計算機網(wǎng)絡8.1 ip數(shù)據(jù)報的格式

0.1IP數(shù)據(jù)報的格式

IP數(shù)據(jù)報包含報頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩部份

?數(shù)據(jù)區(qū)：需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)

?報頭區(qū)：為了實現(xiàn)正確傳輸數(shù)據(jù)而增加的控制信息

048161931

第4章路由原理及路由協(xié)議

■主要內容：

1、路由器簡介

2、路由器的基本原理:

路由表

3、靜態(tài)路由和動態(tài)路由

。4、路由選擇協(xié)議

RIP路由信息協(xié)議

OSPF開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議

4」路由器（Router）簡介

■4.1.1路由器的基本概念

路由選擇指網(wǎng)絡中的節(jié)點根據(jù)通信網(wǎng)絡的情況

（可用的數(shù)據(jù)鏈路、各條鏈路中的信息流量等），

按照一定的策略（傳輸時間、傳輸路徑最短），選

擇一條可用的傳輸路徑，把信息發(fā)往目的地。路由

器就是具有路由選擇功能的設備。

路由器工作于網(wǎng)絡層，從事不同網(wǎng)絡之間的數(shù)

據(jù)包（Packet）的存儲和分組轉發(fā)，是用于連接多

個邏輯上分開的網(wǎng)絡（所謂邏輯網(wǎng)絡是代表一個單

獨的網(wǎng)絡或者一個子網(wǎng)）的網(wǎng)絡設備。

■4.1,2路由器的功能與分類

■路由器的功能：

(1)接口功能

(2)通信協(xié)議功能

(3)數(shù)據(jù)包轉發(fā)功能：

(4)路由信息維護功能：

(5)管理控制功能：

(6)安全功能：

■路由器的分類：

(1)從結構上分，路由器可分為模塊化結構

與非模塊化結構

(2)從網(wǎng)絡位置劃分，路由器可分為核心路

由器與接入路由器。

(3)從功能上劃分，路由器可分為“骨干級

路由器”，“企業(yè)級路由器”和“接入級路

由器”。

■4?1.3?2路由器的接口

路由器可以與各種各樣的不同網(wǎng)絡進行

物理連接，越是高檔的路由器其接口種類也

就越多，因為它所能連接的網(wǎng)絡類型越多。

常見的局域網(wǎng)接口主要有AUI、SC和RJ?

45接口，廣域網(wǎng)接口主要有AUI、RJ?45、高

速同步串口接口和異步串口，路由器配置接

口主要有Console和AUX接口.

在現(xiàn)實生活中，我們都寄過信。

郵局負責接收所有本地信件，然后根據(jù)它們的目的地將

它們送往不同的目的城市。再由目的城市的郵局將它

送到收信人的郵箱。

本地郵政海淀郵政

支局

市總局按地

址往省市郵

政局投寄郵

沈陽市郵政局件、發(fā)往天

本地郵政省市郵政

津的郵件投支局收到

支局局收到各

到天津市市郵政局

地局來的

來的郵件

北京市郵政總局郵件按地

按地址交

址發(fā)往各

給用戶

支局

支局把發(fā)天津市郵政局

往外地郵

件投到市

河西區(qū)郵政

總局

支局

用戶

投寄

長沙市郵政局

覘件東城郵政

支局

本地郵政

ft支局

本地郵政

支局

■?廠--—T

而在我們的互聯(lián)網(wǎng)絡中，路由器的功能就類似郵局。

它負責接收本地網(wǎng)絡的所有報文，然后在根據(jù)它們的目

的IP地址，將它們轉發(fā)到目的網(wǎng)絡。當?shù)竭_目的網(wǎng)絡

后，再由目的網(wǎng)絡傳輸給目的主機。

廣域網(wǎng)接口

我們的互聯(lián)網(wǎng)就是利用路由器將數(shù)以萬計

的網(wǎng)絡以及上億臺計算機連接起來形成

的一個全球性的廣域網(wǎng)。可以說沒有路

由器就沒有現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)。路由器是互

聯(lián)網(wǎng)中最重要的通信設備。

421路由表

路由選擇是指根據(jù)一定的原則和算法，在傳輸路徑上找出

一條通向目的節(jié)點的最佳路徑。路由器利用路由選擇進行IP數(shù)

據(jù)報轉發(fā)時，一般采用表驅動的路由選擇算法。

在以太網(wǎng)交換機一節(jié)中，我們學到交換機是根據(jù)地址映射

表來決定將幀轉發(fā)到哪個端口。

地址映射表

端口MAC地址計時

100-30-80-7C-F1-21印點A)???

452-54-4C-19-3D-03布點B)???

400-50-BA-27-5D-AI/點C)■?■

5O0-DQ-O9-F0-33-71H5.SU)???

600-00-B4-BF-1B-77/點E)???

■與交換機類似，路由器當中也有一張非常重要的表一

—路由表。

■路由表用來存放目的地址以及如何到達目的地址的信

息。

■互聯(lián)網(wǎng)包含成千上萬臺計算機，如果每張路由表都存

放到達所有目的主機的信息，不但需要巨大的內存資

源，而且需要很長的路由表查詢時間。這顯然是不可

能的。

;所以路由表中存放的不是目的主機的IP地址，而是目

的網(wǎng)絡的IP地址（二種特殊路由除外）。當IP數(shù)據(jù)報到

達目的網(wǎng)絡后，再由目的網(wǎng)絡傳輸給目的主機。

421」路由選擇算法

一個通用的IP路由表通常包含許多（M,N,

R）三元組，M表示子網(wǎng)掩碼，N表示目的網(wǎng)

絡地址（注意是網(wǎng)絡地址，不是網(wǎng)絡上普通

主機的IP地址），R表示到網(wǎng)絡N路徑上的

“下一個”路由器的IP地址。

~r[-------——

l千一

y------3rY4

RI20.2.0.820.3.0.0

255.255.0.0R3

20.1.0.520.2.0.020.3.0.4

255.255.0.20.2.0.3120.

20.1.0.020.3.0.920.4.0.0

255.255.0.0255.255.0.0

路由器R2的路由表

子網(wǎng)掩碼M要到達的網(wǎng)絡N下一路由器R

255.255.0.020.2.0.0直接投遞

255.255.0.020.3.0.0直接投遞

255.255.0.020.1.0.020.2.0.8

255.255.0.020.4.0.020.3.0.4

路由器R3的路由表

子網(wǎng)掩碼（M）要到達的網(wǎng)絡（N）下一路由器（R）

255.255.0.020.3.0.0直接投遞

255.255.0.020.4.0.0直接投遞

255.255.0.020.2.0.020.3.0.9

255.255.0.020.1.0.020.3.0.9

路由表中的特殊路由

1.默認路由

?如果路由表沒有明確指明一條到達目的網(wǎng)絡的路由

信息，就將數(shù)據(jù)報轉發(fā)到默認路由指定的路由器

?主要目的：縮短路由表的長度、減少路由計算時間

?在路由選擇算法中，默認路由的子網(wǎng)掩碼是0?0.0.0,

目的網(wǎng)絡是0?0.0.0,下一路由器地址就是要進行數(shù)

據(jù)轉發(fā)的第一個路由器的IP地址。

主機A的路由表主機B的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址

255.255.0.020.3.0.0直接投遞

255.255.0.020.1.0.0直接投遞

0.0.0.00.0.0.020.1.0.120.0.0.00.0.0.020.3.0.13

一■MMMB(V

2.特定主機路由

?對單個主機（而不是網(wǎng)絡）指定一條特別的路徑

?主要目的：增強安全性、進行網(wǎng)絡連通性調試和判斷路

由表的正確性

?目的地址不是網(wǎng)絡地址，而是那個特定主機實際的IP地

址，子網(wǎng)掩碼是特定的255.255.255.255,下一路由器地

址和普通路由表項相同。

覃主機A

IP數(shù)據(jù)報???

<-------IP:10.1.0.66目的IP=10.3.0.88

掩碼：255.255.0.0

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報

子網(wǎng)：10.L0.0目的MAC地址=R2目的IP=10.3.0.88

IP:10.1.0.1

持包:255.255.0.0IP數(shù)據(jù)報

IP:10.1.0.24g>R2

目的IF=10.3.0.88

掩碼：255.255.0.0IP:10.2.0.1

掩碼：255.255.0.0

RI

以太幀頭IP數(shù)據(jù)報

子網(wǎng):Id2.0.0

IP:10.3.0.2目的MAC地址=R3■目的410.3.0.88

掩碼：255.255.0.0

IP:10.2.0.2

掩碼：255.255.0.0IF數(shù)據(jù)報

目的*=10.3.0.88

IP:10.3.0.1

掩碼:255.255.0.0

以太幀頭工P數(shù)據(jù)報

子網(wǎng):10.3.0L0

目的MA冊址=B目的工P=10.3.0.88

IP:10.3.0.88

掩碼：255.255.0.0

IP數(shù)據(jù)報

目的*=10.3.0.88

主機B

主機A的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址

255.255.0.010.1.0.0直接投遞

0.0.0.00.0.0.010.1.0.1

主機B路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址

255.255.0.010.3.0.0直接投遞

0.0.0.00.0.0.010.3.0.2

路由器R1的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址

255.255.0.010.1.0.0直接投遞

255.255.0.010.3.0.0直接投遞

255.255.0.010.2.0.010.1.0.1

路由器R2的路由表路由器R3的路由表

子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址子網(wǎng)掩碼目的網(wǎng)絡下一站地址

255.255.0.010.1.0.0直接投遞255.255.0.010.2.0.0直接投遞

255.255.0.010.2.0.0直接投遞255.255.0.010.3.0.0直接投遞

255.255.0.0103.0.010.2.0.2255.255.0。10.1.0.010.2.0.1

9.3路由表的建立與刷新

路由分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由兩大類。

■靜態(tài)路由

|由網(wǎng)絡管理員在路由器上手工添加路由信息來實現(xiàn)路由。

動態(tài)路由

根據(jù)網(wǎng)絡結構或流量的變化，路由協(xié)議會自動調整路由信

息來實現(xiàn)路由。

靜態(tài)路由（非自適應）

靜態(tài)路由是由人工建立和管理的，建立

好之后不會自動發(fā)生變化。如果網(wǎng)絡的拓撲

結構或連接方式發(fā)生變化，網(wǎng)絡管理員必須

手工對路由表進行更新。

靜態(tài)路由的特性：

1.默認狀態(tài)下是私有的，不會發(fā)送給其他的

路由器

2■靜態(tài)路由設置經(jīng)過保存后重起路由器都不

會消失，但相應端口關閉或失效時就會有相

■件的靜態(tài)路由消失

3■靜態(tài)路由的優(yōu)先級很高，當靜態(tài)路由和動

態(tài)路由沖突時，要遵循靜態(tài)路由來執(zhí)行路由

選擇。

靜態(tài)路由的優(yōu)點：

1.安全可靠、簡單直觀，避免了動態(tài)路由選擇

的開銷。適用于不太復雜的互聯(lián)網(wǎng)結構。

2,容易了解整個網(wǎng)絡的拓撲結構，容易配置路

由信息，網(wǎng)絡安全的保密性也就越高

靜態(tài)路由的缺點：

1.如果網(wǎng)絡結構較復雜，就沒辦法手工配置路由信息了

2.建立和維護工作量大，容易出現(xiàn)路由環(huán)。

一旦互聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)故障，靜態(tài)路由不會自動

做出更改。

動態(tài)路由（自適應）

動態(tài)路由是指路由器能夠通過一定的路由協(xié)議和算法,

自動地建立自己的路由表，并且能夠根據(jù)拓撲結構和實際通

信量的變化適時地進行調整。

動態(tài)路由適合于拓撲結構復雜、網(wǎng)絡規(guī)模較為龐大的

互聯(lián)網(wǎng)絡環(huán)境。

動態(tài)路由的優(yōu)點：

1、自動排除錯誤路徑

2、自動選擇性能更優(yōu)的路徑

metric=10

度量值metric

為了保證路由表中包含最佳的路徑信息，需要經(jīng)常

刷新和修改路由表。

修改路由表是根據(jù)度量值來衡量的，度量值metric

越小，說明路徑越好。

度量值包括以下六項指標:

?跳數(shù)(hopcount)：IP數(shù)據(jù)報到達目的地必須經(jīng)過的路由器

個數(shù)

?帶寬(bandwi出h)：鏈路的數(shù)據(jù)處理能力

?延遲(delay)：將數(shù)據(jù)從源送到目的地所需的時間

?負載(load)：網(wǎng)絡中(如路由器中或鏈路中)信息流的活

動數(shù)量

?可靠性(reliability)：數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯率

?開銷(cost)：是一個變化的數(shù)值，通?？梢愿鶕?jù)帶寬、建

設費用、維護費用、使用費用等因素由網(wǎng)絡管理員指定

動態(tài)路由的缺點:

■交換路由信息需要占用網(wǎng)絡的帶寬

路由表的動態(tài)修改和刷新需要占用路由器的內存和

CPU處理時間，消耗路由器的資源

9.4路由選擇協(xié)議

互聯(lián)網(wǎng)絡中應用最廣泛的動態(tài)路由選擇協(xié)議有兩種：

1.路由信息協(xié)議（RIP）：利用向量?距離算法

2.開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF）：利用鏈路?狀

態(tài)算法

收斂(convergence)

當一個互聯(lián)網(wǎng)中的所有路由器都

運行著精確的、足以反映當前

互聯(lián)網(wǎng)拓撲結構的路由信息時,

我們稱路由已經(jīng)收斂。

快速收斂是路由選擇協(xié)議最希望R1路由表R2路由表R3路由表R4路由表

絡

直

網(wǎng)1

接

絡

魚

網(wǎng)

各

1網(wǎng)

各

直

1&網(wǎng)

絡

網(wǎng)

2直3i

絡

網(wǎng)

2各

R1網(wǎng)

2各

直

網(wǎng)

絡

網(wǎng)3R4

接

絡

網(wǎng)

亶

各

3網(wǎng)3

絡

具有的特征。網(wǎng)4R3

絡

網(wǎng)4R4R4

1.RIP協(xié)議與向量一距離算法

向量■距離路由選擇算法

向量是指源路由器到目的網(wǎng)絡的路徑。即源路由器到目

的網(wǎng)絡的下一個路由器。

距離是指源路由器到目的網(wǎng)絡必須經(jīng)過的路由器個數(shù)。

其基本思想是路由器周期性地向其相鄰路由

器廣播自己知道的路由信息，用于通知相鄰路

由器自己可以到達的網(wǎng)絡以及到達該網(wǎng)絡的距

離（跳數(shù)）。相鄰路由器可以根據(jù)收到的路由

信息修改和刷新自己的路由表。

■RIP路由器每隔30秒觸發(fā)一次路由表刷新。

刷新計時器用于記錄時間量。一旦時間到，

RIP節(jié)點就會產(chǎn)生一系列包含自身全部路由

表的報文。這些報文廣播到每一個相鄰節(jié)點。

因此，每一個RIP路由器大約每隔30秒鐘應

收到從每個相鄰RIP節(jié)點發(fā)來的更新。

1.路由器啟動時初始化自己的路由表

目的網(wǎng)絡路徑距離目的網(wǎng)絡路徑距離目的網(wǎng)絡路徑距離

20.0.0.直接040.0.0直接0

10.0.0直接00.0

.030.0.0.直接050.0.0直接0

0

.0

20.0.0直接040.0.0.直接0

60.0.0直接0

.00

.0

向量一距離路由選擇算法的特點

1,優(yōu)點

算法簡單、易于實現(xiàn)

2.缺點

由于路由器的路徑變化需要像波浪一樣從相鄰路由器

；傳播出去，過程緩慢，容易造成慢收斂問題。

3,適用環(huán)境

路由變化不劇烈的中小型互聯(lián)網(wǎng)

RIP協(xié)議

RIP協(xié)議采用向量■距離路由選擇算法。RIP協(xié)議規(guī)

定了相鄰的路由器之間每30s交換一次路由信息o

RIP協(xié)議除了按照向量?距離路由選擇算法刷新、修

改路由表以外，對向量■距離算法做了某些改進。

4J

RIP協(xié)議對向量■距離算法的改進

增加內容：RIP路由表的更新

各路由器周期性地向其相鄰的路由器廣播自己的路

由表信息。與該路由器直接相連的路由器收到該路由信

息報文，按照下列原則修改、刷新本地路由表：

1）本地路由表中無路由信息報文中路由信息，則增加該

信息。

2）有比去往目的網(wǎng)絡更佳的路徑，則修改該信息。

3）原有經(jīng)相鄰路由器可以到達目的網(wǎng)絡而現(xiàn)在出現(xiàn)故障

不能到達，則該路由器的路由表也要作相應修改。

慢收斂問題及對策

慢收斂問題如何產(chǎn)生?

目的網(wǎng)絡路徑距離目的網(wǎng)絡路徑距離

net1直接0net1R11

net2直接0

這樣在路由器R1和R2之間就形成了路由環(huán)。這就是慢收

斂問題產(chǎn)生的原因。

一，二「：一"—ir/4---Jb.-

**

慢收斂問題的解決對策

限制路徑最大“距離”對策

當路由環(huán)產(chǎn)生后，距離越來越大。RIP協(xié)議采用限制路徑的最大“距

離”為16。當路由表中的距離等于或大于16時，即為不可達路由。

水平分割對策

當路由器從相鄰路由器接收路由報文信息時，其中不能包含從本路

由器發(fā)送給相鄰路由器的信息。

■保持對策

規(guī)定在得知目的網(wǎng)絡不可達后一定時間內(60s)，路由器

不接收關于此網(wǎng)絡的任何可到性信息。

帶觸發(fā)刷新的毒性逆轉對策

?一旦檢測到路由崩潰，即某段線路出現(xiàn)故障，立即廣播

路由刷新報文，而不必等待下一刷新周期。

OSPF協(xié)議與鏈路■狀態(tài)路由選擇算法

開放式最短路徑優(yōu)先算法OSPF(openshortest

pathfirst)是采用最多、應用最廣泛的路由技術之一。

OSPF是基于鏈路一狀態(tài)(link-status)算法的路

由選擇協(xié)議，其基本思想是：互聯(lián)網(wǎng)上的每個路由器

周期性地向其他路由器廣播自己與相鄰路由器的連接

關系，互聯(lián)網(wǎng)上的每個路由器利用收到的路由信息畫

出一張互聯(lián)網(wǎng)拓撲結構圖。利用畫出的拓撲結構圖和

最短路徑優(yōu)先算法，計算自己到達各個網(wǎng)絡的最短路

徑。

鏈路一狀態(tài)路由選擇算法的基本思想舉例

鏈路一狀態(tài)算法三個過程:

■1、在路由器剛開啟初始化或者網(wǎng)絡的結構發(fā)

生變化時，路由器會生成鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)

包LSAo

2、接著各個路由器通過刷新Flooding的方

式來交換各自知道的路由狀態(tài)信息。

3、當整個區(qū)域的網(wǎng)絡相對平靜下來，或者說

OSPF路由協(xié)議收斂convergence起來，區(qū)

域里所有的路由器會根據(jù)自己的鏈路狀態(tài)數(shù)

據(jù)庫計算出自己的路由表。

OSPF的分區(qū)概念

OSPF是一種分層次的路由協(xié)議，其層次中最

大的實體是自治系統(tǒng)AS（即遵循共同路由策

略管理下的一部分網(wǎng)絡實體）。

在一個AS中，網(wǎng)絡被劃分為若干個不同的區(qū)

域，每個區(qū)域都有自己特定的標識號。

對于主干區(qū)域（backbonearea——般是

areaO）,負責在區(qū)域之間分發(fā)鏈路狀態(tài)信息。

■OSPF為什么要分區(qū)分層次?

當網(wǎng)絡中自治系統(tǒng)非常大時，網(wǎng)絡拓撲

數(shù)據(jù)庫的信息內容就非常多，所以如果不分

層次的話，一方面容易造成數(shù)據(jù)庫溢出，另

一方面當網(wǎng)絡中某一鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，

會引起整個網(wǎng)絡中每個節(jié)點都重新計算一遍

自己的路由表，既浪費資源與時間，又會影

響路由協(xié)議的性能（如聚合速度、穩(wěn)定性、

靈活性等）。

■具體做法:

把自治系統(tǒng)劃分為多個區(qū)域，每個域內部維持

本區(qū)域一張唯一的拓撲結構圖，且各區(qū)域根據(jù)自己

的拓撲圖各自計算路由，區(qū)域邊界路由器把各個區(qū)

域的內部路由總結后在區(qū)域間擴散。

當網(wǎng)絡中的某條鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，此鏈路

所在的區(qū)域中的每個路由器重新計算本區(qū)域路由表,

而其它區(qū)域中路由器只需修改其路由表中的相應條

目而無須重新計算整個路由表，節(jié)省了計算路由表

的時間。

OSPF路由選擇協(xié)議

OSPF路由選擇協(xié)議采用鏈路?狀態(tài)算法。

優(yōu)點：

收斂速度快，支持服務類型選路，提供負載均衡和身份

認證，增強了網(wǎng)絡的可擴展性和穩(wěn)定性，同時也反映出了

動態(tài)路由協(xié)議的強大功能，適合在大規(guī)模的網(wǎng)絡中使用。

缺點：

要求較高的路由