【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 響，使各個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠按照自己的方式正常運(yùn)行 ? 目前，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)最普遍、規(guī)模最大、影響最大的是互聯(lián)網(wǎng)（ Inter）。 ? 互聯(lián)網(wǎng)對(duì)聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)的最基本要求是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行采用 TCP/IP 協(xié)議，即在網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層處理方式相同。 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 1. 物理層互連設(shè)備 通常稱為轉(zhuǎn)發(fā)器 (Repeater)，主要以比特的形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。將數(shù)據(jù)包以比特的形式從一種介質(zhì)轉(zhuǎn)換到另一種介質(zhì)或從一段介質(zhì)轉(zhuǎn)換到相同的另一段介質(zhì)。物理層的互連設(shè)備主要有中繼器和集線器。 2. 數(shù)據(jù)鏈路層互連設(shè)備 通常稱為橋接器。數(shù)據(jù)鏈路層的橋接設(shè)備以數(shù)據(jù)幀為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn) 發(fā)。它可以將從一條鏈路上收到的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)檢查鏈路層協(xié)議的幀頭后傳送到另一條鏈路上。數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)互連的設(shè)備主要有網(wǎng)橋和交換機(jī)。 3. 網(wǎng)絡(luò)層互連設(shè)備 通常稱為路由器。網(wǎng)絡(luò)層互連主要解決路由選擇、擁塞控制、差錯(cuò)處理和分段等技術(shù)問題。 4. 高層互連設(shè)備 在網(wǎng)絡(luò)層以上各層間進(jìn)行的互連一般統(tǒng)稱為高層互連，實(shí)現(xiàn)高層互連的設(shè)備統(tǒng)稱為網(wǎng)關(guān)和應(yīng)用網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)的主要作用是協(xié)議翻譯。 5. 互連起來(lái)的網(wǎng)絡(luò)可以看成一個(gè)整體，稱為虛擬互連網(wǎng)絡(luò)，即邏輯上可以彼此異構(gòu)，但從網(wǎng)絡(luò)層來(lái)看好象是一個(gè)整體。計(jì)算機(jī)通過這個(gè)網(wǎng)連接截起來(lái)。 3 兩種地址 IP 地址是邏輯地址，是網(wǎng)絡(luò)層地址。路由器僅根據(jù) IP 地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)進(jìn)行路由選擇。 MAC 幀中的源地址和目的地址都是物理地址，是數(shù)據(jù)鏈路層地址。 真正通信仍需依據(jù)物理地址 (MAC 地址 )。物理地址是與具體硬件相關(guān)聯(lián)的，只有使用物理 地址才能將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆O(shè)備上。 4 地址解析：由 IP 地址轉(zhuǎn)換 (映射 )為 MAC 地址的過程。對(duì)應(yīng)的協(xié)議稱為地址解析協(xié)議 (ARP協(xié)議） 5 反向地址解析：由 MAC 地址轉(zhuǎn)換 (映射 )為 IP 地址的過程。對(duì)應(yīng)的協(xié)議稱為反向地址解析協(xié)議 (RARP 協(xié)議 ) 。 6 解析方法 地址解析： 每臺(tái)設(shè)備實(shí)際發(fā)出的是比特化了 的幀。 ? 幀：網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包 +MAC 地址 +其他的幀控制信息 ? MAC 地址：源 MAC 地址 +目的 MAC 地址 ? 數(shù)據(jù)鏈路層組幀時(shí)必須知道下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的 MAC 地址 ? 主機(jī)中有 ARP 表記錄本局域網(wǎng)中的部分計(jì)算機(jī)和路由器的 IP 地址和 MAC 地址 ? 若表中沒有目的主機(jī)記錄，主機(jī)向網(wǎng)絡(luò)廣播帶有目的主機(jī) IP 地址的 ARP 數(shù)據(jù)包。目的主機(jī)向源返回帶有目的主機(jī) MAC 地址的 ARP 數(shù)據(jù)包。 ? 源主機(jī)在 ARP 表中記錄目的主機(jī)的 IP 地址和 MAC 地址 ? 源主機(jī)定期清理 ARP 表，刪除長(zhǎng)期不用的項(xiàng)目，確保 ARP 表不太龐大。 擬地址解析 ? 無(wú)盤工作站，撥號(hào)上網(wǎng)沒 有自己固定的 IP 地址。 ? 上網(wǎng)的主機(jī)必須擁有一個(gè) IP 地址，否則，其他主機(jī)無(wú)法向該主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。 ? 無(wú)固定 IP 地址的計(jì)算機(jī)，登錄時(shí)，向管理該網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)器申請(qǐng) IP 地址；服務(wù)器尋找一個(gè)空閑的 IP 地址分配給該主機(jī)，直到該計(jì)算機(jī)退出登錄，才收回該 IP 地址，以供其他登錄計(jì)算機(jī)使用。 ? 向服務(wù)器發(fā)出一個(gè) RARP 請(qǐng)求數(shù)據(jù)包，并在此數(shù)據(jù)包中給出自身的物理地址。 ? RARP 服務(wù)器存放一個(gè)事先制作的從無(wú)盤工作站的物理地址到 IP 地址的映射表，當(dāng)收到 RARP 請(qǐng)求分組后， RARP 服務(wù)器就從這個(gè)映射表選一個(gè)沒有使用的 IP 地址，寫入 RARP 響應(yīng)分 組，發(fā)回給無(wú)盤工作站。 7 ICMP 協(xié)議 ICMP 是一種差錯(cuò)控制報(bào)文協(xié)議，屬于網(wǎng)絡(luò)層 它能檢查并報(bào)告網(wǎng)絡(luò)上存在的一些基本差錯(cuò)，并在一定程度上指出錯(cuò)誤原因 可以讓一個(gè)路由器向其他路由器或主機(jī)發(fā)送差錯(cuò)或控制報(bào)文，提供網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的最新情況 它為網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)主機(jī)的 Inter 協(xié)議軟件之間提供了一種通信方式。 ICMP 報(bào)文類型：差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文和控制報(bào)文 ICMP 報(bào)文的傳輸：將報(bào)文裝入 IP 報(bào)文數(shù)據(jù)區(qū)，利用 IP 報(bào)文進(jìn)行傳輸 8 IP 地址 定義： IP 地址是為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接（網(wǎng)卡）分配一個(gè)在全世界范圍內(nèi)惟一的標(biāo)識(shí)。 作用： 表現(xiàn) 形式： 報(bào)文頭中的源 IP 地址、宿 IP 地址分別表示源主機(jī)、目的主機(jī)的 IP 邏輯地址。 IP 地址長(zhǎng)度為 32比特，由網(wǎng)絡(luò)號(hào)、主機(jī)號(hào)組成，為了方便記憶，將 32 比特分成四個(gè)字節(jié)、每個(gè)字節(jié)用一個(gè)十進(jìn)制數(shù)表示，十進(jìn)制數(shù)之間用圓點(diǎn)分割，它是 IP 地址的十進(jìn)制表示。如172. 16. 122. 204 分類： 按 32 位 IP 地址基本格式的第一個(gè)字節(jié)的前幾位將 IP 地址分為 A、 B、 C、 D 和 E 五類地址。 IP 地 址類 格式 目標(biāo) 最高位 地址范圍 網(wǎng)絡(luò)位 /主機(jī)位 最大 主機(jī)數(shù) 保留地址 A N,H,H,H 較大組織 0 ～ 7/24 16777214 B N,N,H,H 中型組織 1,0 ～ 14/16 65534 C N,N,N,H 相對(duì)小的 組織 1,1,0 ～ 21/8 254 D N/A 多廣播組 1,1,1,0 ～ N/A N/A E N/A 高級(jí) 1,1,1,1 ～ N/A N/A 特殊的 IP 地址： 廣播地址 1. 主機(jī)地址部分全為“ 1‖的地址是廣播地址，將向指定網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)。 2. IP 地址全為“ 1‖的地址（ )是有限廣播地址，將向本網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)。 ? ―零 ‖地址 1. 主機(jī)號(hào)為“ 0‖的 IP 地址表示該網(wǎng)絡(luò)本身。 2. 網(wǎng)絡(luò)號(hào)為“ 0‖的 IP 地址表示本網(wǎng)絡(luò)上的某臺(tái)主機(jī)。 3. ―‖ 代表本主機(jī)自己。 ? 回送地址 任何一 個(gè)以數(shù)字 127 開頭的 IP 地址。當(dāng)任何程序用回送地址作為目的地址時(shí)，計(jì)算機(jī)上的協(xié)議軟件不會(huì)把該數(shù)據(jù)報(bào)向網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送，而是把數(shù)據(jù)直接返回給本主機(jī)。 子網(wǎng) ? 在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，將本網(wǎng)絡(luò)劃分成若干小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，稱為子網(wǎng)絡(luò) (或子網(wǎng) )。 ? 子網(wǎng)絡(luò)效率更高，更好管理。 ? 子網(wǎng)是通過對(duì)主機(jī)號(hào)空間進(jìn)行劃分實(shí)現(xiàn)的 劃分子網(wǎng)的方法 從網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號(hào)借用若干位作為子網(wǎng)號(hào) subid，當(dāng)然主機(jī)號(hào)也就相應(yīng)減少了同樣的位數(shù)，于是兩級(jí) IP 地址在本單位內(nèi)部就轉(zhuǎn)換成了三級(jí) IP 地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào) 子網(wǎng)號(hào) 主機(jī)號(hào) 。 9 IP 數(shù)據(jù)包 IP 數(shù)據(jù) 報(bào) ? 格式，首部 大小，個(gè)字段含義、作用 4 4 8 16 版本 頭部長(zhǎng)度 服務(wù)類別 數(shù)據(jù)報(bào)長(zhǎng)度 20字節(jié) IP報(bào)文頭 標(biāo)識(shí) 標(biāo)志 段偏移 生存時(shí)間 協(xié)議 頭部校驗(yàn)和 源 IP 地址 宿 IP 地址 任選項(xiàng) (0/多項(xiàng) ) 填充項(xiàng) 數(shù)據(jù) (可變長(zhǎng)度 ) … 數(shù)據(jù)項(xiàng)是上層所交付的要傳遞的數(shù)據(jù)，最大長(zhǎng)度為 65535 個(gè)字節(jié) 個(gè)字段含義 ? 版本號(hào) ： VERS ? 分組長(zhǎng)度（ HLEN）：報(bào)文頭部的字?jǐn)?shù)（字長(zhǎng) =32bits） ? 業(yè)務(wù) 類型（ Type of Service）：分組的處理方式 ? 總長(zhǎng)度（ Total Length）：分組頭部和數(shù)據(jù)的總長(zhǎng)度（字節(jié)數(shù)） ? 標(biāo)識(shí)（ Identification）、標(biāo)記（ Flags）、片偏移（ Frag Offset）：對(duì)分組進(jìn)行 分片，以便允許網(wǎng)上不同 MTU 時(shí)能進(jìn)行傳送 ? 生存時(shí)間（ TTL）：規(guī)定分組在網(wǎng)上傳送的最長(zhǎng)時(shí)間（秒），防止分組無(wú)休止地要求網(wǎng)絡(luò)搜尋不存在的目的地址； ? 協(xié)議（ Protocol）：發(fā)送分組的上層協(xié)議號(hào)（ TCP= 6， UDP=17） 校驗(yàn)和（ Header Checksum）：分組頭校驗(yàn)和 ? 源和目 IP 地址（ Source and Destination IP Address）：標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)中端設(shè)備的 IP 地址 ? IP 選項(xiàng)（ IP Options）：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、調(diào)試、保密及其他 ? 數(shù)據(jù)（ Data）：上層協(xié)議數(shù)據(jù) 10 IP 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)流程 11 路由器 ? 定義： 互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)組件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的硬件設(shè)備。 ? 類似于網(wǎng)橋，有處理器和內(nèi)存，用端口與每個(gè)網(wǎng)絡(luò)相連，根據(jù)表信息做決定。 作用： 路由器的兩大工作：將報(bào)文正確發(fā)送到下一個(gè)路由器；與其他路由器交換路由信息，更新路由表。 前者是目的，后者為前者服務(wù)。后者是路由器量最大的工作 路由器種類 ? 路由分類是根據(jù)路由表的填寫方式確定的 1. 默認(rèn)路由：通向路由器不知道的目的地的通信量將被送到這個(gè)默認(rèn)出口。 2. 靜態(tài)路由：人為規(guī)定的兩主機(jī)通信路徑。可能不是最佳 3. 動(dòng)態(tài)路由：通過路由協(xié)議動(dòng)態(tài)建立和更新路由表的配置方法?？梢詣?dòng)態(tài)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化，并尋找到目的地的最佳路徑。 4. 靜態(tài)路由表是固定不變的。動(dòng)態(tài)路由表隨著網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化，根據(jù)路由算法定期改變，以保證路徑始終最佳。 12 幾種靜態(tài)路由算法 ? 洪泛法 路由器從某條輸入鏈路收到一個(gè)不是發(fā)給它的分組時(shí)，就向除原輸入鏈路外的所有輸出鏈路轉(zhuǎn)發(fā)該分組。 ? 固定路由法 路由器保存一張路由表，表中的每一項(xiàng)都記錄著對(duì)應(yīng)某個(gè)目的路由器以及下一步應(yīng)選擇 的鄰接路由器。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)時(shí)，依據(jù)該分組所攜帶的地址信息，從路由表中找到對(duì)應(yīng)的目的路由器及所選擇的鄰接路由器將此分組發(fā)送出去。 ? 分散通信量法 路由器內(nèi)設(shè)置一個(gè)路由表，該路由表中給出幾個(gè)可供采用的輸出鏈路，并且對(duì)每條鏈路賦予一個(gè)概率。當(dāng)一個(gè)分組到達(dá)該路由器時(shí)，路由器即產(chǎn)生一個(gè)從 到 的隨機(jī)數(shù)，然后選擇概率最接近隨機(jī)數(shù)的輸出鏈路。 ? 隨機(jī)走動(dòng)法 路由器隨機(jī)地選擇一條鏈路作為轉(zhuǎn)發(fā)的路由。對(duì)于路由器或鏈路 可能發(fā)生的故障，隨機(jī)走動(dòng)法非常有效，它使得路由算法具有較好的穩(wěn)健性。 13 動(dòng)態(tài)路由算法 ? 距離向量算法（ VD路由算法） 1. 該算法要求路由器之間周期性地交換信息 2. 交換信息中包括一張向量表，記錄了所有其他路由器到達(dá)本路由器的“距離” 3. “ 距離 ” 的度量是 “ 跳步數(shù) ” 或延遲，規(guī)定相鄰路由器之間的 “ 跳步數(shù) ” 為 1。 “距離”表示的是一種傳送代價(jià)。 4. 每個(gè)路由器維護(hù)一張表，表中記錄了到達(dá)目的地的各種路由選擇以及相應(yīng)的距離。給出了到達(dá)每個(gè)目的地的已知最佳距離 D(i,j)和最佳線路 k，通過與鄰接路由器交換信息來(lái)更新表。 5. 節(jié)點(diǎn) i：路由 器自身；節(jié)點(diǎn) j：目的節(jié)點(diǎn)；節(jié)點(diǎn) k：節(jié)點(diǎn) i 的相鄰節(jié)點(diǎn)。 6. D(i,j)=min(d(i,k)+D(k,j))。 d(i,k)相鄰節(jié)點(diǎn)距離，通過與鄰接路由器交換信息得到。 7. 節(jié)點(diǎn) i 通過交換信息得知節(jié)點(diǎn) k出故障， d(i,k)=∞, 通過重新計(jì)算 D’(i,j) ，找到新的最佳線路 s，改變表中記錄為 D’(i,j) ， s。 8. 節(jié)點(diǎn) k 的相鄰節(jié)點(diǎn)出故障導(dǎo)致 D(k,j)改變，重新計(jì)算 D’(i,j) ，有兩種可能結(jié)果：找到新的最佳線路 s，改變表中記錄為 D’(i,j) ， s； k仍為最佳線路，改變表中記錄為 D’(i,j) ， k。 慢收斂問題：好消 息傳播快，壞消息傳播慢 水平分割法解決慢收斂 特殊規(guī)定：如果 C 通過 B 與 A 相連，則 C 向 B 報(bào)告與 A 的距離為 ∞， C 向其他路由器報(bào)告與 A的距離仍為 2。即每個(gè)路由器準(zhǔn)備兩套報(bào)告方案。 對(duì) C 而言，情況如圖所示 LS 算法： ? VS 算法的缺陷在于每個(gè)路由器不知道全網(wǎng)的狀態(tài)鏈路狀態(tài)算法（ LS 算法）解決了這個(gè)問題。 ? LS 算法 基本思想：通過節(jié)點(diǎn)之間的路由信息交換，每個(gè)節(jié)點(diǎn)可獲得關(guān)于全網(wǎng)的拓?fù)湫畔?，得知網(wǎng)中所有的節(jié)點(diǎn)、各節(jié)點(diǎn)間的鏈路連接和各條鏈路的代價(jià) (時(shí)延、費(fèi)用等 )，將這些拓?fù)湫畔⒊橄蟪梢粡垘?quán)無(wú)向圖，在需要傳數(shù) 據(jù)時(shí)，利用最短通路路由選擇算法 (Dijkstra 算法 )計(jì)算出到達(dá)各個(gè)目的節(jié)點(diǎn)的最短通路。 ? 發(fā)現(xiàn)相鄰路由器 通過向鄰居發(fā)問候（ hello）報(bào)文，從應(yīng)答報(bào)文可知道相鄰路由器 ? 測(cè)量距離 通過向相鄰路由器發(fā)回應(yīng)（ echo）報(bào)文，計(jì)算延遲時(shí)間 ? 構(gòu)造鏈路狀態(tài)報(bào)文 根據(jù)相鄰路由器的延遲，構(gòu)造鏈路狀態(tài)報(bào)文 ? 廣播鏈路狀態(tài)報(bào)文 每個(gè)路由器利用洪泛法向外界廣播。 廣播的問題是產(chǎn)生大量重復(fù)報(bào)文，必須想辦法消除。 每個(gè)路由器收到別的路由器發(fā)來(lái)的鏈路狀態(tài)報(bào)文，將兩個(gè)序號(hào)進(jìn)行比較，新到的報(bào)文序號(hào)小于等于保留的序號(hào)，說(shuō)明是重 復(fù)報(bào)文，丟棄；否則，向外廣播。 ? 計(jì)算新路由 每個(gè)路由器都可以獲得其它路由器發(fā)出的鏈路狀態(tài)報(bào)文，每個(gè)路由器都可以據(jù)此構(gòu)造出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，利用最短路徑算法（ Dijkstra）算出所有目的路由器最短路徑，建立新的路由表。 ? 每個(gè)路由器用問候（ hello）報(bào)文和回應(yīng)（ echo）報(bào)文定期（ 10 秒）訪問相鄰路由器。若 40 秒鐘未收到相鄰路由器用問候報(bào)文，則認(rèn)為該路由器不可達(dá)，修改鏈路狀態(tài)。 ? 任何路由器發(fā)現(xiàn)鏈路狀態(tài)有變化，才向外發(fā)廣播 IP 地址 ? 定義，作用，表現(xiàn)形式，分類