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主要任务
主要任务是把分组从源端传到目的端#xff0c;为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
分组和数据报的关系#xff1a;把数据报进行切割之后#xff0c;就是分组。
主要功能#xff1a;
路由选择与分组转发
路由器…网络层功能概述
主要任务
主要任务是把分组从源端传到目的端为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
分组和数据报的关系把数据报进行切割之后就是分组。
主要功能
路由选择与分组转发
路由器主要完成两个功能:是路由选择 (确定哪一 条路径)二是分组转发 (当一个分组 到达时所采取的动作)。
1)路由选择。指按照复杂的分布式算法根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络拓扑的变化情况动态地改变所选择的路由。2)分组转发。指路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。
路由表是根据路由选择算法得出的而转发表是从路由表得出的。 路由表则需要对网络拓扑变化的计算最优化,转发表的结构应当使查找过程最优化。 在讨论路由选择的原理时往往不去区分转发表和路由表而是笼统地使用路由表一词。 异构网络互联
所谓异构网络互联是指将两个以上的不同的计算机网络通过一定的方法 用一种或多种通信处理设备(即中间设备)相互连接起来以构成更大的网络系统。中间设备又称中间系统或中继系统。 根据所在的层次中继系统分为以下4种:
1)物理层中继系统:中继器集线器(Hub)。2)数据链路层中继系统:网桥或交换机。3)网络层中继系统:路由器。4)网络层以上的中继系统:网关。
网络互联通常是指用路由器进行网络互联和路由选择。 路由器是一一台专用计算机用于在互联网中进行路由选择。
拥塞控制
在通信子网中因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞。判断网络是否进入拥塞状态的方法是观察网络的吞吐量与网络负载的关系:如果随着网络负载的增加网络的吞吐量明显小于正常的吞吐量那么网络就可能已进入“轻度拥塞”状态;如果网络的负载继续增大而网络的吞吐量下降到零那么网络就可能已进入死锁状态。拥塞控制的作用是确保子网能够承载所达到的流量这是一一个全局性的过程涉及各方面的行为:主机、路由器及路由器内部的转发处理过程等。单一地增加资源并不能解决拥塞。流量控制和拥塞控制的区别:
流量控制往往是指在发送端和接收端之间的点对点通信量的控制。流量控制所要做的是抑制发送端发送数据的速率以便使接收端来得及接收。拥塞控制必须确保通信子网能够传送待传送的数据是一个全局性的问题涉及网络中所有的主机、路由器及导致网络传输能力下降的所有因素。
拥塞控制的方法有两种:
开环控制。在设计网络时事先将有关发生拥塞的因素考虑周到力求网络在工作时不产生拥塞。这是一种静态的预防方法。一旦整个系统启动并运行中途就不再需要修改。开环控制手段包括确定何时可接收新流量、何时可丢弃分组及丢弃哪些分组确定何种调度决策等。所有这些手段的共性是在做决定时不考虑当前网络的状态。闭环控制。事先不考虑有关发生拥塞的各种因素采用监测网络系统去监视及时检测哪里发生了拥塞然后将拥塞信息传到合适的地方以便调整网络系统的运行并解决出现的问题。闭环控制是基于反馈环路的概念是一种动态的方法。
数据交换方式
电路交换 优缺点 报文交换 数据交换的单位是报文报文携带有源地址目标地址数据等信息。报文交换的主要特点是存储接受到的报文判断其目标地址以选择路由最后在下一跳路由空闲时将数据转发给下一跳路由。 中文名报文交换外文名Message switching。报文交换技术的优点如下:
无须建立连接。报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路不存在建立连接时延用户可以随时发送报文。动态分配线路。当发送方把报文交给交换设备时交换设备先存储整个报文然后选择一条合适的空闲线路将报文发送出去。提高线路可靠性。如果某条传输路径发生故障那么可重新选择另一条路径传输数据因此提高了传输的可靠性。提高线路利用率。通信双方不是固定占有一条通信线路而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通道因而大大提高了通信线路的利用率。提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址这在电路交换中是很难实现的。
报文交换技术的缺点如下:
由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程因此会引起转发时延(包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等)。报文交换对报文的大小没有限制这就要求网络结点需要有较大的缓存空间。
注意:报文交换主要使用在早期的电报通信网中现在较少使用通常被较先进的分组交换 方式所取代。 分组交换 同报文交换一样分组交换也采用存储转发方式但解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传送的数据块大小的上限把大的数据块划分为合理的小数据块再加上一些必要的控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等)构成分组(Packet)。 网络结点根据控制信息把分组送到下一结点下一结点接收到分组后暂时保存并排队等待传输然后根据分组控制信息选择它的下一个结点直到到达目的结点。到达目地之后的数据分组再重新组合起来形成一条完整的数据。分组交换的优点如下:
无建立时延。不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路不存在连接建立时延用户可随时发送分组。线路利用率高。通信双方不是固定占有- -条通信线路而是在不同的时间一-段一段地部分占有这条物理通路因而大大提高了通信线路的利用率。简化了存储管理(相对于报文交换)。因为分组的长度固定相应的缓冲区的大小也固定在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理相对比较容易。加速传输。分组是逐个传输的可以使后-一个分组的存储操作与前一一个分组的转发操作并行这种流水线方式减少了报文的传输时间。此外传输一个分组所 需的缓冲区比传输一次报文所需的缓冲区小得多这样因缓冲区不足而等待发送的概率及时间也必然少得多。减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短其出错概率必然减小所以每次重发的数据量也就大大减少这样不仅提高了可靠性也减少了传输时延。
分组交换的缺点如下:
存在传输时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延少但相对于电路交换仍存在存储转发时延而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。需要传输额外的信息量。每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息从而构成分组因此使得传送的信息量增大了5%~10%一定程度上降低了通信效率增加了处理的时间使控制复杂时延增加。当分组交换采用数据报服务时可能会出现失序、丢失或重复分组分组到达目的结点时要对分组按编号进行排序等工作因此很麻烦。若采用虚电路服务虽无失序问题但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。
分组交换根据其通信子网向端点系统提供的服务还可进一步分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。这两种服务方式都由网络层提供。要注意数据报方式和虚电路方式是分组 交换的两种方式。 1数据报 作为通信子网用户的端系统发送一个报文时在端系统中实现的高层协议先把报文拆成若干 带有序号的数据单元并在网络层加上地址等控制信息后形成数据报分组(即网络层PDU)。中 间结点存储分组很短一段时间找到最佳的路由后尽快转发每个分组。不同的分组可以走不同 的路径也可以按不同的顺序到达目的结点。 2虚电路 在虚电路方式中端系统每次建立虚电路时选择一个未用过的虚电路号分配给该虛电路以区别于本系统中的其他虚电路。在传送数据时每个数据分组不仅要有分组号、校验和等控制信息还要有它要通过的虚电路号以区别于其他虚电路上的分组。在虚电路网络中的每个结点上都维持–张虚电路表表中的每项记录了一个打开的虚电路的信息包括在接收链路和发送链路上的虚电路号、前一结点和下一结点的标识。数据的传输是双向进行的上述信息是在虚电路的建立过程中确定的。虚电路之所以是“虚”的是因为这条电路不是专用的每个结点到其他结点之间的链路可能同时有若干虚电路通过也可能同时与多个结点之间建立虚电路。每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务这些虚电路的实际路由可能相同也可能不同
3数据报服务和虛电路服务的比较 IPV4
TCP/IP协议栈
首先我们了解一下IP在TCP/IP中的位置 IPv4分组
网络层将传输层的数据打包后如果数据很小可以称为IP数据报如果数据过大则进行分片每一片称为IPv4分组。一般数据都比较多大部分情况都是分组。
1IPv4分组格式
一个IP分组由首部和数据两部分组成。首部前一部分的长度固定共20B是所有IP分组必须具有的。在首部固定部分的后面是一些可选字段其长度可变用来提供错误检测及安全等机制。 IP首部的部分重要字段含义如下:
版本。占4位。指IP的版本目前广泛使用的版本号为4。首部长度。占4位。以4B为单位最大值为60B (15*4B)。最常用的首部长度是20B,此时不使用任何选项(即可选字段)。总长度。占16位。指首部和数据之和的长度单位为B因此数据报的最大长度为2的16次方-1 65535B。以太网帧的最大传送单元(MTU)为1500B因此当一个IP数据报封装成帧时数据报的总长度(首部加数据) 一定不能超过下面数据链路层的MTU值。标识。占16位。它是一个计数器每产生一个数据报就加1,并赋值给标识字段。但它并不是“序号”(因为IP是无连接服务)。当一个数据报的长度超过网络的MTU时必须分片此时每个数据报片都复制一次标识号 以便能正确重装成原来的数据报。标志。占3位。标志字段的最低位为MF, MF 1表示后面还有分片MF 0表示最后一个分片。” 标志字段中间的一位是DF,只有当DF 0时才允许分片。片偏移。占13位。它指出较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以8个字节为偏移单位,8B即每个分片的长度一定是8B (64 位)的整数倍。首部校验和。占16位。IP数据报的首部校验和只校验分组的首部而不校验数据部分。生存时间(TTL)。占8位。数据报在网络中可通过的路由器数的最大值标识分组在网络中的寿命以确保分组不会永远在网络中循环。路由器在转发分组前先把TTL减1。若TTL被减为0则该分组必须丢弃。协议。占8位。指出此分组携带的数据使用何种协议即分组的数据部分应交给哪个传输层协议如TCP、UDP等。其中值为6表示TCP,值为17表示UDP。源地址字段。占4B标识发送方的IP地址。目的地址字段。占4B标识接收方的IP地址。
2IP数据报分片
一个链路层数据报能承载的最大数据量称为最大传送单元(MTU)。因为IP数据报被封装在链路层数据报中因此链路层的MTU严格地限制着IP数据报的长度而且在IP数据报的源与目的地路径上的各段链路可能使用不同的链路层协议有不同的MTU。例如以太网的MTU为1500B而许多广域网的MTU不超过576B。当IP数据报的总长度大于链路MTU时就需要将IP数据报中的数据分装在两个或多个较小的IP数据报中这些较小的数据报称为片。 中间三个的含义 下面通过一个例题来加深理解。
主要看偏移量。
数据部分的第一个字节位置为0。所以数据报片1的偏移量为0。 数据报片2起始地址为1400B。 偏移量单位为8B,所以偏移量为1400/8175。 数据报片3同理。 3网络层转发分组的流程
网络层的路由器执行的分组转发算法如下:
1)从数据报的首部提取目的主机的IP地址D得出目的网络地址N。2)若网络N与此路由器直接相连则把数据报直接交付给目的主机D这称为路由器的直接交付;否则是间接交付执行步骤3)。3)若路由表中有目的地址为D的特定主机路由(对特定的目的主机指明一个特定的路由通常是为了控制或测试网络或出于安全考虑才采用的)则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器;否则执行步骤4)。4)若路由表中有到达网络N的路由则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器;否则执行步骤5)。5)若路由表中有一个默认路由则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器;否则执行步骤6)。6)报告转发分组出错。 注意:得到下一跳路由器的IP 地址后并不是直接将该地址填入待发送的数据报而是将该IP地址转换成MAC地址(通过ARP)将其放到MAC帧首部中然后根据这个MAC地址找到下一跳路由器。在不同网络中传送时MAC帧中的源地址和目的地址要发生变化但是网桥在转发帧时不改变帧的源地址请注意区分。 IPv4与NAT
1IPv4地址
① 组成与分类 连接到因特网上的每台主机(或路由器)都分配一个32比特的全球唯一标识符即IP地址。传统的IP地址是分类的地址分为A、B、C、D、E五类。 无论哪类IP地址都由网络号和主机号两部分组成。即IP地址:: {网络号, 主机号}。其中网络号标志主机(或路由器)所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。主机号标志该主机(或路由器)。一台主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。由此可见一个IP地址在整个因特网范围内是唯–的。 IP地址的分类 ② 特殊地址
在各类IP地址中有些IP地址具有特殊用途不用做主机的IP地址: ③ 常用IP地址ABC使用范围
常用的三种类别IP地址的使用范围见表 A类地址可用的网络数为2的7次方-2减2的原因是:第一网络号字段全为0的IP地址是保留地址意思是“本网络”;第二网络号为127的IP地址是环回测试地址。B类地址的可用网络数为2的14次方-1减1的原因是128.0这个网络号是不可指派的。C类地址的可用网络数为2的21次方-1,减1的原因是网络号为192.0.0 的网络是不可指派的。
④ IP地址的重要特点
IP地址有以下重要特点:
每个IP地址都由网络号和主机号两部分组成因此IP地址是–种分等级的地址结构。分等级的好处是:①IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号(第一级) 而主机号(第二级)则由得到该网络的单位自行分配方便了IP 地址的管理;②路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目标主机号)从而减小了路由表所占的存储空间。IP 地址是标志一台主机(或路由器)和一条链路的接口。当一台主机同时连接到两个网络时该主机就必须同时具有两个相应的IP地址每个IP地址的网络号必须与所在网络的网络号相同且这两个IP地址的网络号是不同的。因此IP网络上的一一个路由器必然至少应具有两个IP地址(路由器每个端口必须至少分配一个IP地址)。用转发器或桥接器(网桥等)连接的若干LAN仍然是同一个网络(同一个广播域)因此该LAN中所有主机的IP地址的网络号必须相同但主机号必须不同。在IP地址中所有分配到网络号的网络(无论是LAN还是WAN)都是平等的。在同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的。路由器总是具有两个或两个以上的IP地址路由器的每个端口都有一个不同网络号的IP地址。
2网络地址转换—NAT
① NAT简介
网络地址转换(NAT)是指通过将专用网络地址(如Intranet)转换为公用地址(如Internet),从而对外隐藏内部管理的IP地址。它使得整个专用网只需要一个全球IP地址就可以与因特网连通由于专用网本地IP地址是可重用的所以NAT大大节省了IP地址的消耗。同时它隐藏了内部网络结构从而降低了内部网络受到攻击的风险。
② 私有IP地址
此外为了网络安全划出了部分IP地址为私有IP地址。私有IP地址只用于LAN,不用于WAN连接(因此私有IP地址不能直接用于Internet,必须通过网关利用NAT把私有IP地址转换为Internet中合法的全球IP地址后才能用于Internet), 并且允许私有IP地址被LAN重复使用。这有效地解决了IP地址不足的问题。私有IP地址网段如下:
③ 专用互联网/本地互联网
在因特网中的所有路由器对目的地址是私有地址的数据报一律不进行转发。这种采用私有IP地址的互联网络称为专用互联网或本地互联网。私有IP地址也称可重用地址。
④ 如何实现私有IP地址上网
网络地址转换NAT(Network Address Translation) : 在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器它至少有一个有效的外部全球IP地址。 实现原理 使用本地地址的主机和外界通信时·NAT路由器使用NAT转换表将本地地址转换成全球地址或将全球地址转换成本地地址。NAT转换表中存放着{本地IP地址:端口}到{全球IP地址:端口}的映射。通过{ip地址:端口}这样的映射方式可让多个私有IP地址映射到同一一个全球IP地址。
子网划分与子网掩码、CIDR
1子网划分
两级IP地址的缺点:IP地址空间的利用率有时很低;给每个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而使网络性能变坏;两级的IP地址不够灵活。 从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”使两级IP地址变成了三级IP地址。这种做法称为子网划分。子网划分已成为因特网的正式标准协议
子网划分的基本思路
●子网划分纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。 ●从主机号借用若干比特作为子网号当然主机号也就相应减少了相同的比特。三级IP地址的结构如下: IP地址{网络号,子网号, 主机号}。 ●凡是从其他网络发送给本单位某台主机的IP数据报,仍然是根据IP数据报的目的网络号先找到连接到本单位网络上的路由器。然后该路由器在收到IP数据报后按目的网络号.和子网号找到目的子网。最后把IP数据报直接交付给目的主机。 2子网掩码
子网掩码与IP地址逐位相与就得到子网网络地址。
与运算
1 AND 1 11 AND 0 00 AND 1 00 AND 0 0
这些规则与逻辑与运算的规则是一致的因为二进制系统中的0和1可以看作是逻辑假和逻辑真的表示。在二进制与运算中只有当两个比较的位都是1时结果位才是1否则结果位是0。 使用子网时的分组转发
由于子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性所以路由器在相互之间交换路由信息时必须把自己所在网络(或子网)的子网掩码告诉对方。路由表中的每个条目除要给出目的网络地址和下一跳地址外还要同时给出该目的网络的子网掩码。
在使用子网掩码的情况下:
1)一台主机在设置IP地址信息的同时必须设置子网掩码。2)同属于一个子网的所有主机及路由器的相应端口必须设置相同的子网掩码。3)路由器的路由表中所包含信息的主要内容必须有目的网络地址、子网掩码、下一 跳地址。
使用子网掩码时路由器的分组转发算法如下:
1)从收到的分组的首部提取目的IP地址记为D。2)先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查:用各网络的子网掩码和D逐位相“与”看结果是否和相应的网络地址匹配。若匹配则将分组直接交付否则间接交付执行步骤3)。3)若路由表中有目的地址为D的特定主机路由则将分组传送给路由表中所指明的下一跳路由器;否则执行4)。4)对路由表中的每一行(目的网络地址、子网掩码、下一跳地址)中的子网掩码和D逐位相“与”其结果为N。若N与该行的目的网络地址匹配则将分组传送给该行指明的下一跳路由器;否则执行步骤5)。5)若路由表中有一个默认路由则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器;否则执行步骤6)。6)报告转发分组出错。 3无分类域间路由选择CIDR
为什么要发明CIDR?
在域名系统出现之后的第一个十年里基于分类网络进行地址分配和路由IP数据包的设计就已明显显得可扩充性不足 。为了解决这个问题互联网工程工作小组在1993年发布了一新系列的标准以定义新的分配IP地址块和路由IPv4数据包的方法。一个IP地址包含两部分标识网络的前缀和紧接着的在这个网络内的主机地址。在之前的分类网络中IP地址的分配把IP地址的32位按每8位为一段分开。这使得前缀必须为816或者24位。因此可分配的最小的地址块有25624位前缀8位主机地址2^8^256个地址而这对大多数企业来说太少了。大一点的地址块包含6553616位前缀16位主机2^16^65536个地址而这对大公司来说都太多了。这导致不能充分使用IP地址和在路由上的不便因为大量的需要单独路由的小型网络C类网络因在地域上分得很开而很难进行聚合路由于是给路由设备增加了很多负担。 构成超网 路由器根据路由表转发的CIDR原则 例题 前24位为网络前缀后8位又进行了子网划分。通过子网掩码来确定子网的位数。248转换为二进制为 11111000。 子网位数为5最大子网个数为 2^5 32, 分配地址个数 为 2^3 -26。 (减2 是因为不能全为0或全为1)。 地址解析协议—ARP协议
首先我们得了解一下IP地址与硬件地址的概念
IP地址是网络层使用的地址它是分层次等级的。硬件地址是数据链路层使用的地址(如MAC地址)它是平面式的。在网络层及网络层之上使用IP地址IP地址放在IP数据报的首部而MAC地址放在MAC帧的首部。通过数据封装把IP数据报分组封装为MAC帧后数据链路层看不见数据报分组中的IP地址。
由于在实际网络的链路上传送数据帧时最终必须使用MAC地址如图所示。因此我们需要一种协议来获取MAC地址。 ARP协议 : 完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。
ARP协议使用过程: 检查ARP高速缓存有对应表项则写入MAC帧没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组源主机收到后将此映射写入ARP缓存(10-20min更新一次。
ARP协议4种典型情况:
主机A发给本网络上的主机B:用ARP找到主机B的硬件地址;主机A发给另一网络上的主机B:用ARP找到本网络上一个路由器网关的硬件地址;路由器发给本网络的主机A:用ARP找到主机A的硬件地址;路由器发给另一网络的主机B:用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。
具体过程如图所示 例题 动态主机配置协议—DHCP协议
主机可以静态和动态地获取IP地址。静态是管理员事先分配好主机的IP地址子网掩码默认网关等。动态则是依靠DHCP协议来完成的。接下来介绍一下DHCP协议。
动态主机配置协议DHCP是应用层协议使用客户/服务器方式客户端和服务端通过广播方式进行交互基于UDP。DHCP提供即插即用联网的机制主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址,允许地址重用支持移动用户加入网络支持在用地址续租。
使用过程 网际控制报文协议— ICMP
为了提高IP数据报交付成功的机会在网络层使用了网际控制报文协议(Internet Control Message Protocol, ICMP)来让主机或路由器报告差错和异常情况。 ICMP 报文作为IP层数据报的数据加上数据报的首部组成IP数据报发送出去。ICMP是IP层协议。 从图中可以看出ICMP报文分为差错报文和询问报文。
1ICMP差错报告报文 差错报文构成 不发送ICMP报文的情况
对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。对具有特殊地址如127.0.0.0或0.0.0.0的数据报不发送ICMP差错报告报文
2ICMP询问报文 ICMP的应用 IPv6
思维导图 IPv6从根本上解决了IPv4地址不够用的问题。
数据报格式 详细的数据报格式
IPv4和IPv6的区别
IPv6将地址从32位4B扩大到128位16B更大的地址空间。IPv6将IPv4的校验和字段彻底移除以减少每跳的处理时间。lPv6将IPv4的可选字段移出首部变成了扩展首部成为灵活的首部格式路由器通常不对扩展首部进行检查大大提高了路由器的处理效率。IPv6支持即插即用即自动配置不需要DHCP协议。IPv6首部长度必须是8B的整数倍IPv4首部是4B的整数倍。IPv6只能在主机处分片IPv4可以在路由器和主机处分片。ICMPv6:附加报文类型“分组过大”。IPv6支持资源的预分配支持实时视像等要求保证一定的带宽和时延的应用。IPv6取消了协议字段改成下一个首部字段。IPv6取消了总长度字段改用有效载荷长度字段。IPv6取消了服务类型字段。
IPv6的表示形式 IPV6基本地址类型
IPv6数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一
1)单播。单播就是传统的点对点通信。2)多播。多播是一点对多点的通信分组被交付到一-组计算机的每台计算机。3)任播。这是IPv6增加的一-种类型。任播的目的站是-组计算机但数据报在交付时只交付其中的一台计算机通常是距离最近的一台计算机。
IPV6向IPV4过滤的策略
双栈协议
双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用lPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话这台设备既能和IPv4网络通信又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器那么这台路由器的不同接口上分别配置了IPv4地址和IPv6地址并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址并具备同时处理这两个协议地址的功能。
隧道技术
通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据或负载)可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。意思就是将IPv6作为IPv4的数据部分继续传输。到时候解封装。
路由协议
概述
路由选择协议的引入
为了解决自治系统内部和外部之间的通信问题而创建的协议 作用 每一个路由里边都有一张路由表。表的结构如下图所示。由路由算法来填写表中内容找出最佳路径。
分类 分层次的路由选择协议
出现原因
(1因特网规模很大 (2许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议但还想连入因特网
解决办法
自治系统AS:在单一的技术管理下的一组路由器而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由。
一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须连通。
路由信息协议—RIP协议
概述
RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议是因特网的协议标准最大优点是简单。
RIP协议要求网络中每一个路由器都维护从它自己到其他每一个目的网络的唯一最佳距离记录(即一组距离。距离:通常为“跳数”即从源端口到目的端口所经过的路由器个数经过一个路由器跳数1。特别的从一路由器到直接连接的网络距离为1。RIP允许一条路由最多只能包含15个路由器因此距离为16表示网络不可达。
RIP的特点:当网络出现故障时要经过比较长的时间(例如数分钟)才能将此信息传送到所有的路由器好消息传得快坏消息传得慢“慢收敛”。 RIP协议和谁交换交换什么多久交换一次 距离向量算法 RIP协议的路由表更新是基于距离向量算法实现的它的具体过程
例题 RIP协议的报文格式 开放最短路径优先协议—OSPF协议
OSPF协议概述及其特点
开放最短路径优先OSPF协议 :“开放”标明OSPF协议不是受某一家厂商控制而是公开发表的 ; “最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。
OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议。 链路状态路由算法
每个路由器发现它的邻居结点【HELLO问候分组】并了解邻居节点的网络地址。设置到它的每个邻居的成本度量metric。构造【DD数据库描述分组】向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息。如果DD分组中的摘要自己都有则邻站不做处理;如果有没有的或者是更新的则发送【LSR链路状态请求分组】请求自己没有的和比自己更新的信息。收到邻站的LSR分组后发送【LSu链路状态更新分组】进行更新。更新完毕后邻站返回一个【LSAck链路状态确认分组】进行确认。
只要一个路由器的链路状态发生变化:
泛洪发送【LSu链路状态更新分组】进行更新。更新完毕后其他站返回一个【LSAck链路状态确认分组】进行确认。使用Dijkstra根据自己的链路状态数据库构造到其他节点间的最短路径。
其他特点
OSPF直接用IP数据报传送。每隔30min要刷新一次数据库中的链路状态。由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。OSPF不存在坏消息传的慢的问题它的收敛速度很快。
边界网关协议—BGP协议
自治系统之间的使用的协议就是BGP协议。 交换对象 交换信息的过程
BGP所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所要经过的一系列AS。当BGP发言人互相交换了网络可达性的信息后各BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各AS的较好路由。如图所示。 特点
BGP支持CIDR因此BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。在 BGP刚刚运行时BGP的邻站是交换整个的 BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销都有好处。
BGP协议报文格式 BGP-4的四种报文 RIP、OSPF、BGP协议比较
RIP是一种分布式的基于距离向量的内部网关路由选择协议通过广播UDP报文来交换路由信息。OSPF是一个内部网关协议要交换的信息量较大应使报文的长度尽量短所以不使用传输层协议如UDP或TCP)而是直接采用IP。BGP是一个外部网关协议在不同的自治系统之间交换路由信息由于网络环境复杂需要保证可靠传输所以采用TCP。 IP组播
IP数据报的三种传输方式
单播 一对一广播 一对多多指的所有组播 一对多多指的特定主机 以用户看视频为例进一步了解单播、广播和多播三种传输方式为了能够支持像视频点播和视频会议这样的多媒体应用网络必须实施某种有效的组播机制。使用多个单播传送来仿真组播总是可能的但这会引起主机上大量的处理开销和网络上太多的交通量。人们所需要的组播机制是让源计算机一次发送的单个分组可以抵达用一个组地址标识的若干目标主机并被它们正确接收。 IGMP协议和组播路由选择协议
IGMP协议让路由器知道本局域网上是否有主机(的进程)参加或退出了某个组播组。
IGMP工作阶段 组播路由选择协议 组播路由选择选择协议常用的三种路由算法 移动IP
移动IP的相关术语 移动IP技术是移动结点(计算机/服务器等)以固定的网络IP地址实现跨越不同网段的漫游功能并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。
移动结点 具有永久IP地址的移动设备。归属代理本地代理) 一个移动结点拥有的就“居所”称为归属网络在归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体叫做归属代理。外部代理外地代理在外部网络中帮助移动节点完成移动管理功能的实体称为外部代理。永久地址归属地址/主地址)移动站点在归属网络中的原始地址。转交地址辅地址)移动站点在外部网络使用的临时地址。
2.通信过程 A进入外部网络 A进入下一个外部网络或者回到了归属网络 网络层设备
网络层设备主要是路由器。
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机其任务是转发分组。 三个设备之间的区别 路由表与路由转发
路由表根据路由选择算法得出的主要用途是路由选择总用软件来实现。结构如下图所示。 转发表由路由表得来可以用软件实现也可以用特殊的硬件来实现。转发表必须包含完成转发功能所必需的信息在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息的映射
