通信原理09-尋址與路由技術(shù).ppt

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尋址與路由技術(shù) IP地址ARP協(xié)議IP地址的擴(kuò)展Internet的組播Internet群組管理協(xié)議自舉與動(dòng)態(tài)配置端口與套接字域名系統(tǒng)DNS路由選擇路由表路由器 地址的理解 Internet上的任意兩個(gè)用戶要通信 要求必須明確的地址有 哪兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信哪兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)通信哪兩臺(tái)主機(jī)通信不同主機(jī)的哪個(gè)進(jìn)程通信 IP地址的理解 網(wǎng)際協(xié)議IP地址解析協(xié)議ARP因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議ICMP因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP IP地址的擴(kuò)展 透明路由器委托ARP標(biāo)準(zhǔn)IP子網(wǎng)超網(wǎng)編址 透明路由器編址擴(kuò)展示意 委托ARP原理示意 子網(wǎng)編址 超網(wǎng)編址 構(gòu)成超網(wǎng)原因IP協(xié)議中規(guī)定的IP地址有A B C三類不是平均分配的 A類地址總共才126個(gè) B類16382個(gè) C類卻多于200萬個(gè) 對(duì)C類地址的需求發(fā)展緩慢 只分配出去一小部分 B類地址現(xiàn)已分配完了 超網(wǎng)編址的方法采用了與子網(wǎng)編址相反的方式 某組織內(nèi)不用一個(gè)地址來代表多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò) 而是用多個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)地址代表一個(gè)組織 CIDR地址塊劃分舉例 套接字 Socket TCP使用 連接 而不僅僅是 端口 作為最基本的抽象 同時(shí)將TCP連接的端點(diǎn)稱為插口 socket 或套接字 套接口 插口和端口 IP地址的關(guān)系是 路由技術(shù) 路由選擇 所謂路由選擇是指網(wǎng)絡(luò)根據(jù)通信情況 例如 可用的數(shù)據(jù)鏈路 各條鏈路中的信息流量等情況 按照一定的策略 例如 傳輸時(shí)間最短或傳輸路徑最短等 選擇一條可用的傳輸路徑 把信息發(fā)往目標(biāo)主機(jī) 路由選擇算法的設(shè)計(jì)原則 信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)钠骄鶗r(shí)延最小 所經(jīng)歷的結(jié)點(diǎn)數(shù)最少 所經(jīng)歷的數(shù)據(jù)鏈路公里最少 亦即路程最短 網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性強(qiáng) 路徑選擇的算法不應(yīng)過份地增加網(wǎng)絡(luò)和各個(gè)結(jié)點(diǎn)中的開銷 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較重時(shí) 特別是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不均勻時(shí) 應(yīng)能分散傳輸信息量 路徑控制的算法應(yīng)比較簡(jiǎn)單 且易于軟件實(shí)現(xiàn) 路由選擇算法和路由選擇協(xié)議 路由選擇算法建立路由表所采用的一些數(shù)學(xué)方法就是我們所說的路由選擇算法路由選擇協(xié)議為路由器提供建立最佳路徑所需要的相互共享的路由信息 路由信息只能由路由器或收方讀取并解釋 中繼器與網(wǎng)橋就不能識(shí)別網(wǎng)絡(luò)層信息 它們沒有路由選擇功能 只能傳送和轉(zhuǎn)發(fā)分組 交換機(jī)和路由器的差別 交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層 主要完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)接 而路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層 它的主要功能是路由選擇 路由器連接不同網(wǎng)絡(luò)的 而交換機(jī)是在一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)中連接許多主機(jī)的 路由器使用IP協(xié)議 而交換機(jī)使用廣域網(wǎng)的特定協(xié)議 路由器的路由表可與其他路由器交換 而交換機(jī)之間不交換路由表信息 在查找路由表時(shí) 路由器根據(jù)目的站所在的網(wǎng)絡(luò)號(hào)找出下一站 即下一個(gè)路由器 而交換機(jī)則根據(jù)目的站所接入的交換機(jī)號(hào)找下一站 即下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī) 路由選擇算法 靜態(tài)路由選擇算法最短路由選擇 屬經(jīng)典算法 擴(kuò)散法 屬魯棒性強(qiáng)的算法 基于流量的路由選擇 兼顧了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與負(fù)荷 動(dòng)態(tài)路由選擇算法距離矢量路由選擇鏈路狀態(tài)路由選擇分級(jí)路由選擇移動(dòng)主機(jī)的路由選擇廣播路由選擇多點(diǎn)播送路由選擇 最短路由選擇 Dijkstra算法 結(jié)點(diǎn)E的路由表 擴(kuò)散法 收到的每一個(gè)分組 從除了分組到來的線路外的所有輸出線路上發(fā)出 應(yīng)用領(lǐng)域在軍事應(yīng)用中 大批的路由器隨時(shí)都可能被炸毀得所剩無幾 所以非常希望采用具有很結(jié)實(shí)的擴(kuò)散方式 在分布式數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中 有時(shí)需要并行地更新所有數(shù)據(jù)庫 作為一種尺度來衡量其他路由選擇算法 擴(kuò)散總是選擇最短路徑 因?yàn)樗⑿械剡x擇每一條可能的路徑 所以 沒有其他算法能產(chǎn)生一個(gè)更短的延遲 基于流量的路由選擇 基本想法對(duì)某一給定的線路 如果已知載荷量與平均流量 那么就可能由隊(duì)列原理計(jì)算出該線路上的平均分組延遲 由所有的線路平均延遲 可直接計(jì)算出流量加權(quán)的平均值 從而得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均分組延遲 路由選擇問題就歸結(jié)為如何找出產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)最小延遲的路由選擇算法 基于流量的路由選擇 a 用kb 秒表示線路載荷的子網(wǎng) b 用分組 秒表示通信量和路由選擇矩陣 采用了平均分組長(zhǎng)度為800比特的網(wǎng)絡(luò)的分析 距離矢量路由選擇 RIP路由協(xié)議 采用距離向量算法 即路由器根據(jù)距離選擇路由 路由器收集所有可到達(dá)目的地的不同路徑 并且保存有關(guān)到達(dá)每個(gè)目的地的最少站點(diǎn)數(shù)的路徑信息 除到達(dá)目的地的最佳路徑外 任何其它信息均予以丟棄 同時(shí)路由器也把所收集的路由信息用RIP協(xié)議通知相鄰的其它路由器 這樣 正確的路由信息逐漸擴(kuò)散到了全網(wǎng) RIP使用非常廣泛 它簡(jiǎn)單 可靠 便于配置 RIP只適用于小型的同構(gòu)網(wǎng)絡(luò) 因?yàn)樗试S的最大站點(diǎn)數(shù)為15 任何超過15個(gè)站點(diǎn)的目的地均被標(biāo)記為不可達(dá) RIP每隔30s一次的路由信息廣播也是造成網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴的重要原因之一 鏈路狀態(tài)路由選擇 發(fā)現(xiàn)它的鄰居結(jié)點(diǎn) 并知道其網(wǎng)絡(luò)地址 測(cè)量到它各鄰居結(jié)點(diǎn)的延遲或開銷 組裝一個(gè)分組以告之它剛知道的所有信息 將這個(gè)分組發(fā)送給所有其他路由器 計(jì)算到每個(gè)其他路由器的最短路徑 OSPF路由協(xié)議 OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)的路由協(xié)議 需要每個(gè)路由器向其同一管理域的所有其它路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)廣播信息 在OSPF的鏈路狀態(tài)廣播中包括所有接口信息 所有的量度和其它一些變量 利用OSPF的路由器首先必須收集有關(guān)的鏈路狀態(tài)信息 并根據(jù)一定的算法計(jì)算出到每個(gè)結(jié)點(diǎn)的最短路徑 減少了網(wǎng)絡(luò)開銷 增加了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性當(dāng)源和目的地在同一區(qū)時(shí) 采用區(qū)內(nèi)路由選擇 當(dāng)源和目的地在不同區(qū)時(shí) 則采用區(qū)間路由選擇 當(dāng)一個(gè)區(qū)內(nèi)的路由器出了故障時(shí)并不影響自治域內(nèi)其它區(qū)路由器的正常工作 這也給網(wǎng)絡(luò)的管理 維護(hù)帶來方便 BGP和BGP 4路由協(xié)議 BGP是為TCP IP互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 用于多個(gè)自治域之間 主要功能是與其它自治域的BGP交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)信息 各個(gè)自治域可以運(yùn)行不同的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP更新信息包括網(wǎng)絡(luò)號(hào) 自治域路徑的成對(duì)信息 自治域路徑包括到達(dá)某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò)須經(jīng)過的自治域串 這些更新信息通過TCP傳送出去 以保證傳輸?shù)目煽啃?為了滿足Internet日益擴(kuò)大的需要 BGP還在不斷地發(fā)展 在最新的BGP 4中 還可以將相似路由合并為一條路由 移動(dòng)主機(jī)的路由選擇 一個(gè)連著多個(gè)LAN 多個(gè)MAN和無線蜂窩單元的WAN 移動(dòng)用戶的分組路由選擇 廣播路由選擇 源端簡(jiǎn)單地發(fā)送一個(gè)獨(dú)特的分組到每一個(gè)目的端浪費(fèi)帶寬 需要源端有全部目的端的完整清單 擴(kuò)散法生成了太多的分組和消耗太大的帶寬 多目的地路由選擇每個(gè)分組含有一張目的地清單 當(dāng)分組到達(dá)路由器時(shí) 路由器檢查所有的目的地 以確定將需要用的輸出線路集合 路由器生成樹路由器根據(jù)生成樹的線路 進(jìn)行廣播分組復(fù)制 帶寬得到最佳的利用 每個(gè)路由器必須知道它的可用生成樹逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)路由器檢查廣播到達(dá)的分組 查看該分組是否來自于通常用于發(fā)送分組到廣播源的線路 如果是 路由器將此分組復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)到除進(jìn)入線路外的所有線路 如果不是 那么分組就被當(dāng)作副本而扔掉 廣播路由選擇 逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā) reversepathforwarding 一個(gè)子網(wǎng) 一個(gè)生成樹由逆向路徑轉(zhuǎn)發(fā)構(gòu)造的樹 多點(diǎn)播送路由選擇 小組1的多點(diǎn)播送網(wǎng)小組2的多點(diǎn)播送樹 一個(gè)子網(wǎng)最左邊路由器的生成樹 特定主機(jī)路由 是前綴長(zhǎng)度為32比特的路由表表項(xiàng) 網(wǎng)絡(luò)前綴路由 是前綴長(zhǎng)度為1 31比特的路由表項(xiàng) 缺省路由 是前綴長(zhǎng)度為0的路由表項(xiàng) 首先是特定主機(jī)路由 其次是網(wǎng)絡(luò)前綴路由 最后為缺省路由 路由表 路由表的生成 靜態(tài)配置路由表項(xiàng)由用戶或網(wǎng)管人員手工配置 路由表通過手工配置的結(jié)點(diǎn)仍可以接收ICMP重定向報(bào)文 也可以通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議學(xué)習(xí)其他路由 ICMP重定向路由器可以通過向主機(jī)發(fā)送ICMP重定向報(bào)文 告訴它可選另一臺(tái)路由器作為下一跳結(jié)點(diǎn) 動(dòng)態(tài)路由協(xié)議通過路由協(xié)議自動(dòng)交換路由信息 路由器 在網(wǎng)絡(luò)間截獲發(fā)送到遠(yuǎn)地網(wǎng)段的報(bào)文 起轉(zhuǎn)發(fā)的作用 選擇最合理的路由 引導(dǎo)通信 把大的數(shù)據(jù)包分解成適當(dāng)大小的數(shù)據(jù)包 到達(dá)目的地后再把分解的數(shù)據(jù)包包裝成原有形式 多協(xié)議的路由器可以連接使用不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)段 作為不同通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)段通信連接的平臺(tái) 路由器的主要任務(wù)是把通信引導(dǎo)到目的地網(wǎng)絡(luò) 然后到達(dá)特定的結(jié)點(diǎn)站地址 路由器的分組處理 分組或許尋址到路由本身 則路由器測(cè)定出分組中剩下的全部信息 若分組中目的地址是同一網(wǎng)中 路由器僅將分組向前傳送 若有篩選被采用 路由器對(duì)照表檢查分組的地址 若有必要 可將分組排出 這為安全起見 使得分組位于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)或排出網(wǎng)外 若分組中包含有源路由選擇信息 它標(biāo)出了到目的站的下一個(gè)路由器 那么分組就將傳給那個(gè)路由器 一個(gè)路由器維持一個(gè)分組通過互聯(lián)網(wǎng)的路徑表 若路由器不知道一條路徑或在它的路由選擇表中找不到一個(gè)分組的目的地址 它就將分組廢棄并可能返回一個(gè)錯(cuò)誤信息到源站 有的分組 TCP IP 包含它在網(wǎng)上已通過的跳躍數(shù) 路由中繼數(shù) 若一個(gè)分組超過一定的跳躍數(shù) 路由器就假定分組在循環(huán) 于是將其廢棄 然后路由器可以返回錯(cuò)誤信息給源站