【文章內(nèi)容簡介】 議 ， IP路由選擇就是靠這些路由算法 、 協(xié)議獲取路徑信息而維護路由表的完整性的。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 30 路由選擇協(xié)議 路由協(xié) 議 GGP EGP BGP RIP OSPF I GR P EIGRP 路由算 法 V D V D V D V0D L S V D L S 與 V D CGP ：網(wǎng)關到網(wǎng)關協(xié)議 OSPF ：開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議 EGP ：外部網(wǎng)關協(xié)議 IGRP ：內(nèi)部網(wǎng)關路由協(xié)議 BGP ：邊界網(wǎng)關協(xié)議 EIGRP ：增強型內(nèi)部網(wǎng)關路由協(xié)議 RIP ：路由信息協(xié)議 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 31 路由器 路由器的功能分成兩大類 : ：指施加在每個數(shù)據(jù)包上的操作。 這些功能一般用特定的硬件來完成 ， 功能包括轉(zhuǎn)發(fā)決定 、 背板轉(zhuǎn)發(fā)以及輸出鏈路調(diào)度等 。 ：指一些相對不常使用的功能 。 這些功能一般用軟件來實現(xiàn) ， 包括與相鄰路由器之間的信息交換 、 系統(tǒng)配置 、 系統(tǒng)管理等 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 32 路由器 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 33 數(shù)據(jù)通道功能 ? 轉(zhuǎn)發(fā)決定：當數(shù)據(jù)包抵達路由器時，它首先在轉(zhuǎn)發(fā)表中查找它的目的地址。若找到目的地址，那么就在數(shù)據(jù)包的前部添加下一跳的MAC地址， IP數(shù)據(jù)包頭的 TTL（ Time to Live） 域開始減數(shù)，并計算新的校驗和（ checksum）。 ? 背板轉(zhuǎn)發(fā)：數(shù)據(jù)包通過背板被轉(zhuǎn)發(fā)到它的輸出端口。當數(shù)據(jù)包等待通過背板轉(zhuǎn)發(fā)時，數(shù)據(jù)包需要進行排隊：若排隊空間不足，那么可能需要丟棄該包，或替代別的數(shù)據(jù)包。 ? 輸出鏈路調(diào)度：當數(shù)據(jù)包抵達輸出端口時，它需要按順序等待以便傳送到輸出鏈路上。在大多數(shù)路由器中，輸出端口保持先到先服務隊列，按數(shù)據(jù)包抵達的次序進行傳送。更先進的路由器可將數(shù)據(jù)包分成不同的流量隊列和優(yōu)先級，并精心安排每個數(shù)據(jù)包的離開時間以便滿足服務質(zhì)量（ QoS） 要求。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 34 路由器體系結(jié)構 (a) 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 35 路由器體系結(jié)構 (a) 采用共享中央總線、中央 CPU、 內(nèi)存及外圍線卡。中央 CPU必須執(zhí)行：過濾 /轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，根據(jù)需要修改數(shù)據(jù)包頭標，更新路由及地址數(shù)據(jù)庫，解釋管理數(shù)據(jù)包，響應 SNMP請求，生成管理數(shù)據(jù)包以及處理其他業(yè)務等功能；每塊線卡執(zhí)行 MAC層功能，用于將系統(tǒng)連至外面的鏈路。從輸入鏈路上抵達的數(shù)據(jù)包穿過共享總線抵達中央 CPU， CPU做出轉(zhuǎn)發(fā)決定。然后，數(shù)據(jù)包再次通過總線傳送到它的輸出線卡上。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 36 路由器體系結(jié)構 (a) 主要局限是： CPU必須處理每一個數(shù)據(jù)包，從而限制了系統(tǒng)的吞吐量；即使所有數(shù)據(jù)包是抵達同一線卡中的網(wǎng)絡接口，它們也必須兩次穿越系統(tǒng)總線，這將導致系統(tǒng)性能隨接口的增加而降低；轉(zhuǎn)發(fā)決定由軟件完成，受 CPU運行速率的限制；中央CPU出現(xiàn)故障將導致系統(tǒng)癱瘓。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 37 路由器體系結(jié)構 (b) 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 38 路由器體系結(jié)構 (c) 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 39 路由器體系結(jié)構 (c) 是目前最先進的路由器體系結(jié)構。它采用縱橫式交換結(jié)構替代共享總線，這樣就允許多個數(shù)據(jù)包同時通過總線進行傳送，從而極大地提高了系統(tǒng)的吞吐量，使系統(tǒng)的性能得到顯著提高，如 Cisco的GSR12022系列千兆位交換路由器就是根據(jù)這種結(jié)構來設計的。這種路由器內(nèi)部是無阻塞的，但需要采用合理的調(diào)度算法來解決行首HOL阻塞、輸入、輸出阻塞等影響系統(tǒng)性能的問題。 目前，最先進的路由器已將第二層的信元 /幀交換功能和第三層的智能路由與可伸縮性功能融為一體，提供高達千兆位的端口速率、服務質(zhì)量（ QoS） 和多播（ Multicasting） 能力，不斷滿足多媒體通信網(wǎng)絡的需要。路由器主要呈以下三種發(fā)展趨勢。第一種趨勢是越來越多的數(shù)據(jù)通道功能以硬件方式來實現(xiàn)；第二種趨勢是采用并行處理技術；第三種趨勢就是放棄使用共享總線，使用交換背板。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 40 路由器體系結(jié)構 (c) 是目前最先進的路由器體系結(jié)構。它采用縱橫式交換結(jié)構替代共享總線，這樣就允許多個數(shù)據(jù)包同時通過總線進行傳送，從而極大地提高了系統(tǒng)的吞吐量，使系統(tǒng)的性能得到顯著提高，如 Cisco的GSR12022系列千兆位交換路由器就是根據(jù)這種結(jié)構來設計的。這種路由器內(nèi)部是無阻塞的，但需要采用合理的調(diào)度算法來解決行首HOL阻塞、輸入、輸出阻塞等影響系統(tǒng)性能的問題。 目前，最先進的路由器已將第二層的信元 /幀交換功能和第三層的智能路由與可伸縮性功能融為一體，提供高達千兆位的端口速率、服務質(zhì)量（ QoS） 和多播（ Multicasting） 能力，不斷滿足多媒體通信網(wǎng)絡的需要。路由器主要呈以下三種發(fā)展趨勢。第一種趨勢是越來越多的數(shù)據(jù)通道功能以硬件方式來實現(xiàn)；第二種趨勢是采用并行處理技術；第三種趨勢就是放棄使用共享總線，使用交換背板。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 41 IPv6 1990年 ， IETF開始著手開發(fā) IP的新版本 ， 它的主要目標有[103]： 216。 即使地址空間分配的利用率不高 ， 也能夠支持上百億臺計算機； 216。 提供更好的安全性 （ 身份認證和隱私權 ） ； 216。 增加對服務類型的支持 ， 特別是實時服務； 216。 通過定義范圍來幫助多點播送的實現(xiàn)； 216。 讓移動主機可以不改變地址實現(xiàn)漫游； 216。 減小路由選擇表的長度； 簡化協(xié)議，使路由器處理分組更加迅速。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 42 IPv6 IPv6有比 IPv4更長的地址 ， 每個地址有 16字節(jié) （ 128位 ）， 這是一個幾乎無限的地址空間 ， 從而達到了最初的設計目標 。 IPv6對頭部作了簡化 ， 并加強了對選項的支持 。 通過將IPv4中一些必須的字段變?yōu)榭蛇x的 ， 讓中間路由器跳過這些選項 ， 加速了路由器處理分組的速度 。 IPv6在安全性方面有很大進步 ， 身份認證和隱私權是其關鍵特性 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 43 頭部格式 216。 IPv4中的協(xié)議字段沒有了 ， 因為下一個頭部中說明了最后一個 IP頭部后的數(shù)據(jù)應當交給什么協(xié)議處理 （ TCP或者 UDP） ； 216。 IPv6固定頭部的字段數(shù)目減少 ， 而且長度是固定的 。 因為原來的某些字段被放到擴展頭部中 ， 大多數(shù)情況下不需要中間路由器的處理； 216。 IPv4中所有與分段相關的字段都沒有了 ， 因為 IPv6使用另外一個方法來實現(xiàn)分段：所有使用 IPv6的機器都必須支持 1280字節(jié) （以前是 576字節(jié) ） 的分組 ， 如果某個主機發(fā)送了一個過大的分組 ，不能轉(zhuǎn)發(fā)該分組的路由器不再對其進行分段 ， 而是返回一個錯誤消息 ， 使源端主機分解所有發(fā)往原目的地的分組 。 這種方法遠比在分組傳輸過程中對其進行分段有效 。 校驗和字段也沒有了 ， 因為校驗和大大降低了性能 。 并且現(xiàn)在網(wǎng)絡的可靠性很高 ， 更何況鏈路層和傳輸層通常都有自己的校驗和 ， 因此 IPv6中大膽地省略了這個字段 。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 44 頭部格式 流標識下一個頭部有效載荷長度優(yōu)先權版本32比特站段限制源地址（16字節(jié)）目的地址（16字節(jié)） 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 45 IPv6的地址 IPv4的地址由網(wǎng)絡地址和主機地址組成 。 但地址的這種結(jié)構造成了一些浪費 。 因為一旦分配了網(wǎng)絡地址 ， 就意味著不管該網(wǎng)絡中的地址是否能夠得到充分利用 ， 其他人都不能夠使用； 網(wǎng)絡的發(fā)展速度非常快 ， 很多組織都使用多個 LAN，而且無線網(wǎng)絡的使用者越來越多 ， 這就帶來了靈活地和動態(tài)地分配 IP地址的問題； 通常 ， 一個主機只分配一個 IP地址 ， 但是有時候也需要給一個主機分配多個地址 ， 這更增加了對地址的需求。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 46 IPv6的地址 用途 前綴 在地址空間中所占比例 保留 （ 包括 I Pv4 ） 0000 0000 1/256 未指定 0000 0001 1/256 OSI NSAP 地址 0000 001 1/128 Novell NetW are IPX 地址 0000 010 1/128 未指定 0000 011 1/128 未指定 0000 1 1/32 未指定 0001 1/16 未指定 001 1/8 基于提供者單點播送的地址 010 1/8 未指定 011 1/8 基于地理的單點播送地址 100 1/8 未指定 101 1/8 未指定 110 1/8 未指定 1110 1/16 未指定 1111 0 1/32 未指定 1111 10 1/64 未指定 1111 110 1/128 未指定 1111 1110 0 1/512 鏈路本地 使用地址 1111 1110 1 0 1/1024 網(wǎng)點本地使用地址 1111 1110 1 1 1/1024 多點播送 1111 1111 1/256 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 47 IPv6的地址 為了便于書寫 ， 采用了新的地址標記方法 ， 即 8組 4位16進制數(shù) ， 比如： 8000： 0000： 0000： 0000： 0123： 4567： 89AB： CDEF 因為很多地址中都有 0， 所以可以使用一些簡化 ， 如： 216。 省略一組中的前幾個 0； 216。 用一對冒號代替一組或者多組全 0； 那么上述地址可以寫為： 8000::123:4567:89AB:CDEF。 與 IPv4兼容的地址可以寫為： ::。 2022/8/21 史忠植 高級計算機網(wǎng)絡 48 IPv6的地址 3010m提供者標識o用戶標識p子網(wǎng)標識1 2 5 m n o p接口標識n登記處標識1011111111010n0118n接口標識118nm接口標識1011111111011n0m子網(wǎng)標識32I P v 4