【文章內(nèi)容簡介】 ? 每個接口 都有一定數(shù)量的 內(nèi)存 ，當 IP數(shù)據(jù)報進入輸入接口太快來不及轉(zhuǎn)發(fā)，或者 IP數(shù)據(jù)報到達輸出接口太快來不及發(fā)送到線路上時， IP數(shù)據(jù)報就臨時存放在內(nèi)存中。 ? 因為 IP協(xié)議是不保證可靠傳輸?shù)?，所?IP數(shù)據(jù)報被丟棄 后，IP協(xié)議不負責重新傳輸。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 2）交換結(jié)構(gòu) ? 交換結(jié)構(gòu)位于 路由器的中心 ，它把所有的接口連接在一起， IP數(shù)據(jù)報通過 交換結(jié)構(gòu)才能從輸入接口到達輸出接口。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 3）選路處理器 ? 選路指為 IP數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡中選擇一條合適的路徑， 根據(jù)路由表選擇路徑 ，有了路由表就可以據(jù)此轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報了。 ? 路由表如何產(chǎn)生？兩種 ? (1) 手工 輸入是一個辦法，但是當 網(wǎng)絡規(guī)模很大 時，這對管理員來說是一項不可能完成的任務。 ? (2) 同交換機中的轉(zhuǎn)發(fā)表一樣，路由器應該能夠 自動生成路 由表 ， 選路處理器 就負責這個任務， 選路處理器 之間交換一些網(wǎng)絡狀況的信息，根據(jù)這些信息來生成路由表。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 2．路由器轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報的過程 ? 路由器工作在網(wǎng)絡層 ，從一個接口收到數(shù)據(jù)后，路由器根據(jù)數(shù)據(jù)中的 目的 IP地址 把 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到一個接口去 。 ? 圖中的路由器有兩個接口， 電信號或光信號從接口 1進入后，物理層實體把信號轉(zhuǎn)換成 0與 1， 數(shù)據(jù)鏈路層實體拆封幀得到 IP數(shù)據(jù)報 ， IP協(xié)議實體根據(jù) IP數(shù)據(jù)報中的目的 IP地址，把IP數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到接口 2去 。 ? 接口 2工作過程與接口 1相反。 H 2 應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3物理層實體1001111010010100111 ?數(shù)據(jù)鏈路層實體應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3IP 協(xié)議實體接口 1H 2 應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3物理層實體1001111010010100111 ?數(shù)據(jù)鏈路層實體應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3IP 協(xié)議實體接口 2轉(zhuǎn)發(fā)電信號或光信號電信號或光信號路由器第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 路由器能夠連接 物理層與數(shù)據(jù)鏈路層 都不相同的網(wǎng)絡。 ? 圖中的接口 1與接口 2連接的鏈路可以是 不同的傳輸媒體 ，數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議也可以不同，因此 路由器 的 每個接口都要有各自的物理地址 。 H 2 應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3物理層實體1001111010010100111 ?數(shù)據(jù)鏈路層實體應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3IP 協(xié)議實體接口 1H 2 應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3物理層實體1001111010010100111 ?數(shù)據(jù)鏈路層實體應用層數(shù)據(jù)H 5H 4H 3IP 協(xié)議實體接口 2轉(zhuǎn)發(fā)電信號或光信號電信號或光信號路由器第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 路由器根據(jù)路由表轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報 。 ? 圖中兩臺路由器 A與 B各有 4個接口，連接了多個網(wǎng)絡，假設網(wǎng)絡 1到網(wǎng)絡 4都有 200臺計算機，它們的網(wǎng)絡 IP地址分別是 、 、 。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 路由表 ? 路由表有 兩列最基本的數(shù)據(jù)： ? 目的 IP地址與接口。 目的 IP地址 接口 1 1 … … 3 3 … … 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 路由表與交換機中的轉(zhuǎn)發(fā)表有一個根本的 不同 是 表的大小 。 ? 交換機用于局域網(wǎng)中，連接的計算機數(shù)量有限，轉(zhuǎn)發(fā)表至多有數(shù)千行。 ? 若每臺計算機都要在路由表中占一行 ，路由表可能會有數(shù)十億行。 ? 如何解決這個難題？ ? 路由表一般 只記錄網(wǎng)絡的 IP地址 （當然記錄某臺計算機的 IP地址還是允許的），還應記錄 網(wǎng)絡 IP地址的子網(wǎng)掩碼 ，以搞清網(wǎng)絡號的長度。 目的網(wǎng)絡 IP地址及子網(wǎng)掩碼 接口 默認 4 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 這樣改進后的路由表可能出現(xiàn)一種特殊情況： 目的 IP地址 可能匹配路由表中的 兩行或更多行 。 ? 例如，某路由表中有這樣兩行數(shù)據(jù)： 發(fā)到接口 1， ，目的 IP地址， 應該轉(zhuǎn)發(fā)到哪 ？ ? 這時應該使用 最長前綴匹配規(guī)則 （ longest prefix matching rule），即采用網(wǎng)絡號最長的那個匹配項， ，轉(zhuǎn)發(fā)到接口 2。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 默認路由 ? 縮小路由表的另一個辦法是增加一行 默認路由 ，表 中 最后一行就是默認路由 。 ? 它的含義是與其他行都不匹配的 IP數(shù)據(jù)報都將轉(zhuǎn)發(fā)到接口 4去。 目的網(wǎng)絡 IP地址及子網(wǎng)掩碼 接口 默認 4 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 3．路由器與交換機比較 ? 除此之外，交換機 不需設置就能工作 ， 路由器必須經(jīng)過復雜的設置后才能工作 ，而且同等價格條件下，路由器的速率比交換機慢得多，接口數(shù)也比交換機少得多。 網(wǎng)絡設備 工作層次 轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù) 劃分廣播域 路由器 網(wǎng)絡層 IP地址 能 交換機 數(shù)據(jù)鏈路層 物理地址 不能 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 三層交換機既有交換機的功能，又有路由器轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報的基本功能，但是缺少路由器的很多附加功能。 ? 有些 三層交換機的路由器功能默認是關(guān)閉的 ，必須由管理員啟用，當路由器功能關(guān)閉時，三層交換機就相當于一臺二層交換機。 ? 看起來三層交換機似乎可以取代路由器，其實不然。 ? 三層交換機僅有轉(zhuǎn)發(fā) IP數(shù)據(jù)報的基本功能，而 沒有路由器中經(jīng)常使用的很多附加功能，如 NAT、 VPN等功能 ， 這些附加功能主要用于一個網(wǎng)絡與另一個網(wǎng)絡的交界處，在一個網(wǎng)絡內(nèi)部通常用不到。 ? 所以在網(wǎng)絡的內(nèi)部可以選擇三層交換機， 在網(wǎng)絡的交界處則選擇路由器。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 網(wǎng)絡設備的選擇 位置 位置特點 適用網(wǎng)絡設備 小規(guī)模網(wǎng)絡內(nèi)部 不劃分廣播域 二層交換機 大規(guī)模網(wǎng)絡內(nèi)部 劃分廣播域 三層交換機 網(wǎng)絡之間 不同網(wǎng)絡的交界處 路由器 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 4．數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡與虛電路網(wǎng)絡 ? IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)方式是典型的分組交換方式，采用這種交換方式的網(wǎng)絡稱為 數(shù)據(jù)報（ datagram）網(wǎng)絡 。 ? 分組交換分成兩種： 數(shù)據(jù)報 和 虛電路 （ virtual circuit）。 ? 采用虛電路交換方式的網(wǎng)絡稱為 虛電路網(wǎng)絡 。 ? 虛電路中的報文仍被拆分成分組，這與數(shù)據(jù)報是一樣的； ? 但虛電路是面向連接的 ，這與電路交換又是一樣的。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 在第一個數(shù)據(jù)分組發(fā)送之前，先發(fā)送一些 控制分組 ，其目的是 尋找一條合適的路徑 ， 這條路徑就是虛電路。 ? 所有數(shù)據(jù)分組 都沿 虛電路轉(zhuǎn)發(fā) ，尋找虛電路的過程就是建立連接的過程。 ? 轉(zhuǎn)發(fā)方式仍是 存儲轉(zhuǎn)發(fā) ，網(wǎng)絡設備把數(shù)據(jù)分組存入內(nèi)存，查看首部確定其虛電路，再轉(zhuǎn)發(fā)出去。 ? 數(shù)據(jù)分組發(fā)完后再發(fā)送控制分組以拆除這條虛電路， 拆除虛電路的過程也就是拆除連接的過程 。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 因為所有 數(shù)據(jù)分組都沿同一條虛電路轉(zhuǎn)發(fā) ，所以分組都會順序到達， 不會亂序 ，再加上面向連接的特點， 虛電路與電路交換非常相似。 ? 但本質(zhì)上 虛電路仍是分組交換 ，首先是因為報文要拆分為分組； ? 其次， 一條虛電路與一條物理電路有著根本的區(qū)別 ： 虛電路上沒有分組傳輸時，可以傳輸其他用戶的數(shù)據(jù)，而物理電路則不能。 ? 虛電路的線路利用率與數(shù)據(jù)報相當，從根本上克服了電路交換的線路利用率低的缺點。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 電路交換、數(shù)據(jù)報與虛電路的比較 交換方式 是否連接 存儲轉(zhuǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)到達 電路交換 面向連接 否 順序 數(shù)據(jù)報 無連接 是 可能亂序 虛電路 面向連接 是 順序 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 電路交換有數(shù)據(jù)順序 到達等優(yōu)點，把 數(shù)據(jù)報與電路交換結(jié)合起來 ，就形成了虛電路。 ? 但是虛電路中所有數(shù)據(jù)都沿同一路徑轉(zhuǎn)發(fā)， 不夠靈活，建立與拆除連接也非常復雜 。 ? 在計算機網(wǎng)絡發(fā)展的早期，數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡與虛電路網(wǎng)絡并存。 ? 發(fā)展到現(xiàn)在，大多數(shù)虛電路網(wǎng)絡都被淘汰，虛電路網(wǎng)絡越來越少，現(xiàn)在 覆蓋全球的因特網(wǎng)是典型的數(shù)據(jù)報網(wǎng)絡。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 子網(wǎng)與 IP地址分配 子網(wǎng)的概念 ? 按照 IP協(xié)議的術(shù)語，用路由器分割的 小型網(wǎng)絡 或VLAN叫做一個 子網(wǎng) （ sub）。 ? 經(jīng)常把一個子網(wǎng)叫做一個 網(wǎng)段 ，甚至在不引起歧義的情況下叫做一個 網(wǎng)絡 。 ? 路由器 劃分子網(wǎng) 的情況，同樣也適用于 交換機VLAN劃分的子網(wǎng)。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 兩臺路由器 A與 B連接了 子網(wǎng) 子網(wǎng) 2與子網(wǎng) 3，每個子網(wǎng)都是一個 廣播域 ， M1 MA1等是以太網(wǎng)的物理地址。 ? 注意路由器 A與路由器 B之間雖然沒有任何計算機，但也構(gòu)成了一個子網(wǎng)。 ? 同一子網(wǎng) 內(nèi)的計算機通信時 不經(jīng)過路由器 轉(zhuǎn)發(fā)， ? 不同子網(wǎng) 內(nèi)的計算機通信時 一定經(jīng)過路由器 轉(zhuǎn)發(fā)。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 同一子網(wǎng)內(nèi) 計算機 IP地址的網(wǎng)絡號相同 ，網(wǎng)絡號相同的計算機就組成了一個子網(wǎng)。 ? IP地址為 、 3臺計算機都屬于子網(wǎng) 1，子網(wǎng) 1的 IP地址則是 。 ? 子網(wǎng) 1的廣播 IP地址？能否到達其他子網(wǎng)的計算機？ ? 1的廣播 IP地址 。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 如果 一臺計算機 IP地址的網(wǎng)絡號 與 子網(wǎng)內(nèi)其他計算機的不同，就不能與網(wǎng)內(nèi)其他計算機通信 。 ? 如： 子網(wǎng) 3中的一臺計算機的 IP地址為 ，與其他計算機 IP地址的網(wǎng)絡號不同，這臺計算機就不能與其他計算機正常通信。 ? 路由器 A與 B的 每個接口的 IP地址都不相同 ，而且 路由器 的網(wǎng)絡號一定要與 本子網(wǎng)的 網(wǎng)絡號相同 。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works IP數(shù)據(jù)報的傳輸過程 ? 當給一臺計算機配置 IP協(xié)議屬性時，在設置 IP地址的同時，還要設置 子網(wǎng)掩碼 與 默認網(wǎng)關(guān) （ default gateway）。 ? 默認網(wǎng)關(guān) 是一個 路由器接口的 IP地址 ，該計算機發(fā)往 其所在子網(wǎng)以外 的 IP數(shù)據(jù)報都由 默認網(wǎng)關(guān) 轉(zhuǎn)發(fā)。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 是否在同一子網(wǎng)判斷 ? 計算機 IP數(shù)據(jù)報前，首先要確定接收計算機與自己是否在同一子網(wǎng)內(nèi)。 ? 方法是把 自己的 IP地址 與 目的 IP地址 都與 子網(wǎng)掩碼進行“與”運算 ，得到 網(wǎng)絡 IP地址 ，若網(wǎng)絡 IP地址相同則在同一子網(wǎng)內(nèi)，若不同則不在同一子網(wǎng)內(nèi)。 ? 分兩種情況 ： 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 1．發(fā)送計算機與接收計算機在同一子網(wǎng)內(nèi) 前同步碼 M 12 M 11 數(shù)據(jù) CRC類型目的物理地址1 . 1 . 1 . 1IP 數(shù)據(jù)報首部其他字段1 . 1 . 1 . 2源物理地址源 IP地址目的IP 地址計算機 IP數(shù)據(jù)報。 、 網(wǎng)掩碼 ，這說明它們在同一個子網(wǎng)內(nèi)。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 2．發(fā)送計算機與接收計算機不在同一子網(wǎng)內(nèi) ? 如，計算機 IP數(shù)據(jù)報。 ? 、 ，前者是 ，后者是 ，這說明 它們不在同一個子網(wǎng)內(nèi) 。 ? IP數(shù)據(jù)報發(fā)給路由器 A，路由器 A再轉(zhuǎn)發(fā)給路由器 B，最后路由器 B再轉(zhuǎn)發(fā)給 ，這中間經(jīng)過了 3個子網(wǎng) 。 ? IP數(shù)據(jù)報在傳輸過程中， 源 IP地址與目的 IP地址始終不變 ，路由器就根據(jù)目的 IP地址轉(zhuǎn)發(fā)。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works ? 幀中的物理地址 則不同，每經(jīng)過一段鏈路就變化一次。 ? 在子網(wǎng) 1內(nèi)，幀由 A的接口 1，因此源物理地址是 ，目的物理地址是路由器 A接口 1的物理地址； ? 在子網(wǎng) 2內(nèi)，幀由路由器 A的接口 2發(fā)往路由器 B的接口 1，因此源物理地址是路由器 A的接口 2，目的物理地址是路由器 B的接口 1； ? 在子網(wǎng) 3內(nèi)，幀由路由器 B的接口 2發(fā)往 ，因此源物理地址是路由器 B的接口 2，目的物理地址是 物理地址。 第 4章 網(wǎng)絡層 Computer works 前