后得出的結(jié)果即為網(wǎng)絡(luò)部分 11000000 00001001 11001000 00000000結(jié)果為 ， 即網(wǎng)絡(luò)號為 ；將子網(wǎng)掩碼取反再與 IP地址邏輯與 （ AND） 后得到的結(jié)果即為主機部分 00000000 00000000 00000000 00001101結(jié)果為， 即主機號為 13。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 19 IPv4 0 1 2 3 4 5 6 7 優(yōu)先度 D T R C 未用 0 4 8 1 6 1 9 2 4 3 1 版本 頭部長 服務(wù)類型 總長 標(biāo)識 標(biāo)志 段偏移 生存時間 類型 頭部校驗和 原 IP 地址 目的地 IP 地址 IP 可選項（可以省略） 充填域 數(shù)據(jù)開始 ? 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 20 IPv4 一個 IP數(shù)據(jù)報由頭部和數(shù)據(jù)兩部分組成 。 頭部包括源 IP地址 、目的地 IP地址和類型域 。 源 IP地址域含有發(fā)送方的 IP地址 ， 目的地址域含有接受方的 IP地址 ， 類型域指明數(shù)據(jù)的類型 。 數(shù)據(jù)報頭部里的每個域都有固定的大小 。 版本號用來指明數(shù)據(jù)報 IP版本 ， 頭部長度指明數(shù)據(jù)報長度 。 服務(wù)類型域包含的值指明發(fā)送方是否希望以一條低延遲的路徑或是以一條高吞吐量的路徑來傳送該數(shù)據(jù)報 。 當(dāng)一個路由器知道多條通往目的地的路徑時 ， 就可以靠這個域?qū)β窂郊右赃x擇 。 總長域為 16位的整數(shù)， 指出以字節(jié)記的數(shù)據(jù)報總長度 ， 包括頭部長度和數(shù)據(jù)長度 ，標(biāo)識是為了使分段后的各數(shù)據(jù)報段最后能準(zhǔn)確地重裝成為原來的數(shù)據(jù)報 。 標(biāo)志占三位 ， 目前只有兩位有意義 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 21 IPv4 最低位記為 MF（ More Fragment） 。 MF=1表示后面還有分段的數(shù)據(jù)報； MF=0表示已是最后一個數(shù)據(jù)段 ， 中間的一位記為 DF（Don’t Fragment） 。 只有當(dāng) DF=0時才允許分段 。 段偏移指出該段在原始數(shù)據(jù)報中的位置 。 生存時間用來阻止數(shù)據(jù)報在一條包含環(huán)路的路徑上永遠(yuǎn)的傳送 。 當(dāng)軟件發(fā)生故障或管理人員錯誤地配置路由器時 ， 就會產(chǎn)生這樣的路徑 。 發(fā)送方負(fù)責(zé)初始化生存時間域 。 這是一個從 1到 255之間的整數(shù) 。 頭部校驗和域確保頭部在傳送過程中不被改變 。 為了保證數(shù)據(jù)報不擴(kuò)大 ， IP定義了一套可選項 。 當(dāng)一個 IP數(shù)據(jù)報沒有可選項時 ， 頭部長度域的值為 5。 頭部以目的地址域作為結(jié)束 。 因為頭部長度總為 32的倍數(shù) 。 如果可選項達(dá)不到 32的整數(shù)倍 ， 全 0的填充域會被加入以保證頭部長度是 32的整數(shù)倍 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 22 基本路由選擇 IP路由選擇是指尋找一條將數(shù)據(jù)報從信源機傳往信宿機的最佳傳輸路徑的過程 ， 而傳輸路徑上往往由一系列路由器組成 ， 因此 IP路由選擇實質(zhì)是在不同的路由器之間作出選擇 ， 選擇數(shù)據(jù)報傳輸過程中的下一個路由器 ， 從而獲得最佳傳輸路徑 。 我們通過一個例子來說明路由器工作原理 。 站點 A需要向站點 B傳送信息 (并假定站點 B的 IP地址為 )， 它們之間需要通過多個路由器的接力傳遞 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 23 基本路由選擇 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 24 工作原理 （ 1） 站點 A將站點 B的地址 據(jù)報的形式發(fā)送給路由器 1。 （ 2） 路由器 1收到站點 A的數(shù)據(jù)報后 ， 先從報頭中取出地址 ， 并根據(jù)路徑表計算出發(fā)往站點 B的最佳路徑 :R1→R 2→R 5→B 。并將數(shù)據(jù)報發(fā)往路由器 2。 （ 3） 路由器 2重復(fù)路由器 1的工作 ， 并將數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)給路由器 5。 （ 4） 路由器 5同樣取出目的地址 ， 發(fā)現(xiàn) 該路由器所連接的網(wǎng)段上 ， 于是將該數(shù)據(jù)報直接交給工作站 B。 （ 5） 站 點 B收到站 點 A的數(shù)據(jù)報 ， 一次通信過程宣告結(jié)束 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 25 工作原理 IP路由表的結(jié)構(gòu)如下： 信宿網(wǎng)絡(luò)號 直接 /間接標(biāo)志 路由器 IP地址 網(wǎng)絡(luò)接口號 路由表的作用是為 IP路由選擇提供兩種信息： ? 發(fā)送數(shù)據(jù)報時使用的網(wǎng)絡(luò)接口信息； ? 放入本地數(shù)據(jù)報頭標(biāo)志的信宿地址即路徑信息 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 26 路由算法 （ 1） 從數(shù)據(jù)報的頭部提取目的站的 IP地址 D， 得出目的站的網(wǎng)絡(luò)號為 N。 （ 2） 若 N就是與此路由器直接相連的某一個網(wǎng)絡(luò)號 ，則不需要再經(jīng)過其它的路由器 ， 而直接通過該網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報交付給目的站 D； 否則 ， 執(zhí)行 （ 3） 。 （ 3） 若路由表中有目的地址為 D的指明主機路由 ， 則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否則 ， 執(zhí)行 （ 4） 。 （ 4） 若路由表中有到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N的路由 ， 則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否則 ， 執(zhí)行 （5） 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 27 路由算法 （（ 5） 若路由表中有子網(wǎng)掩碼一項 ， 須對路由表中的每一行 ， 用子網(wǎng)掩碼進(jìn)行和目的站 IP地址相 “ 與 ”的運算 ， 社得出結(jié)果為 M。 若 M等于這一行中的目的站網(wǎng)絡(luò)號 ， 則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一站路由器；否則 ， 執(zhí)行 （ 6） 。 （ 6） 若路由表中有一個默認(rèn)路由 ， 則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則 ， 執(zhí)行 （ 7）。 （ 7） 報告路由選擇出錯 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 28 路由選擇協(xié)議 （ 1 ） 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP（ Interior Gateway Protocol） 即在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議 。 具體的協(xié)議有路由信息協(xié)議 RIP（ Routing Information Protocol） 、 HELLO協(xié)議 、 開放最短通路優(yōu)先協(xié)議 OSPF(Open Short Path First)。 （ 2） 內(nèi) 部 網(wǎng) 關(guān) 協(xié) 議 EGP（ External Gateway Protocol） 當(dāng)源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中， 若數(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 。這種協(xié)議就是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 。 具體的協(xié)議有 BGP。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡(luò) 29 路由選擇協(xié)議 Inter最常采用的路由算法是動態(tài)路由算法 ， 它分為兩種：向量 距離 （ VD） 算法和鏈路 狀態(tài) （ LS） 算法 。 向量 距離的思想是給表中的每一個目的地址指定一個距離度量 ， 通常是從本地主機到目的地址的站點個數(shù) 。 理論上選擇經(jīng)過站點數(shù)最少的路徑 。 這樣要交換的信息量極大 。 為了克服這個缺點 ，在鏈路 狀態(tài)算法中 ， 定義了一個網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫 ，因此結(jié)點只要發(fā)送數(shù)量少得多的信息就可以確定路由路徑 。 對應(yīng)于不同路由選擇算法 、 使用場合等存在著許多不同的路由選擇協(xié)