火龍果軟件《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實用教程》第4章

計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實用教程》第4章路由選擇協(xié)議——OSI第3層學(xué)習(xí)目標要有效地在網(wǎng)絡(luò)上通信，計算機必須能夠完整和安全地傳輸它們的數(shù)據(jù)。OSI第3層——網(wǎng)絡(luò)層處理消息傳遞的尋址，也將網(wǎng)絡(luò)的邏輯地址轉(zhuǎn)換為物理地址。本章首先討論了屬于網(wǎng)絡(luò)層的TCP/IP協(xié)議，IP尋址及子網(wǎng)劃分的方式，然后介紹了工作在網(wǎng)絡(luò)層的路由器及高級交換機的工作原理，并且介紹了動態(tài)路由及網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換等OSI第3層定義的概念。本章重點了解協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)中的功能及其分層結(jié)構(gòu)討論Internet協(xié)議的工作原理解釋CIDR和子網(wǎng)劃分描述靜態(tài)IP地址和動態(tài)IP地址的作用掌握路由器的工作原理了解動態(tài)路由技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換概念掌握路由器的正確安裝和配置4.1協(xié)議嚴格來說，協(xié)議是通信的規(guī)則和過程。協(xié)議的作用

TCP/IP協(xié)議4.1.1協(xié)議的作用

目前，計算機使用許多協(xié)議，盡管每個協(xié)議都提供了基本的通信，但是每個協(xié)議有不同的作用和功能。當協(xié)議提供它們在OSI模型中的功能時，它們可以工作在一層或者多層上。協(xié)議在OSI模型中工作的層越高，這個協(xié)議就越復(fù)雜。1.無連接的協(xié)議與面向連接的協(xié)議2.可路由選擇的協(xié)議與不可路由選擇的協(xié)議4.1.2TCP/IP協(xié)議

TCP/IP完全符合OSI七層模型。它對應(yīng)于七層模型中的第3至第5層，即網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和會話層。Internet協(xié)議(IP)是為TCP/IP包提供源和目的尋址和路由選擇的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。Internet控制消息協(xié)議(ICMP)是用于發(fā)送控制消息(例如錯誤消息、流控制指令和確認)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。地址解析協(xié)議(ARP)是用于將邏輯(IP)地址與物理(MAC)地址相關(guān)聯(lián)的另一個網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。路由信息協(xié)議(RIP)是用于路由發(fā)現(xiàn)的距離－矢量協(xié)議，代表最簡單的基于IP的路由選擇協(xié)議。開放最短路徑優(yōu)先(OSPF)是運行TCP/IP的路由器用于確定通過網(wǎng)絡(luò)的最佳路徑的鏈路狀態(tài)路由選擇協(xié)議。

4.2IP地址與子網(wǎng)掩碼

IP尋址

子網(wǎng)掩碼

基本的二進制算術(shù)4.2.1IP尋址

IP負責(zé)TCP/IP環(huán)境中的尋址和路由選擇。IP地址是邏輯地址，32比特(4字節(jié))長。分配給計算機的地址部分指定計算機所在的網(wǎng)絡(luò)，而地址的其余部分代表這臺計算機的主機ID。

A類地址專門用于非常大的公司和政府。這些地址以1和126之間的ID號開頭。B類地址以128和191之間的網(wǎng)絡(luò)ID開頭，并且用于中等大小的網(wǎng)絡(luò)。C類地址用于小型網(wǎng)絡(luò)。IP地址注冊處分配前三個8比特組，范圍從192到223。D類地址留給稱為組播的特殊功能，其中多臺目的主機可以接收到分組。E類地址的第一個八比特組值的范圍是240到255。特殊的IP地址4.2.2子網(wǎng)掩碼

IP使用地址的子網(wǎng)掩碼確定哪一部分地址代表網(wǎng)絡(luò)部分，并且哪一部分代表主機。子網(wǎng)掩碼也是一個32位的數(shù)字，并且總是在分配IP地址的時候分配給主機。在一個子網(wǎng)掩碼中，二進制1表示IP地址中的對應(yīng)比特屬于IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分，并且子網(wǎng)掩碼中的二進制0表示IP地址中的對應(yīng)比特屬于地址的主機部分。

4.2.3基本的二進制算術(shù)

1.將十進制轉(zhuǎn)換為二進制2.將二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為十進制數(shù)3.高階比特模式4.低階比特模式4.3CIDR與子網(wǎng)劃分

無分類域間路由選擇(CIDR)計算子網(wǎng)掩碼計算超網(wǎng)4.3.1無分類域間路由選擇(CIDR)

為了更有效地使用所有的可用地址，Internet現(xiàn)在使用另一個不同的尋址機制，稱為無分類域間路由選擇(CIDR)。

4.3.2計算子網(wǎng)掩碼

要決定如何構(gòu)建子網(wǎng)掩碼，必須采用以下這個方法：（1）決定需要多少子網(wǎng)。（2）由于二進制比特模式必須代表需要的子網(wǎng)數(shù)，所以將需要的子網(wǎng)數(shù)加2(一個代表網(wǎng)絡(luò)地址，另一個代表廣播地址)。然后，跳到2的下一個更高次冪。（3）從地址的主機部分的最高位向下保留比特(即，從左邊開始)。（4）確保留下了足夠的可用主機地址。（5）總是使用公式2b-2從掩碼計算可用的子網(wǎng)數(shù)，其中b是子網(wǎng)掩碼的比特數(shù)，并且減去2說明每個IP網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)絡(luò)需要的網(wǎng)絡(luò)(全0)和廣播(全1)地址。4.3.3計算超網(wǎng)超網(wǎng)的操作是從IP地址的網(wǎng)絡(luò)部分“偷”比特，并將這些比特“借給”主機部分。超網(wǎng)允許組合多個連續(xù)的IP網(wǎng)絡(luò)地址，并且使它們就像一個邏輯網(wǎng)絡(luò)一樣工作。順便說一句，這允許超網(wǎng)上尋址的主機數(shù)多于多個地址組合可能建議的主機數(shù)。

4.4工作在網(wǎng)絡(luò)層的路由器路由器工作在OSI模型的網(wǎng)絡(luò)層(第3層)，它作用的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為分組。

路由器的工作原理

路由表

動態(tài)路由方式

橋式路由器4.4.1路由器的工作原理

像網(wǎng)橋一樣，路由器可以連接多個網(wǎng)絡(luò)分段和篩選業(yè)務(wù)。路由器與交換機和網(wǎng)橋不同，它不是應(yīng)用于同一網(wǎng)段的設(shè)備，而是應(yīng)用于不同網(wǎng)段或不同網(wǎng)絡(luò)之間的設(shè)備，屬于網(wǎng)際設(shè)備。要成功地通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，路由器必須確定分組的路徑。當路由器接收到一個分組時，它分析這個分組的目標網(wǎng)絡(luò)地址并且在它的路由表中查找這個地址。然后，路由器重新封裝數(shù)據(jù)，并且將它發(fā)送給路徑上的下一個路由器。由于路由器工作在OSI模型的較高層(第3層，網(wǎng)橋和交換機都工作在第2層)，所以路由器可以方便地在不同網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)上發(fā)送信息。

4.4.2路由表

每個路由器中都保存有一個路由表，路由表為路由器存儲到達網(wǎng)絡(luò)上任何一個目的地所需要的一切必要的信息。目的IP地址(Destination)下一跳(Next-Hop)標志(Flags)接口(Interface):::::《計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列》系列叢書官方網(wǎng)站/edu:::::4.4.3動態(tài)路由方式

路由器通過如下兩種方式為一個分組選擇最佳路徑。1.距離矢量算法2.鏈路狀態(tài)算法優(yōu)點缺點連接不同物理介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)比網(wǎng)橋或者中繼器更昂貴和更復(fù)雜為分組選擇一個最佳路徑通過互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)只使用可路由選擇的協(xié)議；動態(tài)路由選擇更新產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)通過不轉(zhuǎn)發(fā)廣播或者破壞的分組，減少網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)比網(wǎng)橋更慢，因為它們必須對分組執(zhí)行更復(fù)雜的計算:::::《計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列》系列叢書官方網(wǎng)站/edu:::::4.4.4橋式路由器

橋式路由器結(jié)合了網(wǎng)橋和路由器的最佳特性。橋式路由器既維護一個橋接表(包含硬件地址)，也維護一個路由表(包含網(wǎng)絡(luò)地址)。橋式路由器在混合使用可路由選擇和不可路由選擇協(xié)議的混合網(wǎng)絡(luò)中特別有用。

:::::《計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列》系列叢書官方網(wǎng)站/edu:::::4.5網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)盡管子網(wǎng)劃分和超網(wǎng)有助于減輕IP地址短缺的問題，但是它們只是有助于更有效地使用現(xiàn)有的地址。網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NetworkAddressTranslation，簡稱NAT)的幫助更大，因為它允許在連接到Internet的時候使用私有IP地址。

:::::《計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列》系列叢書官方網(wǎng)站/edu:::::4.6路由器的使用與故障排除路由器的分類

路由器的選擇

路由器的故障排除:::::《計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列》系列叢書官方網(wǎng)站/edu:::::4.6.1路由器的分類

1.按性能檔次劃分2.按結(jié)構(gòu)劃分3.從功能上劃分4.從應(yīng)用上劃分5.從所處的網(wǎng)絡(luò)位置劃分:::::《計算機基礎(chǔ)與實訓(xùn)教材系列》系列叢書官方網(wǎng)站/edu:::::4.6.2路由器的選擇

1.吞吐量2.背