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计算机网络基础

计算机网络基础. 主讲人：杨华强 抚州职业技术学院　. 第五章 Internet TCP/IP 协议栈. 5.1 网络互连技术 5.2 网间互连协议 5.3 Inernet寻径 5.4 宽带IP网 5.5 Internet传输层协议. 5.3.1 因特网组网结构. LAN. LAN. 主干网. G1. G2. Gn. 自治系统. 自治系统. 自治系统. 138.220.2.0. 网络4 138.220.0.0. 网络2 202.212.2.0. G2. 网络1 138.210.0.0. 138.220.1.0.

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Presentation Transcript

  1. 计算机网络基础 主讲人：杨华强 抚州职业技术学院　

  2. 第五章 Internet TCP/IP协议栈 5.1 网络互连技术 5.2 网间互连协议 5.3 Inernet寻径 5.4 宽带IP网 5.5 Internet传输层协议

  3. 5.3.1 因特网组网结构 LAN LAN 主干网 G1 G2 Gn 自治系统 自治系统 自治系统

  4. 138.220.2.0 网络4 138.220.0.0 网络2 202.212.2.0 G2 网络1 138.210.0.0 138.220.1.0 202.212.2.5 138.215.1.8 G3 网络3 138.215.0.0 G1 138.206.1.0 网络5 138.206.0.0 138.210.1.0 138.215.1.5 由5个网络和3个网关（路由器）组成的互连网。G1网关与网络1（B类地址：网络号为138.210.0.0）、网络2 （C类地址：网络号为202.212.2.0）、网络3 （B类地址：网络号为138.215.0.0）直接相连。

  5. 当G1收到的数据报目的地址在上述网络号时，可立即将IP数据报封装入相应的物理网络的帧中，通过相应的端口送出，由物理网络直接寻径。当G1收到的数据报目的地址在上述网络号时，可立即将IP数据报封装入相应的物理网络的帧中，通过相应的端口送出，由物理网络直接寻径。 目的地网络 目的地网络号 寻径 网络1 138.210.0.0 直接传送 网络2 202.212.2.0 直接传送 网络3 138.215.0.0 直接传送 网络4 138.220.0.0 138.215.1.8 网络5 138.206.0.0 138.215.1.8

  6. G1到网络5需经过G2，G3，而表中只给出与G1有直接连接的G2地址，但其相对位置是确定的。G1到网络5需经过G2，G3，而表中只给出与G1有直接连接的G2地址，但其相对位置是确定的。 • 通过G2、G3的转发，IP数据报能正确到达网络5。 • 由此可知，网关内路由表对网络拓扑的描述是局部的，对互连网的把握是全局的。路由表的主要表目都是基于网络号，即每一表目对应一群主机。

  7. 什么是路由 • 路由是把信息从源穿过网络传递到目的的行为。发生在网络互联层。 • 网络层提供尽力的点到点分组传送，路由器的三个基本功能：存储store、路由routing、传输forwarding。 • 路由器之间的每一条线路都有一个有唯一确定的标识，路由器用这个编号作为网络地址，在源和目的之间传送信息。

  8. 路由和交换的比较

  9. 路由协议 • 路由动作括两项基本内容： • 寻径 　即判定到达目的地的最佳路径。路由选择协议 • 转发 　沿寻好的最佳路径传送信息分组。路由转发协议 通常所讲的路由协议，都指路由选择协议。

  10. F G C A E B H D 寻径——路径选择 • 指网络中节点根据通信子网的运行状况（可用的数据链路、各条链路中的信息流量），按照一定的策略选择一可用的传送路径，将信息发往目的地DTE。 路径选择发生在第三层，对于IP协议，选择基于IP地址。 路由器使用硬件对数据进行解封装、封装和选路工作，大大加快了速度

  11. 互联网层的选路 由左侧路由器进行选路，两条线路都可以使用，那么数据分组将采用多线路到达

  12. 互联网层的选路 当两条链路中的一条失效，路由器将相互通告这条失效的线路。左侧的路由器得到更新的信息后，将所有的数据通过可用的那条链路进行发送

  13. 转发——分组的转发 • 网络中路径选择的方式有两种： • 直接寻径：源主机与目的主机在相同网络中。 • 在物理网络内部确定主机间的数据传输路径 • 间接寻径：源主机与目的主机在不同网络中。 • 首先需要确定到达目的网络的数据传输路径(利用路由)。 • 然后在目的网络中用直接寻径方法到达目的主机。 • 直接寻径发生在第二层，根据物理地址来进行。间接寻径在第三层完成，依据是IP地址。 • 路由技术就是指为IP数据报在通信子网中寻找传输路径，采用间接寻径方式将数据报逐站传递。路由技术通过网间互连设备 —— 路由器实现。

  14. 网络地址的运算 主机地址通过IP地址与子网掩码作AND（与）运算得到

  15. 网络地址举例 192.168.10.1~192.168.10.254属于192.168.10.0网络，换句话说这些IP地址的网络地址都是192.168.10.0

  16. 路由表

  17. 路由技术的地位 • 利用路由技术可以实现异种网络的互连，完成OSI参考模型的第三层——网络层的功能。 • 屏蔽底层与物理网络相关的技术细节，用统一的IP地址分层次寻址和寻径： • 根据网络地址，实现到达目的网络的路径选择（广域网技术）。 • 根据主机地址，在目的网络中选择到达目的主机的路径。 （局域网技术）。

  18. 路由的度量值（metrics） 对于不同的路由协议，Metric的参考值不同

  19. PDU 数据的封装和解封装

  20. 包从源发送时进行封装，成为bit流 包在路由器中传输的过程

  21. 包在路由器中传输的过程 到达路由器前的帧格式

  22. 包在路由器中传输的过程 源端的路由器解封装数据包，察看源、目的地的IP地址

  23. 通过与运算得到目的地的网络地址 包在路由器中传输的过程

  24. 包在路由器中传输的过程 再封装成PPP的帧，通过串行口发往下一跳路由器

  25. 包在路由器中传输的过程 经过下一跳路由器的解封装、运算过程，查找到目的地的位置，将数据在进行封装发往目的地

  26. 路由的基本功能 • 路由的基本工作包括路径判定和数据交换。 • 路径判定即选择最佳的传输路径。 • 首先要选取一种度量标准，根据度量标准确定一种路由算法。 • 根据路由算法收集路由信息，作出判断，将判断结果填入路由表中。 • 在路由器之间交换网络动态的路由信息 • 数据交换就是将IP数据报在网络中传输。 • 在网络层查询到达目的主机的路由表，确定下一个节点。 • 将数据封装后，发送出去。

  27. 路由的实现 • 实现路由协议 • 可路由协议 (Routed Protocol) • 实现数据交换的协议：IP、OSI、NETWARE • 路由协议(Routing Protocol) • 实现路由选择算法的协议：RIP、OSPF、BGP • 路由选择算法：缺省路由、静态路由、动态路由（距离向量法、链路状态法）。 • 路由协议在路由器间传播网络的变化信息及其相应的路由信息，使路由器根据获得的信息实现特定的路由算法，根据计算结果维护路由表，并为数据（IP数据报）交换确定传输路径。可路由协议完成IP数据报的传输。

  28. 可路由协议（IP）

  29. 路由器的工作流程 • 路由器工作在网络层，可以将LAN连接到WAN上，或者将两个使用不同介质访问控制子层的LAN连接起来。 • 路由器的工作就是接收信息分组，根据当前网络的状况将其导向最有效的路径。路由器也被称为转存设备，因为它在内存中存贮收到的信息分组，直到它被发送出去。 • 在路由器中的路由表必须实时更新，以准确地反映当前的网络状态。路由表有静态和动态两种维护方式。

  30. 路由器的工作流程 • 路由器保存接收到的信息，读取它目的IP地址，通过IP地址“与”子网掩码，抽取出其网络/子网地址信息。 • 查询路由表： • 如果该网络地址位于路由器直接连接的网络上，就将该分组通过相应的端口发送到目的地址所在的网络中。 • 否则，将得到一个更接近目的地址的指示，继续查询路由表，直至能够从路由器的一个端口发出分组为止。 • 路由器的路由选择是基于网络地址，而不是目标主机IP地址。

  31. 路由器的处理过程 （1）IP数据报头； （2）检查其目 的地址(网络号)； （3）查询相应的路由表； （4）转发前，需要将数据报分段处理（MTU）； （5）无法查到目的地址，路由器给源站点发 送“ICMP”返回出错消息。

  32. 网络 10.0.0.0 网络 20.0.0.0 网络 30.0.0.0 网络 40.0.0.0 10.0.0.5 20.0.0.6 30.0.0.7 H F G 40.0.0.7 20.0.0.5 30.0.0.6 路由举例

  33. 网络 10.0.0.0 网络 20.0.0.0 网络 30.0.0.0 网络 40.0.0.0 10.0.0.5 20.0.0.6 30.0.0.7 H F G 40.0.0.7 20.0.0.5 30.0.0.6 网络 50.0.0.0 路由举例

  34. 5.3.2 Inernet 路由协议 • 路由算法 ——即需要何种算法来获得路由表的各项目

  35. 路由算法的评估 • 正确性； • 算法简单； • 能适应网络拓朴和通信量的变化； • 具有良好的稳定性，即在网络拓朴和通信量的变化后，算法能尽快收敛； • 公平性（fairness）； • 算法最佳，能综合链路长度、数据传输率、链路容量、保密与否、传播时延，以及节点缓冲区的占用程度、链路的差错率等诸多因素来优化算法。显然“最佳”是指相对于某一种特定要求下得出较为合理的选择。

  36. （1）因特网路由表刷新的路径广播算法 ①向量-距离算法： 向量-距离 (V-D：Vector-Distance ) 算法，又称Bellman-Ford算法，该算法的基本原理：由网关周期性地向外广播路径刷新报文，即将网关可达的网络或主机（Vector）的距离（Distance）信息，按最短路径原则刷新路由表。距离按照路径上的跳数来计算的。 V-D路由协议的典型例子有RIP和IGRP。

  37. V-D算法的特点： • 易于实现，但不适合在路径频繁变化或大型的IP网环境中应用，收敛过程较慢； • 另一个不足之处是交换信息量大（要求所有网关都参与，且V-D报文中许多表目与当前刷新无关的）。

  38. （1）因特网路由表刷新的路径广播算法 ②链接-状态算法： 链接-状态( L-S：Link-Status ) 算法，又称最短路径优先（SPF ：Shortest Path First）算法。该算法原理：各网关主动测试所有与其相邻网关之间的 状态，即网关周期性地向相邻的网关发出简短的查询报文，根据相邻网关的 响应判断链接的状态（链路的通或断，主机有否激活），这就是取名L-S的 原因；随后各网关周期性地广播其L-S信息；网关收到L-S报文后，可刷新互 连网拓扑，若L-S发生变更，立即采用最短路径（Dijkstra）算法，刷新本地 路由表。

  39. (2)路由协议 Routing Protocols • 路由器使用路由协议交互路由信息。路由协议分为两种： 内部网关协议和外部网关协议。 • 外部网关协议（EGP） — 在自治系统之间进行路由，包括边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol ）。 • 内部网关协议（IGP） — 运行在自治系统内部，包括： • RIP (Routing Information Protocol) • OSPF (Open Shortest Path First)

  40. 自制系统C 自制系统B 自制系统A 外部网关协议EGP如BGP 内部网关协议IGP如OSPF 内部网关协议IGP如RIP

  41. 路由信息协议——RIP（routing information protocol） • RIP一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，最大的优点是简单！ • RIP认为好的路由为通过的路由器数量少，即“距离短” • RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器。因此“距离”的最大值为16，即不可达。可见RIP只适用于小型互联网。

  42. 开放最短路径优先协议OSPF（open shortest path first） • OSPF 是基于链接-状态算法，适用于大规模的网络互联 • OSPF的链路状态数据库能较快地进行更新，使各个路由器能及时更新其路由表。OSPF的更新过程收敛得快是其重要优点。 • 目前大多数路由器厂家都支持OSPF，并开始在一些网络中取代旧的RIP。

  43. 本课到此结束!

  44. 卫星 / 移动通信 5.4.1 宽带IP 信息家电 信 号 网 接入网 N-ISDN / PSTN CPNoC X.25分组网 I P 网 智 能 网 DDN FRN ATM网 网关 SDH 企业网 光纤传输 校园网 TMN 政务网

  45. 5.4.2 IP over SDH • IPOverSDH，直接在SDH上传送IP业务，对IP业务提供了完善支持，提高了效率。 • 支持IPoverSDH技术的协议、标准和草案主要有： ●PPP协议 ●简化的数据链路协议（SDL）

  46. 优点： （1）对IP路由的支持能力强，具有很高的IP传输效率。 （2）符合Internet业务的特点，如有利于实施多路广播方式。 （3）能利用SDH技术本身的环路，故可利用自愈合（Self-healingRing）能力达到链路纠错；同时又利用OSPF协议防止备和链路故障造成的网络停顿，提高网络的稳定性。 （4）省略了不必要的ATM层，简化了网络结构，降低了运行费用。 • 缺点： （1）仅对IP业务提供好的支持，不适于多业务平台。 （2）不能像IPoverATM技术那样提供较好的服务质量保障（QoS）。 （3）对IPX等其它主要网络技术支持有限。

  47. IPoverSDH的应用方案 • 美国Cisco公司于1997年9月推出的12000系列千兆位交换路由器（GSR），可以在千兆位速率上实现因特网业务选路，还具有60Gb/s的多带宽交换能力，提供灵活的拥塞管理、组播和QoS功能，其骨干网速率可以高达2.5Gb/s。 • AT&T和KDD已开始提供一条横跨太平洋的海底光缆专用线路连接旧金山和东京，开展IPoverSDH业务；横跨大西洋的海底光缆连接纽约和斯德哥尔摩，从1996年9月开始，也开展了IPoverSDH业务。目前，全世界很多电信公司和大众业，也在建设IPoverSDH网络。

  48. 5.4.3 IP over WDM • IP over WDM也叫光因特网或IP优化光互连网，是指直接在光网上运行的因特网。它是一种由高性能WDM设备、吉比特和太比特路由交换组成的数据通信网络，综合利用IP技术和基于WDM的光网络技术，交换机与路由器之间可通过光纤直接相连或连至光网络层。 • 采用IP over WDM技术，可减少网络各层间的中间冗余部分，减少SDH、ATM和IP等各层间的功能重叠，减少设备操作、维护和管理费用。同时，由于省去了ATM层和SDH层，所以传输效率高，额外开销低，简化了网管，并可与IP的不对称业务量特性相匹配，充分利用带宽，大大节省网络运营商的成本，从而间接地降低了用户获得多媒体通信业务的费用。显然，这是一种最直接、最简单、最经济的IP网络体系结构，非常适用于超大型IP骨干网。

  49. IPoverWDM 的应用方案 • 1999年2月，GTS组建了欧洲第一个IP over WDM网络平台，首先在六个欧洲国家中展开，对50个商业中心提供IP服务，并使这些城市与纽约相连。在以后的三年内，欧洲12个城市之间开展本地交换传送，提供使用光纤的桌面到桌面的IP服务。 • 1999年3月，日本KDD公司利用美国与日本间的跨太平海底光缆，进行了IP over WDM试验。 • 我国在拟实现的几个试验网络中，也将采用IP over WDM技术，目前一些高校和研究机构正在积极开展此项研究。中国网络通信有限公司的中国高速互联网络示范工程中，将采用IP over WDM技术构建新一代高速宽带网络，其主要业务旨在提供宽带IP批发业务、宽带接入业务、IP电话业务及各种IP业务。

  50. 5.4.4 IP网的QoS技术 • 随着电信业务的引入，IP网的服务质量（IP QoS）成为下一代Internet的重要研究课题。由于IP协议的无连接特性和IP网络松散的控制管理方式，使这项研究面临很大的挑战。IP QoS的研究范围十分广泛，不仅包含路由和业务流量控制，还涉及到网络管理、计费和网络测量.

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