计算机网络授课课件第十讲_网络层(5)

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1、NetWork第 4 章 网络层第 4 章 网络层4.1 网络层的两种设计思路 4.2 网际协议 IP 4.3 划分子网和构造超网 4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.5 因特网的路由选择协议 4.6 IP 多播 4.7 虚拟专用网 VPN本讲主要内容4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.5 因特网的路由选择协议4.4 网际控制报文协议 ICMPv 为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了 网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。 v ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异 常情况的报告。 v ICMP

2、不是高层协议，而是 IP 层的协议。 v 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 报文的格式 首 部ICMP 报文0数 据 部 分检验和类型代码（这 4 个字节取决于 ICMP 报文的类型）81631IP 数据报前 4 个字节 都是一样的ICMP 的数据部分（长度取决于类型）4.4.1 ICMP 报文的种类v ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。 v ICMP 报文的前 4 个字节是统一的格式，共有三个字段：即 类型、代码和检验和。接着的 4 个字节的内容与 ICMP 的 类型有关。 ICM

3、P 差错报告报文共有 5 种 v 终点不可达 v 源点抑制(Source quench) v 时间超过 v 参数问题 v 改变路由（重定向）(Redirect) ICMP 差错报告报文的数据字段的内容 首部IP 数据报ICMP 的 前 8 字节装入 ICMP 报文的 IP 数据报IP 数据报 首部ICMP 差错报告报文8 字节收到的 IP 数据报IP 数据报 首部8 字节ICMP 差错报告报文IP 数据报的数据字段不应发送 ICMP 差错报告报文 的几种情况 v 对 ICMP 差错报告报文不再发送 ICMP 差错报告报 文。 v 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

4、错报告报文。 v 对具有多播地址的数据报都不发送 ICMP 差错报告 报文。 v 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。ICMP 询问报文有两种 v 回送请求和回答报文 v 时间戳请求和回答报文 下面的几种 ICMP 报文不再使用 v 信息请求与回答报文 v 掩码地址请求和回答报文 v 路由器询问和通告报文 4.4.2 ICMP的应用举例 PING (Packet InterNet Groper) v PING 用来测试两个主机之间的连通性。 v PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。 v PING 是应用层直接使用网

5、络层 ICMP 的例子，它 没有通过运输层的 TCP 或UDP。 PING 的应用举例tracert 的应用举例本讲主要内容4.4 网际控制报文协议 ICMP 4.5 因特网的路由选择协议4.5.1 路由选择协议v 路由选择协议所要讨论的核心问题：路由算法（得到路由表的方法）理想的路由算法 算法必须是正确的和完整的。 算法在计算上应简单。 算法应能适应通信量和网络拓扑的变化，这就是说 ，要有自适应性。 算法应具有稳定性。 算法应是公平的。 算法应是最佳的。 路由算法分类v 静态路由选择策略即非自适应路由选择，其特 点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的 变化。 v 动态路由选择策略即自适

6、应路由选择，其特点 是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为 复杂，开销也比较大。 分层次的路由选择协议v 因特网采用分层次的路由选择协议。 v 因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所 有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处 理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路 由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。 v 将因特网分成不同区域,每个区域内的路由器只需知 道区域内部的网络该如何到达。自治系统 AS (Autonomous System) 自治系统 AS 的定义：在单一的技术管理下的一组路由 器。 实际中一个ISP就是一个自治系统。自治系统 B自治系统 A R1R2因

7、特网有两大类路由选择协议 v 内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol) 即在一 个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选 择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。 v 外部网关协议EGP (External Gateway Protocol) 若源 站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个 自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信 息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关 协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4 。 自治系统和 内部网关协议、外部网关协议 用内部网关协议 （例如，RIP）自治系统

8、B自治系统 A 用外部网关协议 （例如，BGP-4）R1R2用内部网关协议 （例如，OSPF）4.5.2 内部网关协议 RIP(Routing Information Protocol)1. 工作原理 v路由信息协议 RIP 是内部网关协议中最先得 到广泛使用的协议。 vRIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选 择协议。 vRIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维 护从它自己到其他每一个目的网络的距离记 录。 “距离”的定义 v从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1 。 v从一个路由器到非直接连接的网络的距离定 义为所经过的路由器数加 1。 vRIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(h

9、op count) ，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。 vRIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的 数目少，即“距离短”。“距离”的定义 vRIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由 器。 v“距离”的最大值为16 时即相当于不可达。 可见 RIP 只适用于小型互联网。 vRIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由 。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即 最短路由。 RIP 协议的三个要点 v仅和相邻路由器交换信息。 v交换的信息是当前本路由器所知道的全部信 息，即自己的路由表。 v按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每 隔 30 秒。 路由表的建立 v 路由器在刚刚开始工作时

10、，只知道到直接连接的网 络的距离（此距离定义为1）。 v 以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路 由器交换并更新路由信息。 v 经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到 达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳 路由器的地址。 v RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治 系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过 程。 距离向量算法收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文： (1) 先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都 改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。 (2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以

11、下步骤： 若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。否则若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目 替换原路由表中的项目。否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新， 否则，什么也不做。 (3) 若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路 由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达 ）。 (4) 返回。例4-5 已知路由器R6的路由表。现收到相邻路由器R4发 来的路由表。试更新路由器R6的路由表。目的网络距离下一跳 Net23R4 Net34R5 目的网络距离下一跳Net13R1Net24R2Net31直接交付R4发来的路由

12、表R6自己的路由表目的网络距离下一跳 Net14R4 Net25R4 Net32R4修改后的路由表目的网络距离下一跳R6更新后的路由表Net1 4 R4Net2 5 R4Net3 2 R4路由器之间交换信息 vRIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的 相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新 其路由表，使得从每一个路由器到每一个目 的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。 v虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系 统的全局路由信息，但由于每一个路由器的 位置不同，它们的路由表当然也应当是不同 的。 4 字节RIP 报文RIP2 协议的报文格式 路由信息 （20 字节/路由） 可重复出现 最多 2

13、5 个路由标记网络地址地址族标识符距离 (1-16)首部路由部分必为 0版本命令4 字节子网掩码下一跳路由器地址IP 数据报IP 首部UDP 首部 UDP 用户数据报RIP 协议的优缺点 v RIP 协议最大的优点就是实现简单，开销较小。v RIP 限制了网络的规模，它能使用的最大距离为 15 （16 表示不可达）。 v 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表 ，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加。 v RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时，要经过比 较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。R2R1网 1网 3网 2正 常 情 况1 1 1 2 R1R1 说：“我到网 1 的距

14、离是 1，是直接交付。”“1”表示“从本路由器 到网 1”“1”表示“距离是 1”“”表示“直接交付”R2R1网 1网 3网 2正 常 情 况1 1 1 2 R1R2 说：“我到网 1 的距离是 2，是经过 R1。”“1”表示“从本路由器 到网 1”“2”表示“距离是 2”“R1”表示 经过 R1R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正 常 情 况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 说：“我到网 1 的距离是 16 （表示无法到达），是直接交付。”但 R2 在收到 R1 的更新报文之前，还发送原来的报文， 因为这时 R2 并不知道 R1 出了故障。R2R

15、1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正 常 情 况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R1 收到 R2 的更新报文后，误认为可经过 R2 到达 网1，于是更新自己的路由表，说：“我到网 1 的 距离是 3，下一跳经过 R2”。然后将此更新信息发 送给 R2。1 3 R2R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网 3网 2网 1出了故障正 常 情 况1 1 1 16 1 2 R11 2 R1R2 以后又更新自己的路由表为“1, 4, R1”，表明 “ 我到网 1 距离是 4，下一跳经过 R1”。 1 3 R2 1 4 R1R2R1网 1网 3网 2R2R1网 1网

16、3网 2网 1出了故障正 常 情 况1 1 1 16 1 3 R21 5 R21 16 R21 2 R11 2 R11 4 R11 16 R1这样不断更新下去，直到 R1 和 R2 到网 1 的距离都增 大到 16 时，R1 和 R2 才知道网 1 是不可达的。 这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。网络出 故障的传播时间往往需要较长的时间(例如数分钟)。这 是 RIP 的一个主要缺点。 4.5.3 内部网关协议 OSPF(Open Shortest Path First)1. OSPF 协议的基本特点 v “开放”表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制，而是 公开发表的。 v “最短路径优先”是因为使用最短路径算法SPF。 v OSPF 只是一个协议的名字，它并不表示其他的路由 选择协议不是“最短路径优先”。 v 是分布式的链路状态协议。 三个要点 v 向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方 法是洪泛法。 v 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路 状态，但这