5.主机路由器如何获得IP地址

Chapter4NetworkLayerComputerNetworking:ATopDownApproach6theditionJimKurose,KeithRossAddison-WesleyMarch2012Anoteontheuseofthesepptslides:We’remakingtheseslidesfreelyavailabletoall(faculty,students,readers).They’reinPowerPointformsoyouseetheanimations;andcanadd,modify,anddeleteslides(includingthisone)andslidecontenttosuityourneeds.Theyobviouslyrepresentalotofworkonourpart.Inreturnforuse,weonlyaskthefollowing:Ifyouusetheseslides(e.g.,inaclass)thatyoumentiontheirsource(afterall,we’dlikepeopletouseourbook!)Ifyoupostanyslidesona(orperhapsidenticalto)ourslides,andnoteourcopyrightofthismaterial.Thanksandenjoy!JFK/KWRAllmaterialcopyright1996-2012J.FKuroseandK.W.Ross,AllRightsReservedNetworkLayer4-1NetworkLayer4-2Chapter4:NetworkLayerChaptergoals:理解网络层服务原理网络层服务模型网络层上的重要功能：转发和选路路由器工作原理选路算法因特网的网络层IP协议ICMP协议选路协议：RIP，OSPF，BGPNetworkLayer4-3Chapter4:NetworkLayer4.1Introduction4.2Virtualcircuitanddatagramnetworks4.3What’sinsidearouter4.4IP:InternetProtocolDatagramformatIPv4addressingICMPIPv64.5RoutingalgorithmsLinkstateDistanceVectorHierarchicalrouting4.6RoutingintheInternetRIPOSPFBGP4.7BroadcastandmulticastroutingNetworkLayer4-4网络层作用：将报文段从发送主机传送到接收主机每一台主机和路由器都运行网络层协议发送主机：将传输层报文段封装到网络层分组中，发送给边缘路由器路由器：将分组从输入链路转发到输出链路接收主机：从边缘路由器接收分组，取出报文段交付给传输层applicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalnetworkdatalinkphysicalNetworkLayer4-5网络层的两个主要功能选路:确定分组从源路由器到目的路由器的路径转发:将分组从路由器的输入端口转移到合适的输出端口交通的类比:选路：从出发地到目的地的路径规划过程转发:在通过路口时，从一条道路转移到另一条道路的过程NetworkLayer4-61230111valueinarrivingpacket’sheaderroutingalgorithmlocalforwardingtableheadervalueoutputlink01000101011110013221选路和转发的关系选路：计算转发表转发：根据转发表转运分组NetworkLayer4-7建立网络连接（某些网络）某些网络架构还存在第3个重要的功能：建立连接例如：ATM，帧中继，X.25在传输分组之前，两个端系统之间建立连接（建立传输需要的状态信息）网络层连接vs传输层连接:传输层连接：进程-进程，连接状态仅保存在端系统中网络层连接：主机-主机，连接状态保存在源主机、目的主机及所有中间路由器上NetworkLayer4-8网络服务模型网络服务模型定义了分组在发送主机与接收主机之间传输时的特性可对单个分组提供的服务保证交付具有时延上界的保证交付可对分组流提供的服务有序交付保证最小带宽保证最大时延抖动（分组端到端时延的最大差异）NetworkLayer4-9网络层服务模型举例NetworkArchitectureInternetATMATMServiceModelbesteffortCBRABRBandwidthnone恒定速率最小速率LossnoyesnoOrdernoyesyesTimingnoyesnoCongestionfeedbackno(inferredvialoss)无拥塞发生yesGuarantees?不同架构的网络提供的网络层服务可能不同同一个网络也可以提供不同的网络层服务NetworkLayer4-10Chapter4:NetworkLayer4.1Introduction4.2Virtualcircuitanddatagramnetworks4.3What’sinsidearouter4.4IP:InternetProtocolDatagramformatIPv4addressingICMPIPv64.5RoutingalgorithmsLinkstateDistanceVectorHierarchicalrouting4.6RoutingintheInternetRIPOSPFBGP4.7Broadcastandmulticastrouting面向连接的服务，无连接服务网络层服务主机-主机一个网络不能同时提供两种服务在网络核心实现传输层服务进程-进程可同时提供两种服务在网络边缘实现NetworkLayer4-11两种基本的网络类型：数据报网络：提供网络层无连接服务虚电路网络：提供网络层面向连接服务NetworkLayer4-12虚电路（Virtualcircuits）网络层连接称为虚电路虚电路是一条端到端路径，其行为类似于电话电路：传输分组前建立虚电路，传输结束后拆除虚电路每个路由器为经过它的虚电路维护状态路由器资源（带宽、缓存等）可以分配给虚电路，从而虚电路能提供可预期的网络服务。建立虚电路的本质是预先选好源主机到目的主机的路径，此后分组仅沿选好的路径传输，是否分配资源是可选的NetworkLayer4-13虚电路（VC）实现122232123VCnumberinterfacenumber一条虚电路由以下几部分组成:1.从源主机到目的主机的端到端路径2.途经每条链路时的虚电路号（用于区分经过该链路的不同虚电路，仅有本地意义）3.沿途每个路由器中的转发表项（进入端口，进入VC号，输出端口，输出VC号）NetworkLayer4-14虚电路转发122232123VCnumberinterfacenumberIncominginterfaceIncomingVC#OutgoinginterfaceOutgoingVC#11232226311837217197387…………左上角路由器中的转发表分组携带VC号，路由器利用输入端口和VC号查找转发表转发前，路由器使用输出链路上的VC号替换分组中的VC号NetworkLayer4-15虚电路:信令（signaling）协议信令报文：专门用于建立、维护、拆除虚电路的控制报文信令协议：交换信令报文的协议applicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical1.Initiatecall2.incomingcall3.Acceptcall4.Callconnected5.Dataflowbegins6.ReceivedataNetworkLayer4-16数据报网络分组携带目的主机地址，路由器按目的地址转发分组路由器中的转发表记录目的地址到输出链路的映射转发表被选路模块修改，约1～5分钟更新一次同一对主机之间传输的分组可能走不同的路径，从而可能重排序applicationtransportnetworkdatalinkphysicalapplicationtransportnetworkdatalinkphysical1.Senddata2.ReceivedataNetworkLayer4-17DatagramorVCnetwork:why?Internet（数据报网络）为计算机通信而设计：早期的网络应用均为弹性应用，对网络服务没有严格要求用户免费使用网络终端（计算机）具有智能可将复杂的工作（如差错控制）推到网络边缘，以保持网络核心简单ATM（虚电路网络）由电信网发展而来注重用户体验（用户付费），追求高质量服务终端无智能或很少智能复杂工作由网络完成，以保持终端简单数据报网络只提供最小服务的好处：1.可运行在各种链路之上2.增加新服务只涉及终端NetworkLayer4-18Chapter4:NetworkLayer4.1Introduction4.2Virtualcircuitanddatagramnetworks4.3What’sinsidearouter4.4IP:InternetProtocolDatagramformatIPv4addressingICMPIPv64.5RoutingalgorithmsLinkstateDistanceVectorHierarchicalrouting4.6RoutingintheInternetRIPOSPFBGP4.7BroadcastandmulticastroutingNetworkLayer4-19路由器架构概述路由器的两个主要功能:选路：运行选路协议，计算转发表转发：依据转发表，从输入链路到输出链路转发数据报NetworkLayer4-20输入端口功能Decentralizedswitching:查表：每块线卡（linecard）上都有转发表的一个镜像，查表仅在本地进行排队:当交换结构阻塞时，分组需在此排队转发：将分组从输入端口转移到输出端口（这个过程也称为交换，switch），具体交换方式与交换结构有关Physicallayer:比特流接收Datalinklayer:提取帧，处理帧，解封装NetworkLayer4-21三类交换结构通过共享内存交换现代路由器：使用多端口内存连接输入端口和输出端口，控制器在端口之间传输控制消息，如存储地址交换过程：输入端口将一个包放入内存，其接口硬件通过控制器发送一个消息，给出包在内存中的存放地址输出端口从指定的内存位置读取包，发回响应消息性能和代价取决于存储接口数目，仅适合小容量系统第一代路由器：由传统计算机构成，选路和交换都由CPU