【文章內(nèi)容簡介】 通過四個階段進行： 1) 發(fā)現(xiàn)階段，即 DHCP 客戶端尋找 DHCP 服務器的階段?？蛻舳艘詮V播方式發(fā)送DHCPDISCOVER 報文。 2) 提供階段，即 DHCP 服務器提供 IP 地址的階段。 DHCP 服務器接收到客戶端的DHCPDISCOVER 報文后，根據(jù) IP 地址分配的優(yōu)先次序選出一個 IP 地址，與其他參數(shù)一起通 過 DHCPOFFER 報文發(fā)送給客戶端。 3) 選擇階段，即 DHCP 客戶端選擇 IP 地址的階段。如果有多臺 DHCP 服務器向該客戶端發(fā)來 DHCPOFFER 報文， 客戶端只接受第一個收到的 DHCPOFFER 報文，然后以廣播方式發(fā)送 DHCPREQUEST 報文，該報文中包含 DHCP 服務器在DHCPOFFER 報文中分配的 IP 地址。 4) 確認階段，即 DHCP 服務器確認 IP 地址的階段。 DHCP 服務器收到 DHCP 客戶端發(fā)來的 DHCPREQUEST 報文后，只有 DHCP 客戶端選擇的服務器會進行如下操作：如果確認將地址分配給該 客戶端，則返回 DHCPACK 報文；否則返回 DHCPNAK報文，表明地址不能分配給該客戶端。 信息與通信工程學院 計算機網(wǎng)絡課程設計報告 第 10 頁 如果采用動態(tài)地址分配策略，則 DHCP 服務器分配給客戶端的 IP 地址有一定的租借期限， DHCP 協(xié)議稱這段時間為租用期 (lease period)。當租借期滿后服務器會收回該 IP地址。如果 DHCP 客戶端希望繼續(xù)使用該地址，需要更新 IP 地址租約。 由于在 IP 地址動態(tài)獲取過程中采用廣播方式發(fā)送請求報文，因此 DHCP 只適用于DHCP 客戶端和服務器處于同一個子網(wǎng)內(nèi)的情況。為進行動態(tài)主機配置，需要在所有網(wǎng)段上都設置一個 DHCP 服務器，這顯然是很不經(jīng)濟的。 DHCP 中繼功能的引入解決了這一難題：客戶端可以通過 DHCP 中繼與其他網(wǎng)段的 DHCP 服務器通信，最終獲取到 IP地址。這樣，多個網(wǎng)絡上的 DHCP 客戶端可以使用同一個 DHCP 服務器，既節(jié)省了成本，又便于進行集中管理。 NAT 服務 網(wǎng)絡地址轉換 (NAT， Network Address Translation)屬接入廣域網(wǎng) (WAN)技術，是一種將私有 (保留 )地址轉化為合法 IP 地址的轉換技術 ,它被廣泛應用于各種類型 Inter 接入方式和各種類型的網(wǎng)絡中。原因很簡單， NAT 不僅完美地解決了 IP 地址不足的問題，而且還能夠有效地避免來自網(wǎng)絡外部的攻擊，隱藏并保護網(wǎng)絡內(nèi)部的計算機。 雖然 NAT 可以借助于某些代理服務器來實現(xiàn)，但考慮到運算成本和網(wǎng)絡性能，很多時候都是在路由器上來實現(xiàn)的。 隨著接入 Inter 的計算機數(shù)量的不斷猛增， IP 地址資源也就愈加顯得捉襟見肘。事實上，除了中國教育和科研計算機網(wǎng) (CERNET)外，一般用戶幾乎申請不到整段的 C類 IP 地址。在其他 ISP 那里，即使是擁有幾百臺計算機的大型局域網(wǎng)用戶，當他們申請IP 地址時，所分配的地址也不過只有幾個或十幾個 IP 地址。顯然，這樣少的 IP 地址根本無法滿足網(wǎng)絡用戶的需求，于是也就產(chǎn)生了 NAT 技術。 1. NAT 簡介 借助于 NAT，私有 (保留 )地址的 內(nèi)部 網(wǎng)絡通過路由器發(fā)送數(shù)據(jù)包時，私有地址被轉換成合法的 IP 地址，一個局域網(wǎng)只需使用少量 IP 地址 (甚至是 1 個 )即可實現(xiàn)私有地址網(wǎng)絡內(nèi)所有計算機與 Inter 的通信需求。 NAT 將自動修改 IP 報文的源 IP 地址和目的 IP 地址， IP 地址校驗則在 NAT 處理過程中自動完成。有些應用程序將源 IP 地址嵌入到 IP 報文的數(shù)據(jù)部分中，所以還需要同時對報文進行修改，以匹配 IP 頭中已經(jīng)修改 過的源 IP 地址。否則，在報文數(shù)據(jù)都分別 信息與通信工程學院 計算機網(wǎng)絡課程設計報告 第 11 頁 嵌入 IP 地址的應用程序就不能正常工作。 2. NAT 實現(xiàn)方式 NAT 的實現(xiàn)方式有三種，即靜態(tài)轉換 Static Nat、動態(tài)轉換 Dynamic Nat 和端口多路復用 Over Load。 靜態(tài)轉換是指將內(nèi)部網(wǎng)絡的私有 IP 地址轉換為公有 IP 地址， IP 地址對是一對一的，是一成不變的，某個私有 IP 地址只轉換為某個公有 IP 地址。借助于靜態(tài)轉換，可以實現(xiàn)外部網(wǎng)絡對內(nèi)部網(wǎng)絡中某些特定設備 (如服務器 )的訪問。 動態(tài)轉換是指將內(nèi)部網(wǎng)絡的私有 IP 地址轉換為公用 IP 地址時， IP 地址是不確 定的，是隨機的，所有被授權訪問上 Inter 的私有 IP 地址可隨機轉換為任何指定的合法 IP地址。也就是說，只要指定哪些內(nèi)部地址可以進行轉換，以及用哪些合法地址作為外部地址時，就可以進行動態(tài)轉換。動態(tài)轉換可以使用多個合法外部地址集。當 ISP 提供的合法 IP 地址略少于網(wǎng)絡內(nèi)部的計算機數(shù)量時。可以采用動態(tài)轉換的方式。 端口多路復用 (Port address Translation， PAT)是指改變外出數(shù)據(jù)包的源端口并進行端口轉換，即端口地址轉換 (PAT， Port Address Translation)。采用端口 多路復用方式，內(nèi)部網(wǎng)絡的所有主機均可共享一個合法外部 IP 地址實現(xiàn)對 Inter 的訪問，從而可以最大限度地節(jié)約 IP 地址資源。同時，又可隱藏網(wǎng)絡內(nèi)部的所有主機，有效避免來自 Inter 的攻擊。因此，目前網(wǎng)絡中應用最多的就是端口多路復用方式。 路 由 1. 什么是路由： 路由就是尋徑 。 路由信息就是去往目的地的一條信息，它指明了去往目的地的方向 。 要完成對數(shù)據(jù)包的傳輸，路由器必須知道并處理哪些信息： 1) 目的地址 2) 相鄰路由器，并且能夠從鄰居處獲得遠程網(wǎng)絡的信息 3) 到遠程網(wǎng)絡的所有可能的路徑 4) 能計算出 到達遠程網(wǎng)絡的最佳路徑 5) 要能夠維護并驗證路由信息，在路徑發(fā)生改變時，要能很快的知道 。 2. 什么是路由表： 信息與通信工程學院 計算機網(wǎng)絡課程設計報告 第 12 頁 路由器使用一個路由表來保存去往目的地的路由信息，路由表中的信息描述了如何到達遠程網(wǎng)絡。 路由器根據(jù)路由表中的路由信息來進行數(shù)據(jù)包的轉發(fā)，如果在路由表中找不到去往目的地的路由，數(shù)據(jù)包將會被丟棄。 路由表中默認只有直連路由信息 路由表的基本元素： 1) 目標網(wǎng)絡 2) 去往目的地的下一跳地址（直連的鄰居地址） 3) 出接口 4) 管理距離 5) metric 值 ： 描述了去往目的地的路線的好壞 1. 管理距離： 當從不同的路由協(xié)議學到去往同一目的地路 由的時候，用于在路由協(xié)議之間進行比較，以確定把從哪一種路由協(xié)議學到的路由放入路由表。 2. 路由分類 ： 1) 靜態(tài)路由 手工配置的路由 2) 動態(tài)路由 由動態(tài)路由協(xié)議學習到的路由 3) 還有一種默認路由，是路由的一種特殊形式，它指明了如果在路由表內(nèi)找不到去往目的地的路由時，可以將數(shù)據(jù)從哪個方向轉發(fā)出去。 動態(tài)路由協(xié)議 就是使路由器在互聯(lián)的網(wǎng)絡中動態(tài)的尋找所有的網(wǎng)絡，并確保所有路由器擁有相同路由表的協(xié)議。例如 RIP、 EIGRP、 OSPF 協(xié)議。動態(tài)路由協(xié)議會不斷的更新對網(wǎng)絡的認識。 3. 靜態(tài)路由簡介 靜態(tài)路由是一種特殊的路由，由管理 員手工配置而成。在組網(wǎng)結構較簡單、到給定目標只有一條路徑的網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡中，只需配置靜態(tài)路由就能使路由器正常工作。正確地設置和使用靜態(tài)路由能有效地保障網(wǎng)絡安全，并可為重要的應用保證帶寬。使用靜態(tài)路由也存在一些問題：當網(wǎng)絡出現(xiàn)問題或因其它原因引起拓撲變化時，靜態(tài)路由不會自動發(fā)生改變，必需要有網(wǎng)絡管理員的介入。 靜態(tài)路由具有如下特性： 信息與通信工程學院 計算機網(wǎng)絡課程設計報告 第 13 頁 1) 可達的路由：正常路由都屬于這種情況，即 IP 報文按照標識的路由被送往下一跳，這是靜態(tài)路由的一般用法。 2) 目的地不可達的路由：當?shù)侥骋荒康牡氐撵o態(tài)路由為“ reject”屬性時，任何去往該目的地的 IP 報文都將被丟棄，并通知源主機目的地為不可達。 3) 目的地為黑洞的路由：當?shù)侥骋荒康牡氐撵o態(tài)路由為“ blackhole”屬性時，任何去往該目的地的 IP 報文都將被丟棄，但是并不通知源主機目的地為不可達。 其中“ reject”和“ blackhole”屬性一般用來控制本路由器可達目的地的范圍，輔助網(wǎng)絡故障的診斷。 4. 缺省路由簡介 缺省路由也是一種靜態(tài)路由。簡單地說，缺省路由就是在沒有找到任何匹配的路由項情況下，才使用的路由。即只有當無任何合適的路由時，缺省路由才被使用。在路由表中，缺省路由以到網(wǎng)絡 （掩碼為 ）的路由形式出現(xiàn)?？赏ㄟ^命令 display ip routingtable 來查看它是否被設置。若報文的目的地不在路由表中且路由表中也無缺省路由存在，該報文被丟棄的同時將返回源端一個 ICMP 報文指出該目的地址或網(wǎng)絡不可達信息。缺省路由在網(wǎng)絡中是非常有用的。在一個包含上百個路由器的典型網(wǎng)絡中，運行動態(tài)路由選擇協(xié)議可能會耗費較大量的帶寬資源，使用缺省路由就可節(jié)約因路由選擇所占用的時間與包轉發(fā)所占用的帶寬資源，這樣就能在一定程度上滿足大量用戶同時進行通信的需求。 路由協(xié)議 1. RIP 簡介 RIP（ Routing Information Protocol）是最常使用的內(nèi)部網(wǎng)關協(xié)議 (Interior Gateway Protocol)之一，是一種典型的基于 DV 算法的動態(tài)路由協(xié)議。它通過 UDP（ User Datagram Protocol）報文交換路由信息，使用跳數(shù)（ Hop Count）來衡量到達目的地的距離（被稱為路由權－ Routing cost）。由于在 RIP 中大于或等于 16 的跳數(shù)被定義為無窮大（即目的網(wǎng)絡或主機不可達），所以 RIP 一般用于采用同類技術的中等規(guī)模的網(wǎng)絡， 如校園網(wǎng)及一個地區(qū)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡， RIP 并非為復雜、大型的網(wǎng)絡而設計。 RIP 有 RIP1 和 RIP2 兩個版本， RIP2 支持明文認證和 MD5 密文認證，并支持可變長子網(wǎng)掩碼。為提高性能，防止產(chǎn)生路由環(huán)， RIP 支持水平分割（ Split Horizon）、 信息與通信工程學院 計算機網(wǎng)絡課程設計報告 第 14 頁 毒性逆轉（ Poison Reverse），并采用觸發(fā)更新（ Triggered Update）。 RIP 支持將其它路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)的路由信息引入到路由表中。 每個運行 RIP 的路由器管理一個路由數(shù)據(jù)庫，該路由數(shù)據(jù)庫包含了到網(wǎng)絡所有可達目的地的一個路由 項，這些路由項包含下列信息： 1) 目的地址：主機或網(wǎng)絡的地址。 2) 下一跳地址：為到達目的地，本路由器要經(jīng)過的下一個路由器地址。 3) 接口：轉發(fā)報文的接口。 4) Cost 值：本路由器到達目的地的開銷，可取值 0～ 16 之間的整數(shù)。 5) 定時器：該路由項最后一次被修改的時間。 6) 路由標記：區(qū)分該路由為內(nèi)部路由協(xié)議路由還是外部路由協(xié)議路由的標記。 RIP 啟動和運行的整個過程可描述如下： 1) 某路由器剛啟動 RIP 時，以廣播形式向其相鄰路由器發(fā)送請求報文，相鄰路由器收到請求報文后，響應該請求，并回送包含本地路由信息的響應報文。 2) 路由器收 到響應報文后，修改本地路由表，同時向相鄰路由器發(fā)送觸發(fā)修改報文，廣播路由修改信息。相鄰路由器收到觸發(fā)修改報文后，又向其各自的相鄰路由器發(fā)送觸發(fā)修改報文。在一連串的觸發(fā)修改廣播后，各路由器都能得到并保持最新的路由信息。 3) 同時， RIP 每隔 30 秒向其相鄰路由器廣播本地路由表，相鄰路由器在收到報文后，對本地路由進行維護，選擇一條最佳路由，再向其各自相鄰網(wǎng)絡廣播修改信息，使更新的路由最終能達到全局有效。同時， RIP 采用超時機制對過時的路由進行超時處理，以保證路由的實時性和有效性。 RIP 作為 IGP 協(xié)議的一種，正 是通過這些機制，使路由器能夠了解到整個網(wǎng)絡的路由信息。 雖然 RIP 目前已被大多數(shù)路由器廠商所廣泛使用，但它還是有較大的局限性： 1) 支持站點的數(shù)量有限：這就使得 RIP 只適用于較小的自治系統(tǒng)，如只用于大多數(shù)校園網(wǎng)及結構較簡單的連續(xù)性強的地區(qū)性網(wǎng)絡。 2) 依靠固定度量計算路由： RIP 不能自動更新度量值來適應網(wǎng)絡發(fā)生的變化，在人為更新之前，由網(wǎng)絡管理員定義的度量值仍是固定不變的。 3) 路由表更新信息將占用較大的網(wǎng)絡帶寬： RIP 每 30 秒就向外廣播發(fā)送路由更新信息。在有許多節(jié)點的網(wǎng)絡中，這樣將消耗相當大的網(wǎng)絡帶寬。 信息與通信工程學院 計算機網(wǎng)絡課程設計報告 第 15 頁 2. OSPF 簡介 OSPF 是 Open Shortest Path First（開放最短路由優(yōu)先協(xié)議）的縮寫。它是 IETF 組織開發(fā)的一個基于鏈路狀態(tài)的自治系統(tǒng)內(nèi)部路由協(xié)議。目前普遍使用的是版本 2（ RFC2328）。 OSPF 的主要特性如下： 1) 適應范圍 —— 支持各種規(guī)模的網(wǎng)絡，最多可支持幾千臺路由器。 2) 快速收斂 —— 在網(wǎng)絡的拓撲結構發(fā)生變化后立即發(fā)送更新報文，使這一變化在自治系統(tǒng)中同步。 3) 無自環(huán) —— OSPF 根據(jù)收集到的鏈路狀態(tài)用最短路徑樹算法計算路