【正文】 硬件 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 14 IP地址 IP協(xié)議是數(shù)據(jù)流動(dòng)的中心 。 IP地址就是給每一個(gè)連接在Inter上的主機(jī)分配一個(gè)在全世界范圍唯一的地址 。 IP地址的尋址過(guò)程是這樣的：先按 IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào) id把網(wǎng)絡(luò)找到 ， 再按主機(jī)號(hào) hostid把主機(jī)找到 。 IP地址指出了連接到某個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)計(jì)算機(jī) 。 這了便于管理 ， IP地址分為 A、 B、 C、 D、 E五類(lèi) 。 常用的 A類(lèi) 、B類(lèi)和 C類(lèi)地址都由兩個(gè)字段組成 ， 即：網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段 id。 A類(lèi) 、 B類(lèi)和 C類(lèi)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段分別為 1， 2和 3字節(jié)長(zhǎng) ， 在網(wǎng)絡(luò)號(hào)字段的最前面有 1~3bit的類(lèi)別比特 ， 其數(shù)值規(guī)定為 0,10和110。 主機(jī)號(hào)字段 hostid。 A類(lèi) 、 B類(lèi)和 C類(lèi)地址的主機(jī)號(hào)字段分別為 3， 2和 1字節(jié)長(zhǎng) 。 D類(lèi)地址是多播地址 ， E類(lèi)地址預(yù)留 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 15 IP地址 網(wǎng)絡(luò)類(lèi)別 最大網(wǎng)絡(luò)數(shù) 第一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號(hào) 最后一個(gè)可用的網(wǎng)絡(luò)號(hào) 每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的最大主機(jī)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(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 16 IP地址 一般常用 32bit的 IP地址中的每 8 個(gè)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(gè) 點(diǎn) 。 如 地址 表示地址 10000000 00001011 00000011 00011110。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 17 IP地址 TCP/IP體系規(guī)定用一個(gè) 32bit的子網(wǎng)掩碼來(lái)表示子網(wǎng)號(hào)字段的長(zhǎng)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(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)字段 ， 而 “ 0” 對(duì)應(yīng)于主機(jī)號(hào)字段 。 例如子網(wǎng)掩碼為： 11111111 11111111 11111111 00000000， 前三個(gè)字節(jié)全 1， 代表對(duì)應(yīng) IP地址中最高的三個(gè)字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址；后一個(gè)字節(jié)全 0， 代表對(duì)應(yīng) IP地址中最后的一個(gè)字節(jié)為主機(jī)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(diǎn)分整數(shù)表示法 ” 來(lái)表示一個(gè) IP地址和子網(wǎng)掩碼 ， 例如 B類(lèi)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(jí)計(jì)算機(jī)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(gè)網(wǎng)絡(luò)地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào) 。 例如：有一個(gè) C類(lèi)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(hào)和主機(jī)號(hào)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(gè)二進(jìn)制數(shù)邏輯與 （ AND） 運(yùn)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(hào)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(jī)部分 00000000 00000000 00000000 00001101結(jié)果為， 即主機(jī)號(hào)為 13。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)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(zhǎng) 服務(wù)類(lèi)型 總長(zhǎng) 標(biāo)識(shí) 標(biāo)志 段偏移 生存時(shí)間 類(lèi)型 頭部校驗(yàn)和 原 IP 地址 目的地 IP 地址 IP 可選項(xiàng)（可以省略） 充填域 數(shù)據(jù)開(kāi)始 ? 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 20 IPv4 一個(gè) IP數(shù)據(jù)報(bào)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(lèi)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(lèi)型域指明數(shù)據(jù)的類(lèi)型 。 數(shù)據(jù)報(bào)頭部里的每個(gè)域都有固定的大小 。 版本號(hào)用來(lái)指明數(shù)據(jù)報(bào) IP版本 ， 頭部長(zhǎng)度指明數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度 。 服務(wù)類(lèi)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(lái)傳送該數(shù)據(jù)報(bào) 。 當(dāng)一個(gè)路由器知道多條通往目的地的路徑時(shí) ， 就可以靠這個(gè)域?qū)β窂郊右赃x擇 。 總長(zhǎng)域?yàn)?16位的整數(shù)， 指出以字節(jié)記的數(shù)據(jù)報(bào)總長(zhǎng)度 ， 包括頭部長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 ，標(biāo)識(shí)是為了使分段后的各數(shù)據(jù)報(bào)段最后能準(zhǔn)確地重裝成為原來(lái)的數(shù)據(jù)報(bào) 。 標(biāo)志占三位 ， 目前只有兩位有意義 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)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(bào)； MF=0表示已是最后一個(gè)數(shù)據(jù)段 ， 中間的一位記為 DF（Don’t Fragment） 。 只有當(dāng) DF=0時(shí)才允許分段 。 段偏移指出該段在原始數(shù)據(jù)報(bào)中的位置 。 生存時(shí)間用來(lái)阻止數(shù)據(jù)報(bào)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(cuò)誤地配置路由器時(shí) ， 就會(huì)產(chǎn)生這樣的路徑 。 發(fā)送方負(fù)責(zé)初始化生存時(shí)間域 。 這是一個(gè)從 1到 255之間的整數(shù) 。 頭部校驗(yàn)和域確保頭部在傳送過(guò)程中不被改變 。 為了保證數(shù)據(jù)報(bào)不擴(kuò)大 ， IP定義了一套可選項(xiàng) 。 當(dāng)一個(gè) IP數(shù)據(jù)報(bào)沒(méi)有可選項(xiàng)時(shí) ， 頭部長(zhǎng)度域的值為 5。 頭部以目的地址域作為結(jié)束 。 因?yàn)轭^部長(zhǎng)度總為 32的倍數(shù) 。 如果可選項(xiàng)達(dá)不到 32的整數(shù)倍 ， 全 0的填充域會(huì)被加入以保證頭部長(zhǎng)度是 32的整數(shù)倍 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)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(bào)從信源機(jī)傳往信宿機(jī)的最佳傳輸路徑的過(guò)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(shí)質(zhì)是在不同的路由器之間作出選擇 ， 選擇數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過(guò)程中的下一個(gè)路由器 ， 從而獲得最佳傳輸路徑 。 我們通過(guò)一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明路由器工作原理 。 站點(diǎn) A需要向站點(diǎn) B傳送信息 (并假定站點(diǎn) B的 IP地址為 )， 它們之間需要通過(guò)多個(gè)路由器的接力傳遞 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 23 基本路由選擇 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 24 工作原理 （ 1） 站點(diǎn) A將站點(diǎn) B的地址 據(jù)報(bào)的形式發(fā)送給路由器 1。 （ 2） 路由器 1收到站點(diǎn) A的數(shù)據(jù)報(bào)后 ， 先從報(bào)頭中取出地址 ， 并根據(jù)路徑表計(jì)算出發(fā)往站點(diǎn) B的最佳路徑 :R1→R 2→R 5→B 。并將數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)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(bào)直接交給工作站 B。 （ 5） 站 點(diǎn) B收到站 點(diǎn) A的數(shù)據(jù)報(bào) ， 一次通信過(guò)程宣告結(jié)束 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)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(hào) 直接 /間接標(biāo)志 路由器 IP地址 網(wǎng)絡(luò)接口號(hào) 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(bào)時(shí)使用的網(wǎng)絡(luò)接口信息； ? 放入本地?cái)?shù)據(jù)報(bào)頭標(biāo)志的信宿地址即路徑信息 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 26 路由算法 （ 1） 從數(shù)據(jù)報(bào)的頭部提取目的站的 IP地址 D， 得出目的站的網(wǎng)絡(luò)號(hào)為 N。 （ 2） 若 N就是與此路由器直接相連的某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)號(hào) ，則不需要再經(jīng)過(guò)其它的路由器 ， 而直接通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)報(bào)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(jī)路由 ， 則將數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)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(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 27 路由算法 （（ 5） 若路由表中有子網(wǎng)掩碼一項(xiàng) ， 須對(duì)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(yùn)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(hào) ， 則將數(shù)據(jù)報(bào)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(gè)默認(rèn)路由 ， 則將數(shù)據(jù)報(bào)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(bào)告路由選擇出錯(cuò) 。 2022/8/21 史忠植 高級(jí)計(jì)算機(jī)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(gè)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(kāi)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(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一個(gè)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(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 29 路由選擇協(xié)議 Inter最常采用的路由算法是動(dòng)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(gè)目的地址指定一個(gè)距離度量 ， 通常是從本地主機(jī)到目的地址的站點(diǎn)個(gè)數(shù) 。 理論上選擇經(jīng)過(guò)站點(diǎn)數(shù)最少的路徑 。 這樣要交換的信息量極大 。 為了克服這個(gè)缺點(diǎn) ，在鏈路 狀態(tài)算法中 ， 定義了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)庫(kù) ，因此結(jié)點(diǎn)只要發(fā)送數(shù)量少得多的信息就可以確定路由路徑 。 對(duì)應(yīng)于不同路由選擇算法 、 使用場(chǎng)合等存在著許多不同的路由選擇協(xié)