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《TCP/IP网络原理与应用》华中科技大学电信系2011.09《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3第三章、IP协议3.1IP数据报的交付3.2IP数据报的路由3.3路由器的部署与应用3.4IP数据报的差错控制《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3IP数据报的交付(Delivery)网络层交付一个数据报可以使用面向连接和或者无连接的网络服务面向连接一系列的分组从同一个源站一个接一个的发送到同一个目的站,前后分组在逻辑上是连接在一起的无连接网络协议独立的对待每个分组,分组之间没有关系,分组到目的站可以走不同的路径IP协议是无连接的协议《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3IP数据报的交付(Delivery)直接交付分组的目的站与发送站在同一个网络上间接交付分组的目的站与发送站不在同一个网络上,经由路由器到达目的站直接交付与间接交付《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3直接交付和间接交付间接交付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3第三章、IP协议3.1IP数据报的交付3.2IP数据报的路由3.3路由器的部署与应用3.4IP数据报的差错控制《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器概述路由器(Router)在网络层,用于实现网络层路由功能的网络互连设备被称为路由器路由是网络层最重要的功能。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3典型的路由器的结构路由选择路由选择处理机路由选择协议路由表3输入端口3交换结构输入端口输出端口分组转发转发表分组处理输出端口……11133122223——网络层2——数据链路层1——物理层《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3“转发”和“路由”转发(forwarding)根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。转发表是从路由表得出的通常硬件实现路由(routing)按照分布式算法,根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况,动态地改变所选择的路由路由表是根据路由选择算法得出的通常软件实现在讨论路由选择的原理时,往往不去区分转发表和路由表的区别《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器的存储转发路由器转发分组的步骤先按所要找的IP地址中的网络号net-id把目的网络找到。当分组到达目的网络后,再利用主机号host-id将数据报直接交付给目的主机。按照整数字节划分net-id字段和host-id字段,就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器的存储转发:队列管理若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率,则队列的存储空间最终必定减少到零,这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器的存储转发:网络拥塞网络中的拥塞(Congestion)当通信子网中的某一部分有太多的数据分组时,会导致网络性能的下降。拥塞会引起网络分组的丢失,在严重的情况下,会导致网络运行的瘫痪。拥塞控制(CongestionControl)端到端的解决方案:采取可靠的传输层控制协议,例如TCP的改进基于路由器的解决方案:采取不同的路由器队列管理策略(QueueManagement,例如RED算法),不同的队列调度策略(Scheduling,例如WFQ算法)《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器的路由功能:路由表在路由器中,所有有关如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来。这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。路由表的不同表项可给出到达不同目标网络所需要历经的路由器接口信息。路由表使得基于第三层地址的路径选择最终得以实现。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3网110.0.0.0网440.0.0.0网330.0.0.0网220.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳路由器的地址20.0.0.030.0.0.010.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付,接口1直接交付,接口0路由器R2的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路4链路3链路2链路1R2R3R101R2R3R1在路由表中,对每一条路由,最主要的是(目的网络地址,下一跳地址)《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器的路由功能:查找路由表路由器的某一个接口在收到帧后首先进行帧的拆封以便从中分离出相应的IP分组然后利用子网掩码求“与”方法从IP分组中提取出目标网络号将目标网络号与路由表进行比对看能否找到一种匹配,即确定是否存在一条到达目标网络的最佳路径信息。若存在匹配,则将IP分组重新进行封装成出去端口所期望的帧格式并将其从路由器相应端口转发出去;若不存在匹配,则将相应的IP分组丢弃。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3最长前缀匹配最长前缀匹配(longest-prefixmatching)使用CIDR时,路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由:最长前缀匹配。因为网络前缀越长,其地址块就越小,因而路由就越具体。又称为最长匹配或最佳匹配。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由表路由表中的路由信息是从可而来的呢?或者说,路由器如何生成并维持一个能正确反映网络拓扑与状态信息的路由表?有两种方式可用于路由表信息的生成和维护,即分别是静态路由和动态路由。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3静态路由网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项。要求网络管理员对网络的拓扑结构和网络状态有着非常清晰的了解;当网络连通状态发生变化时,静态路由的更新也要通过手工方式完成。通常被用于与外界网络只有唯一通道的所谓孤岛(STUB)网络,也可用作网络测试、网络安全或带宽管理的有效措施。当网络互连规模增大或网络中的变化因素增加时,静态路由也很难及时适应网络状态的变化。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3动态路由指路由器通过自主学习而获得的路由信息。通过在路由器上运行路由协议并进行相应的路由协议配置即可保证路由器自动生成并维护正确的路由信息。动态路由不仅能更好地适应网络状态的变化,如网络拓朴和网络流量的变化,同时也减少了人工生成与维护路由表的工作量。付出的代价:路由器之间为了交换和处理路由更新信息而带来的资源耗费,包括网络带宽和路由器本身资源的占用。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由协议在网络层用于动态生成路由表信息IP协议提供了逻辑寻址信息即告诉路由设备数据包要往何处去,但不能解决如何去的问题;路由协议提供了关于如何到达既定目标的路径信息。也就是说,为IP数据包到达目标网络提供了路径选择服务《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由选择算法路由协议的核心是路由选择算法。不同的路由选择算法通常会采用不同的评价因子、权重及算法思想来进行最佳路径的计算。常见的评价因子包括带宽、可靠性、延时、负载、跳数和费用等。在此,跳数(hop)是指所需经过的路由器数目。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3[应用]查看路由表netstat-r本选项可以显示关于路由表的信息routeprint显示有效路由《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3Netstat命令1、netstat的一些常用选项netstat-s本选项能够按照各个协议分别显示其统计数据。如果我们的应用程序(如Web浏览器)运行速度比较慢,或者不能显示Web页之类的数据,那么我们就可以用本选项来查看一下所显示的信息。我们需要仔细查看统计数据的各行,找到出错的关键字,进而确定问题所在。本选项用于显示关于以太网的统计数据。它列出的项目包括传送的数据报的总字节数、错误数、删除数、数据报的数量和广播的数量。这些统计数据既有发送的数据报数量,也有接收的数据报数量。这个选项可以用来统计一些基本的网络流量)《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3Netstat命令netstat-r本选项可以显示关于路由表的信息,类似于后面所讲使用routeprint命令时看到的信息。除了显示有效路由外,还显示当前有效的连接。netstat-a本选项显示一个所有的有效连接信息列表,包括已建立的连接(ESTABLISHED),也包括监听连接请求(LISTENING)的那些连接。netstat-n显示所有已建立的有效连接。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3[应用]维护路由表routeprint本命令用于显示路由表中的当前项目,在单路由器网段上的输出;由于用IP地址配置了网卡,因此所有的这些项目都是自动添加的。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3Route命令routeadd使用本命令,可以将信路由项目添加给路由表。routechange我们可以使用本命令来修改数据的传输路由routedelete使用本命令可以从路由表中删除路由。例如:routedelete209.98.32.33《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3[应用]调试目前的路由tracertIPaddress[-d]该命令返回到达IP地址所经过的路由器列表。通过使用-d选项,将更快地显示路由器路径,因为tracert不会尝试解析路径中路由器的名称。tracert一般用来检测故障的位置,我们可以用tracertIP在哪个环节上出了问题,虽然还是没有确定是什么问题,但它已经告诉了我们问题所在的地方《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3第三章、IP协议3.1IP数据报的交付3.2IP数据报的路由3.3路由器的部署与应用3.4IP数据报的差错控制《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器的部署与应用网络互相连接起来要使用一些中间设备中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。物理层中继系统:转发器(repeater)。数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。网络层中继系统:路由器(router)。网桥和路由器的混合物:桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统:网关(gateway)。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3网络互连使用路由器当中继系统是转发器或网桥时,一般并不称之为网络互连,因为这仅仅是把一个网络扩大了,而这仍然是一个网络。网关由于比较复杂,目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。由于历史的原因,许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3作用之一:提供异构网络的互连在物理上,路由器可提供多种网络的接口:如以太网口、令牌环网口、FDDI口、ATM口、串行连接口、SDH连接口、ISDN连接口等多种不同的接口。通过多种物理接口,路由器可以支持各种异构网络的互连,其典型的互连方式包括LAN-LAN、LAN-WAN和WAN-WAN等。在网络层能够实现基于IP协议的分组转发。《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3路由器实现异构网络互连的示例E0E1主机1主机2主机3主机18主机4主机5主机6T0主机19E0以太网1以太网2令牌环网路由器A路由器B主机20主机21以太网3S0S1E0路由器C《TCP/IP网络原理与应用》Lecture3示例说明
本文标题:《TCPIP网络原理与应用》
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