【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 通過四個(gè)階段進(jìn)行： 1) 發(fā)現(xiàn)階段，即 DHCP 客戶端尋找 DHCP 服務(wù)器的階段?？蛻舳艘詮V播方式發(fā)送DHCPDISCOVER 報(bào)文。 2) 提供階段，即 DHCP 服務(wù)器提供 IP 地址的階段。 DHCP 服務(wù)器接收到客戶端的DHCPDISCOVER 報(bào)文后，根據(jù) IP 地址分配的優(yōu)先次序選出一個(gè) IP 地址，與其他參數(shù)一起通 過 DHCPOFFER 報(bào)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(tái) DHCP 服務(wù)器向該客戶端發(fā)來 DHCPOFFER 報(bào)文， 客戶端只接受第一個(gè)收到的 DHCPOFFER 報(bào)文，然后以廣播方式發(fā)送 DHCPREQUEST 報(bào)文，該報(bào)文中包含 DHCP 服務(wù)器在DHCPOFFER 報(bào)文中分配的 IP 地址。 4) 確認(rèn)階段，即 DHCP 服務(wù)器確認(rèn) IP 地址的階段。 DHCP 服務(wù)器收到 DHCP 客戶端發(fā)來的 DHCPREQUEST 報(bào)文后，只有 DHCP 客戶端選擇的服務(wù)器會(huì)進(jìn)行如下操作：如果確認(rèn)將地址分配給該 客戶端，則返回 DHCPACK 報(bào)文；否則返回 DHCPNAK報(bào)文，表明地址不能分配給該客戶端。 信息與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 10 頁(yè) 如果采用動(dòng)態(tài)地址分配策略，則 DHCP 服務(wù)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(shí)間為租用期 (lease period)。當(dāng)租借期滿后服務(wù)器會(huì)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(dòng)態(tài)獲取過程中采用廣播方式發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文，因此 DHCP 只適用于DHCP 客戶端和服務(wù)器處于同一個(gè)子網(wǎng)內(nèi)的情況。為進(jìn)行動(dòng)態(tài)主機(jī)配置，需要在所有網(wǎng)段上都設(shè)置一個(gè) DHCP 服務(wù)器，這顯然是很不經(jīng)濟(jì)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(wù)器通信，最終獲取到 IP地址。這樣，多個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的 DHCP 客戶端可以使用同一個(gè) DHCP 服務(wù)器，既節(jié)省了成本，又便于進(jìn)行集中管理。 NAT 服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 (NAT， Network Address Translation)屬接入廣域網(wǎng) (WAN)技術(shù)，是一種將私有 (保留 )地址轉(zhuǎn)化為合法 IP 地址的轉(zhuǎn)換技術(shù) ,它被廣泛應(yīng)用于各種類型 Inter 接入方式和各種類型的網(wǎng)絡(luò)中。原因很簡(jiǎn)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(luò)外部的攻擊，隱藏并保護(hù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)。 雖然 NAT 可以借助于某些代理服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)，但考慮到運(yùn)算成本和網(wǎng)絡(luò)性能，很多時(shí)候都是在路由器上來實(shí)現(xiàn)的。 隨著接入 Inter 的計(jì)算機(jī)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(shí)上，除了中國(guó)教育和科研計(jì)算機(jī)網(wǎng) (CERNET)外，一般用戶幾乎申請(qǐng)不到整段的 C類 IP 地址。在其他 ISP 那里，即使是擁有幾百臺(tái)計(jì)算機(jī)的大型局域網(wǎng)用戶，當(dāng)他們申請(qǐng)IP 地址時(shí)，所分配的地址也不過只有幾個(gè)或十幾個(gè) IP 地址。顯然，這樣少的 IP 地址根本無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的需求，于是也就產(chǎn)生了 NAT 技術(shù)。 1. NAT 簡(jiǎn)介 借助于 NAT，私有 (保留 )地址的 內(nèi)部 網(wǎng)絡(luò)通過路由器發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，私有地址被轉(zhuǎn)換成合法的 IP 地址，一個(gè)局域網(wǎng)只需使用少量 IP 地址 (甚至是 1 個(gè) )即可實(shí)現(xiàn)私有地址網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有計(jì)算機(jī)與 Inter 的通信需求。 NAT 將自動(dòng)修改 IP 報(bào)文的源 IP 地址和目的 IP 地址， IP 地址校驗(yàn)則在 NAT 處理過程中自動(dòng)完成。有些應(yīng)用程序?qū)⒃?IP 地址嵌入到 IP 報(bào)文的數(shù)據(jù)部分中，所以還需要同時(shí)對(duì)報(bào)文進(jìn)行修改，以匹配 IP 頭中已經(jīng)修改 過的源 IP 地址。否則，在報(bào)文數(shù)據(jù)都分別 信息與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 11 頁(yè) 嵌入 IP 地址的應(yīng)用程序就不能正常工作。 2. NAT 實(shí)現(xiàn)方式 NAT 的實(shí)現(xiàn)方式有三種，即靜態(tài)轉(zhuǎn)換 Static Nat、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換 Dynamic Nat 和端口多路復(fù)用 Over Load。 靜態(tài)轉(zhuǎn)換是指將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的私有 IP 地址轉(zhuǎn)換為公有 IP 地址， IP 地址對(duì)是一對(duì)一的，是一成不變的，某個(gè)私有 IP 地址只轉(zhuǎn)換為某個(gè)公有 IP 地址。借助于靜態(tài)轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中某些特定設(shè)備 (如服務(wù)器 )的訪問。 動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換是指將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的私有 IP 地址轉(zhuǎn)換為公用 IP 地址時(shí)， IP 地址是不確 定的，是隨機(jī)的，所有被授權(quán)訪問上 Inter 的私有 IP 地址可隨機(jī)轉(zhuǎn)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(jìn)行轉(zhuǎn)換，以及用哪些合法地址作為外部地址時(shí)，就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換可以使用多個(gè)合法外部地址集。當(dāng) ISP 提供的合法 IP 地址略少于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)數(shù)量時(shí)?？梢圆捎脛?dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換的方式。 端口多路復(fù)用 (Port address Translation， PAT)是指改變外出數(shù)據(jù)包的源端口并進(jìn)行端口轉(zhuǎn)換，即端口地址轉(zhuǎn)換 (PAT， Port Address Translation)。采用端口 多路復(fù)用方式，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)均可共享一個(gè)合法外部 IP 地址實(shí)現(xiàn)對(duì) Inter 的訪問，從而可以最大限度地節(jié)約 IP 地址資源。同時(shí)，又可隱藏網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的所有主機(jī)，有效避免來自 Inter 的攻擊。因此，目前網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用最多的就是端口多路復(fù)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(duì)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(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的信息 3) 到遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的所有可能的路徑 4) 能計(jì)算出 到達(dá)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑 5) 要能夠維護(hù)并驗(yàn)證路由信息，在路徑發(fā)生改變時(shí)，要能很快的知道 。 2. 什么是路由表： 信息與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 12 頁(yè) 路由器使用一個(gè)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(dá)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。 路由器根據(jù)路由表中的路由信息來進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)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(huì)被丟棄。 路由表中默認(rèn)只有直連路由信息 路由表的基本元素： 1) 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 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(dāng)從不同的路由協(xié)議學(xué)到去往同一目的地路 由的時(shí)候，用于在路由協(xié)議之間進(jìn)行比較，以確定把從哪一種路由協(xié)議學(xué)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(dòng)態(tài)路由 由動(dòng)態(tài)路由協(xié)議學(xué)習(xí)到的路由 3) 還有一種默認(rèn)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(shí)，可以將數(shù)據(jù)從哪個(gè)方向轉(zhuǎn)發(fā)出去。 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議 就是使路由器在互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)的尋找所有的網(wǎng)絡(luò)，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(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)不斷的更新對(duì)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)。 3. 靜態(tài)路由簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、到給定目標(biāo)只有一條路徑的網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)中，只需配置靜態(tài)路由就能使路由器正常工作。正確地設(shè)置和使用靜態(tài)路由能有效地保障網(wǎng)絡(luò)安全，并可為重要的應(yīng)用保證帶寬。使用靜態(tài)路由也存在一些問題：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問題或因其它原因引起拓?fù)渥兓瘯r(shí)，靜態(tài)路由不會(huì)自動(dòng)發(fā)生改變，必需要有網(wǎng)絡(luò)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(xué)院 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 13 頁(yè) 1) 可達(dá)的路由：正常路由都屬于這種情況，即 IP 報(bào)文按照標(biāo)識(shí)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(dá)的路由：當(dāng)?shù)侥骋荒康牡氐撵o態(tài)路由為“ reject”屬性時(shí)，任何去往該目的地的 IP 報(bào)文都將被丟棄，并通知源主機(jī)目的地為不可達(dá)。 3) 目的地為黑洞的路由：當(dāng)?shù)侥骋荒康牡氐撵o態(tài)路由為“ blackhole”屬性時(shí)，任何去往該目的地的 IP 報(bào)文都將被丟棄，但是并不通知源主機(jī)目的地為不可達(dá)。 其中“ reject”和“ blackhole”屬性一般用來控制本路由器可達(dá)目的地的范圍，輔助網(wǎng)絡(luò)故障的診斷。 4. 缺省路由簡(jiǎn)介 缺省路由也是一種靜態(tài)路由。簡(jiǎn)單地說，缺省路由就是在沒有找到任何匹配的路由項(xiàng)情況下，才使用的路由。即只有當(dāng)無(wú)任何合適的路由時(shí)，缺省路由才被使用。在路由表中，缺省路由以到網(wǎng)絡(luò) （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(shè)置。若報(bào)文的目的地不在路由表中且路由表中也無(wú)缺省路由存在，該報(bào)文被丟棄的同時(shí)將返回源端一個(gè) ICMP 報(bào)文指出該目的地址或網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)信息。缺省路由在網(wǎng)絡(luò)中是非常有用的。在一個(gè)包含上百個(gè)路由器的典型網(wǎng)絡(luò)中，運(yùn)行動(dòng)態(tài)路由選擇協(xié)議可能會(huì)耗費(fèi)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(shí)間與包轉(zhuǎn)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(shí)進(jìn)行通信的需求。 路由協(xié)議 1. RIP 簡(jiǎn)介 RIP（ Routing Information Protocol）是最常使用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 (Interior Gateway Protocol)之一，是一種典型的基于 DV 算法的動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。它通過 UDP（ User Datagram Protocol）報(bào)文交換路由信息，使用跳數(shù)（ Hop Count）來衡量到達(dá)目的地的距離（被稱為路由權(quán)－ Routing cost）。由于在 RIP 中大于或等于 16 的跳數(shù)被定義為無(wú)窮大（即目的網(wǎng)絡(luò)或主機(jī)不可達(dá)），所以 RIP 一般用于采用同類技術(shù)的中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)， 如校園網(wǎng)及一個(gè)地區(qū)范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)， RIP 并非為復(fù)雜、大型的網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)。 RIP 有 RIP1 和 RIP2 兩個(gè)版本， RIP2 支持明文認(rèn)證和 MD5 密文認(rèn)證，并支持可變長(zhǎng)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(xué)院 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 14 頁(yè) 毒性逆轉(zhuǎn)（ 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(gè)運(yùn)行 RIP 的路由器管理一個(gè)路由數(shù)據(jù)庫(kù)，該路由數(shù)據(jù)庫(kù)包含了到網(wǎng)絡(luò)所有可達(dá)目的地的一個(gè)路由 項(xiàng)，這些路由項(xiàng)包含下列信息： 1) 目的地址：主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)的地址。 2) 下一跳地址：為到達(dá)目的地，本路由器要經(jīng)過的下一個(gè)路由器地址。 3) 接口：轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的接口。 4) Cost 值：本路由器到達(dá)目的地的開銷，可取值 0～ 16 之間的整數(shù)。 5) 定時(shí)器：該路由項(xiàng)最后一次被修改的時(shí)間。 6) 路由標(biāo)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(biāo)記。 RIP 啟動(dòng)和運(yùn)行的整個(gè)過程可描述如下： 1) 某路由器剛啟動(dòng) RIP 時(shí)，以廣播形式向其相鄰路由器發(fā)送請(qǐng)求報(bào)文，相鄰路由器收到請(qǐng)求報(bào)文后，響應(yīng)該請(qǐng)求，并回送包含本地路由信息的響應(yīng)報(bào)文。 2) 路由器收 到響應(yīng)報(bào)文后，修改本地路由表，同時(shí)向相鄰路由器發(fā)送觸發(fā)修改報(bào)文，廣播路由修改信息。相鄰路由器收到觸發(fā)修改報(bào)文后，又向其各自的相鄰路由器發(fā)送觸發(fā)修改報(bào)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(shí)， 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(bào)文后，對(duì)本地路由進(jìn)行維護(hù)，選擇一條最佳路由，再向其各自相鄰網(wǎng)絡(luò)廣播修改信息，使更新的路由最終能達(dá)到全局有效。同時(shí)， RIP 采用超時(shí)機(jī)制對(duì)過時(shí)的路由進(jìn)行超時(shí)處理，以保證路由的實(shí)時(shí)性和有效性。 RIP 作為 IGP 協(xié)議的一種，正 是通過這些機(jī)制，使路由器能夠了解到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)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(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的連續(xù)性強(qiáng)的地區(qū)性網(wǎng)絡(luò)。 2) 依靠固定度量計(jì)算路由： RIP 不能自動(dòng)更新度量值來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的變化，在人為更新之前，由網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)中，這樣將消耗相當(dāng)大的網(wǎng)絡(luò)帶寬。 信息與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 15 頁(yè) 2. OSPF 簡(jiǎn)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(gè)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(yīng)范圍 —— 支持各種規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，最多可支持幾千臺(tái)路由器。 2) 快速收斂 —— 在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化后立即發(fā)送更新報(bào)文，使這一變化在自治系統(tǒng)中同步。 3) 無(wú)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(jì)算路