第5講_路由選擇協(xié)議及IP多播_網(wǎng)絡(luò)層3.ppt

1、2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,1,網(wǎng)絡(luò)層-3,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議 4.6 IP多播,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,2,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議,4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的基本概念 4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP 4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF協(xié)議 4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP 4.5.5 路由器的構(gòu)成,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,3,路由選擇協(xié)議是什么,功能：建立路由表 解答：路由器中的路由表是如何得來(lái)的？ 核心：路由算法 不同的路由算法可能建立不同的路由表 如何工作？ 相鄰路由器之間直接交換信息 非相鄰路由器直接或間接交換信息 更新

2、和維護(hù)這些信息 依據(jù)選路原則建立路由表項(xiàng),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,4,H1,A,互聯(lián)網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,路由器,主機(jī),C要知道鄰居E的哪些信息?,A通過(guò)C間接知道E的信息,E可到達(dá)哪些網(wǎng)絡(luò)？直接or間接 與E相連的各條鏈路的參數(shù),要建立路由表才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā),1. 網(wǎng)絡(luò)的連通性：能不能到目的地。,E可到達(dá)哪些網(wǎng)絡(luò)？直接or間接 與E相連的各條鏈路的參數(shù),2. 鏈路及路徑的性能參數(shù)：選擇最佳路徑的依據(jù),3. 選路原則：考慮哪個(gè)或哪幾個(gè)性能參數(shù)？,建立路由表要了解：,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,5,路由算法的自適應(yīng)性,靜態(tài)路由選擇策略 人工

3、配置，很少更新：就像特定主機(jī)路由 非自適應(yīng)路由選擇，其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單和開(kāi)銷較小，但不能及時(shí)適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化。 動(dòng)態(tài)路由選擇策略 路由器之間不斷更新信息，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化修改路由表 即自適應(yīng)路由選擇，能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的變化；但實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜，開(kāi)銷也比較大。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,6,分層次的路由選擇協(xié)議,因特網(wǎng)采用分層次的路由選擇協(xié)議。 因特網(wǎng)的規(guī)模非常大。如果讓所有的路由器知道所有的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)怎樣到達(dá)，則這種路由表將非常大，處理起來(lái)很花時(shí)間，且路由器之間交換路由信息需要大量帶寬。 許多單位不愿意外界了解自己?jiǎn)挝痪W(wǎng)絡(luò)的布局細(xì)節(jié)和本部門所采用的路由選擇協(xié)議（這屬于本部門內(nèi)部的

4、事情），但同時(shí)還希望連接到因特網(wǎng)上。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,7,路由的層次結(jié)構(gòu),用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （例如，RIP）,自治系統(tǒng) B,自治系統(tǒng) A,用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （例如，BGP-4）,R1,R2,用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （例如，OSPF）,R3,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,8,自治系統(tǒng) AS(Autonomous System),例如，中國(guó)網(wǎng)通的所有網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)AS AS內(nèi)部使用某種路由選擇協(xié)議和度量 AS之間使用另一種路由選擇協(xié)議,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,9,因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議,內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP (Interior Gateway Prot

5、ocol) 在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。 這類路由選擇協(xié)議使用廣泛，如 RIP 和 OSPF 協(xié)議。 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP (External Gateway Protocol) 不同自治系統(tǒng)之間使用的協(xié)議 在外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中目前使用最多的是 BGP-4。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,10,自治系統(tǒng)和內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議,用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （例如，RIP）,自治系統(tǒng) B,自治系統(tǒng) A,用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （例如，BGP-4）,R1,R2,用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 （例如，OSPF）,自治系統(tǒng)之間的路由選擇也叫做 域間路由選擇(interdomain routing) 在自治系統(tǒng)內(nèi)部的

6、路由選擇叫做 域內(nèi)路由選擇(intradomain routing),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,11,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議,4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的基本概念 4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP 4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF協(xié)議 4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP 4.5.5 路由器的構(gòu)成,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,12,4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 RIP (Routing Information Protocol),1. 工作原理 RIP 是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 IGP中最先得到廣泛使用的協(xié)議。 RIP 是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。 RIP 協(xié)議要

7、求網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)路由器維護(hù)從它自己到其他每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的距離記錄。,選路依據(jù),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,13,“距離”的定義,從路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為 1。 從一個(gè)路由器到非直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離定義為所經(jīng)過(guò)的路由器數(shù)加 1。 RIP 協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hop count)，因?yàn)槊拷?jīng)過(guò)一個(gè)路由器，跳數(shù)就加 1。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,14,“距離”的定義,RIP 認(rèn)為一個(gè)好的路由就是它通過(guò)的路由器的數(shù)目少，即“距離短”。 RIP 允許一條路徑最多只能包含 15 個(gè)路由器。 “距離”的最大值為16 時(shí)即相當(dāng)于不可達(dá)?？梢?jiàn) RIP 只適用于

8、小型互聯(lián)網(wǎng)。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,15,RIP 協(xié)議的三個(gè)要點(diǎn),僅和相鄰路由器交換信息。 交換的信息是當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 按固定的時(shí)間間隔交換路由信息，例如，每隔 30 秒。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,16,路由表的建立,路由器在剛剛開(kāi)始工作時(shí)，只知道到直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離（此距離定義為1）。 以后，每一個(gè)路由器也只和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。 經(jīng)過(guò)若干次更新后，所有的路由器最終都會(huì)知道到達(dá)本自治系統(tǒng)中任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址。 RIP 協(xié)議的收斂(convergence)過(guò)程較快 所有路由器

9、都能在較短時(shí)間內(nèi)建立正確的路由表,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,17,RIP的解決方案,1. 網(wǎng)絡(luò)的連通性：能不能到目的地。,2. 鏈路及路徑的性能參數(shù)：選擇最佳路徑的依據(jù),3. 選路原則：考慮哪個(gè)或哪幾個(gè)性能參數(shù)？,建立路由表要了解：,僅與鄰居交換信息，間接了解遠(yuǎn)端路由器,帶寬？時(shí)延？ 只需搜集距離信息,路徑所經(jīng)過(guò)跳數(shù)最少,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,18,2. 距離向量算法,收到相鄰路由器（其地址為 X）的一個(gè) RIP 報(bào)文： (1) 先修改此 RIP 報(bào)文中的所有項(xiàng)目：把“下一跳”字段中的地址都改為 X，并把所有的“距離”字段的值加 1。 (2) 對(duì)修改后的 R

10、IP 報(bào)文中的每一個(gè)項(xiàng)目，重復(fù)以下步驟： 若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則把該項(xiàng)目加到路由表中。 否則 若下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，則把收到的項(xiàng)目替換原路由表中的項(xiàng)目。 否則 若收到項(xiàng)目中的距離小于路由表中的距離，則進(jìn)行更新， 否則，什么也不做。 (3) 若 3 分鐘還沒(méi)有收到相鄰路由器的更新路由表，則把此相鄰路由器記為不可達(dá)，即將距離置為16（距離為16表示不可達(dá)）。 (4) 返回。,舉例,繼續(xù),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,19,RIP的路由表更新1更新前,表1：路由器R6的路由表,路由器R6收到R4發(fā)來(lái)的更新路由表,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,20,

11、RIP的路由表更新2更新信息,表3：修改后的表2,表2：R4發(fā)來(lái)的路由更新信息,表1：路由器R6的路由表,返回,原表沒(méi)有,下一跳相同,距離更小,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,21,RIP的路由表更新3更新后,表4：R6更新后的路由表,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,22,路由器之間交換信息,所有路由器都和自己的相鄰路由器交換路由信息(即路由表項(xiàng))，并不斷更新其路由表 一旦路由表發(fā)生變化，就向鄰居發(fā)出更新 每隔30s無(wú)論是否變化，都執(zhí)行一次更新 使得每一個(gè)路由器到每一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)的路由都是最短的（即跳數(shù)最少） 由于每一個(gè)路由器的位置不同，它們的路由表當(dāng)然也是不同的,2020/

12、8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,23,RIP 協(xié)議的優(yōu)缺點(diǎn),RIP 協(xié)議最大的優(yōu)點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，開(kāi)銷小 RIP 限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，它能使用的最大距離為 15（16 表示不可達(dá)）。 路由器之間交換的路由信息是路由器中的完整路由表，因而隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，開(kāi)銷也就增加。 RIP 存在的一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，要經(jīng)過(guò)比較長(zhǎng)的時(shí)間才能將此信息傳送到所有的路由器。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,24,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R1 說(shuō)：“我到網(wǎng) 1 的距離是 1，是直接交付?！?“1”表示“從本路由器到網(wǎng) 1”,“1”表示“距離是 1”,“”表示“直接交付”,2

13、020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,25,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R2 說(shuō)：“我到網(wǎng) 1 的距離是 2，是經(jīng)過(guò) R1?！?“1”表示“從本路由器到網(wǎng) 1”,“2”表示“距離是 2”,“R1”表示 經(jīng)過(guò) R1,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,26,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R1 說(shuō)：“我到網(wǎng) 1 的距離是 16 （表示無(wú)法到達(dá)）， 是直接交付。”,但 R2 在收到 R1 的更新報(bào)文之前，還發(fā)送原來(lái)的報(bào)文， 因?yàn)檫@時(shí) R2 并不知道 R1 出了故障。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,27,R2,R1,正 常 情 況,1

14、1 ,1 2 R1,R1 收到 R2 的更新報(bào)文后，誤認(rèn)為可經(jīng)過(guò) R2 到達(dá)網(wǎng)1，于是更新自己的路由表，說(shuō)：“我到網(wǎng) 1 的距離是 3，下一跳經(jīng)過(guò) R2”。然后將此更新信息發(fā)送給 R2。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,28,R2,R1,正 常 情 況,1 1 ,1 2 R1,R2 以后又更新自己的路由表為“1, 4, R1”，表明 “我到網(wǎng) 1 距離是 4，下一跳經(jīng)過(guò) R1”。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,29,R2,R1,R2,R1,網(wǎng) 1出了故障,正 常 情 況,1 1 ,1 16 ,1 5 R2,1 2 R1,1 2 R1,這樣不斷更新下去，直到 R1 和 R2

15、 到網(wǎng) 1 的距離都增大到 16 時(shí)，R1 和 R2 才知道網(wǎng) 1 是不可達(dá)的。,這就是好消息傳播得快，而壞消息傳播得慢。網(wǎng)絡(luò)出故障的傳播時(shí)間往往需要較長(zhǎng)的時(shí)間(例如數(shù)分鐘)。這是 RIP 的一個(gè)主要缺點(diǎn)。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,30,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議,4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的基本概念 4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP 4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF協(xié)議 4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP 4.5.5 路由器的構(gòu)成,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,31,4.5.3 開(kāi)放最短路徑優(yōu)先OSPF三個(gè)要點(diǎn),向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里使用的方法是洪

16、泛法。 發(fā)送的信息是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息。 “鏈路狀態(tài)”就是說(shuō)明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”(metric)。 RIP的度量即跳數(shù)(距離)。 OSPF可采用多種度量：帶寬、延時(shí)、丟失率等 只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，路由器才用洪泛法向所有路由器發(fā)送此信息。,RIP呢？,RIP呢？,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,32,鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)(link-state database),由于各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，因此所有的路由器最終都能建立一個(gè)鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)。 這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)際上就是全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，它在全網(wǎng)范圍內(nèi)是一

17、致的（這稱為鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步）。 OSPF 的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)能較快地進(jìn)行更新，使各個(gè)路由器能及時(shí)更新其路由表。 OSPF 的更新過(guò)程收斂得快是其重要優(yōu)點(diǎn)。,為什么能得到：向所有路由器發(fā)!,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,33,洪泛：快速向全網(wǎng)傳播,更新報(bào)文,t,ACK報(bào)文,R,R,R,R,t1 t2 t3 t4,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,34,層次化OSPF: 區(qū)域(area)的概念,為了使 OSPF 能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF 將一個(gè)自治系統(tǒng)再劃分為若干個(gè)更小的范圍，叫作區(qū)域。 每一個(gè)區(qū)域都有一個(gè) 32 位的區(qū)域標(biāo)識(shí)符（用點(diǎn)分十進(jìn)制表示）。 區(qū)域也不能太大

18、，在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過(guò) 200 個(gè)。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,35,OSPF 劃分為兩種不同的區(qū)域,區(qū)域 0.0.0.1,區(qū)域 0.0.0.3,主干區(qū)域 0.0.0.0,至其他自治系統(tǒng),R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,網(wǎng) 8,網(wǎng) 6,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 1,網(wǎng) 7,區(qū)域 0.0.0.2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 5,R8,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,36,劃分區(qū)域,劃分區(qū)域的好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個(gè)區(qū)域而不是整個(gè)的自治系統(tǒng)，這就減少了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上的通信量。 在一個(gè)區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，而不知道其他區(qū)域

19、的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?OSPF 使用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分。在上層的區(qū)域叫作主干區(qū)域(backbone area)。主干區(qū)域的標(biāo)識(shí)符規(guī)定為0.0.0.0。主干區(qū)域的作用是用來(lái)連通其他在下層的區(qū)域。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,37,主干路由器,區(qū)域 0.0.0.1,區(qū)域 0.0.0.3,主干區(qū)域 0.0.0.0,至其他自治系統(tǒng),R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,網(wǎng) 8,網(wǎng) 6,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 1,網(wǎng) 7,區(qū)域 0.0.0.2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 5,R8,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,38,區(qū)域邊界路由器,區(qū)域 0.0.0.1,區(qū)域 0.0.0.3,主干區(qū)域 0.0.0

20、.0,R9,R7,R6,R5,R4,R3,R2,R1,網(wǎng) 8,網(wǎng) 6,網(wǎng) 3,網(wǎng) 2,網(wǎng) 1,網(wǎng) 7,區(qū)域 0.0.0.2,網(wǎng) 4,網(wǎng) 5,R8,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,39,OSPF 的特點(diǎn),直接使用 IP 數(shù)據(jù)報(bào)傳送路由消息 RIP使用UDP封裝路由消息 可根據(jù)業(yè)務(wù)類型計(jì)算鏈路代價(jià)，從而對(duì)不同業(yè)務(wù)使用不同的路由 支持負(fù)載平衡 如果到同一個(gè)目的網(wǎng)絡(luò)有多條相同代價(jià)的路徑，那么可以將通信量盡可能平均地分配給這幾條路徑 支持可變長(zhǎng)度的子網(wǎng)劃分和無(wú)分類編址 CIDR。 每一個(gè)鏈路狀態(tài)都帶上一個(gè) 32 位的序號(hào)，序號(hào)越大狀態(tài)就越新。,可有多種鏈路狀態(tài),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_

21、網(wǎng)絡(luò)層3,40,OSPF 的其他特點(diǎn),每隔一段時(shí)間(如 30 分鐘)，刷新一次數(shù)據(jù)庫(kù)中的鏈路狀態(tài)。 路由更新時(shí)發(fā)送的鏈路狀態(tài)只涉及與相鄰路由器的連通狀態(tài)，與全網(wǎng)規(guī)模并無(wú)直接關(guān)系 因此，OSPF 協(xié)議適合大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)使用 OSPF 沒(méi)有“壞消息傳播得慢”的問(wèn)題，據(jù)統(tǒng)計(jì)，其響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化的時(shí)間小于 100 ms。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,41,IP 數(shù)據(jù)報(bào),OSPF 分組,IP數(shù)據(jù)報(bào)首部,OSPF 分組,OSPF 分組首部,類型 1 至類型 5 的 OSPF 分組,24 字節(jié),0,8,16,31,版 本,路 由 器 標(biāo) 識(shí) 符,類 型,分 組 長(zhǎng) 度,檢 驗(yàn) 和,鑒 別,位,鑒 別,

22、區(qū) 域 標(biāo) 識(shí) 符,鑒 別 類 型,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,42,2. OSPF 的五種分組類型,類型1，問(wèn)候(Hello)分組。 類型2，數(shù)據(jù)庫(kù)描述(Database Description)分組。 類型3，鏈路狀態(tài)請(qǐng)求(Link State Request)分組。 類型4，鏈路狀態(tài)更新(Link State Update)分組， 用洪泛法對(duì)全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。 類型5，鏈路狀態(tài)確認(rèn)(Link State Acknowledgment) 分組。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,路由器啟動(dòng)后五種分組的作用,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,44,Hello分組

23、,探查有哪些相鄰的路由器及相應(yīng)的鏈路度量 收到Hello分組的相鄰路由器回復(fù)Hello,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,45,數(shù)據(jù)庫(kù)描述分組,告知鄰居主機(jī)有哪些路由器的鏈路狀態(tài) 不僅僅是鄰居，包括所知的所有路由器 (只是一個(gè)摘要，并非完整的信息) 這樣，每個(gè)路由器都能知道相鄰的路由器有哪些鏈路的狀態(tài)信息,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,46,鏈路狀態(tài)請(qǐng)求、更新與確認(rèn),收到鏈路狀態(tài)的摘要信息后 發(fā)送“鏈路狀態(tài)請(qǐng)求”，索取自己缺少的某些鏈路的狀態(tài)信息 收到請(qǐng)求的路由器回復(fù)“鏈路狀態(tài)更新” 請(qǐng)求者收到更新后，再回復(fù)“鏈路狀態(tài)確認(rèn)”,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,47,

24、OSPF的基本操作,確定可達(dá)性,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,48,何時(shí)觸發(fā)更新,只要一個(gè)路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化，該路由器就要使用鏈路狀態(tài)更新分組，用洪泛法向全網(wǎng)發(fā)出鏈路狀態(tài)更新分組 僅包含與此路由器相鄰的鏈路狀態(tài)信息 洪泛法的工作方式以后介紹,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,49,洪泛：快速向全網(wǎng)傳播,更新報(bào)文,t,ACK報(bào)文,R,R,R,R,t1 t2 t3 t4,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,50,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議,4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的基本概念 4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP 4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF協(xié)議 4.5.4 外部

25、網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP 4.5.5 路由器的構(gòu)成,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,51,4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP,因特網(wǎng)的規(guī)模太大，在自治系統(tǒng)之間尋找最佳路由是很不現(xiàn)實(shí)的。 對(duì)于跨越AS的路徑，無(wú)法計(jì)算有意義的代價(jià) 因此一般 AS 之間僅交換“可達(dá)性”信息 BGP 只能力求尋找一條能夠到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)且比較好的路由（不能兜圈子），而并非要尋找一條最佳路由。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,52,BGP 發(fā)言人(BGP speaker),每一個(gè)自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個(gè)路由器作為該自治系統(tǒng)的“ BGP 發(fā)言人” 該路由器運(yùn)行BGP協(xié)議 參與自治系統(tǒng)之間的路由 一般說(shuō)來(lái)，BGP

26、 發(fā)言人往往就是 BGP 邊界路由器，但也可以不是 BGP 邊界路由器 兩個(gè) BGP 發(fā)言人首先建立 TCP 連接(可靠) 在此連接上交換 BGP 報(bào)文以建立 BGP 會(huì)話 利用 BGP 會(huì)話交換路由信息,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,53,BGP 發(fā)言人和自治系統(tǒng) AS 的關(guān)系,BGP 發(fā)言人,BGP 發(fā)言人,BGP 發(fā)言人,BGP 發(fā)言人,BGP 發(fā)言人,AS1,AS3,AS2,AS5,AS4,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,54,AS 的連通圖舉例,BGP 所交換的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的信息就是要到達(dá)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過(guò)的一系列 AS。 當(dāng) BGP 發(fā)言人互相交換了網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的信

27、息后，各 BGP 發(fā)言人就根據(jù)所采用的策略從收到的路由信息中找出到達(dá)各 AS 的較好路由。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,55,BGP 發(fā)言人交換路徑向量,主干網(wǎng) （AS1）,地區(qū) ISP （AS2）,地區(qū) ISP （AS3）,本地 ISP（AS6） N5,本地 ISP（AS7） N6， N7,自治系統(tǒng) AS2 的 BGP 發(fā)言人通知主干網(wǎng)的 BGP 發(fā)言人：“要到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N1, N2, N3 和 N4 可經(jīng)過(guò) AS2。”,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,56,BGP 發(fā)言人交換路徑向量,主干網(wǎng) （AS1）,地區(qū) ISP （AS2）,地區(qū) ISP （AS3）,本地 ISP

28、（AS4） N1， N2,本地 ISP（AS5） N3， N4,主干網(wǎng)還可發(fā)出通知：“要到達(dá)網(wǎng)絡(luò) N5, N6 和 N7 可沿路徑（AS1, AS3）。”,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,57,BGP 協(xié)議的特點(diǎn),BGP 協(xié)議交換路由信息的結(jié)點(diǎn)數(shù)量級(jí)是自治系統(tǒng)數(shù)的量級(jí)，這要比這些自治系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)少很多。 每一個(gè)自治系統(tǒng)中 BGP 發(fā)言人（或邊界路由器）的數(shù)目是很少的。這樣就使得自治系統(tǒng)之間的路由選擇不致過(guò)分復(fù)雜。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,58,BGP 協(xié)議的特點(diǎn),BGP 支持 CIDR，因此 BGP 的路由表也就應(yīng)當(dāng)包括目的網(wǎng)絡(luò)前綴、下一跳路由器，以及到達(dá)該目的網(wǎng)

29、絡(luò)所要經(jīng)過(guò)的各個(gè)自治系統(tǒng)序列。 在BGP 剛剛運(yùn)行時(shí)，BGP 鄰站之間交換整個(gè)P 路由表 之后只在發(fā)生變化時(shí)更新有變化的部分 節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬 減少路由器的處理開(kāi)銷,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,59,BGP-4 共使用四種報(bào)文,(1) 打開(kāi)(OPEN)報(bào)文，用來(lái)與相鄰的另一個(gè)BGP發(fā)言人建立關(guān)系。 (2) 更新(UPDATE)報(bào)文，用來(lái)發(fā)送某一路由的信息，以及列出要撤消的多條路由。 (3) ?；?KEEPALIVE)報(bào)文，用來(lái)確認(rèn)打開(kāi)報(bào)文和周期性地證實(shí)鄰站關(guān)系。 (4) 通知(NOTIFICATION)報(bào)文，用來(lái)發(fā)送檢測(cè)到的差錯(cuò)。 在 RFC 2918 中增加了 ROUTE-REFR

30、ESH 報(bào)文，用來(lái)請(qǐng)求對(duì)等端重新通告。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,60,BGP 報(bào)文具有通用的首部,BGP 報(bào)文通用首部,字節(jié) 16 2 1,BGP 報(bào)文主體部分,類 型,長(zhǎng) 度,標(biāo) 記,TCP首部,IP 首部,BGP 報(bào)文,TCP 報(bào)文,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,61,關(guān)于路由選擇協(xié)議,最重要的：理解此類協(xié)議的作用和任務(wù) 掌握RIP的 “距離矢量算法”，會(huì)解題 OSPF協(xié)議 劃分區(qū)域的思想 鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)包含全網(wǎng)拓?fù)?更新的是本地鏈路狀態(tài)信息 五種分組的作用 BGP的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,62,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議,

31、4.5.1 有關(guān)路由選擇協(xié)議的基本概念 4.5.2 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議RIP 4.5.3 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議OSPF協(xié)議 4.5.4 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP 4.5.5 路由器的構(gòu)成,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,63,4.5.5 路由器的構(gòu)成,路由器是一種具有多個(gè)輸入端口和多個(gè)輸出端口的專用計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組。 將某個(gè)輸入端口收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網(wǎng)絡(luò)），把該分組從路由器的某個(gè)輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器。 下一跳路由器也按照這種方法處理分組，直到該分組到達(dá)終點(diǎn)為止。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,64,課件制作人：謝希仁,典型的路由器的結(jié)構(gòu),路由 選擇,路由選

32、擇處理機(jī),路由選擇協(xié)議,路由表,3,輸入端口,3,交換結(jié)構(gòu),輸入端口,輸出端口,分組 轉(zhuǎn)發(fā),轉(zhuǎn)發(fā)表,分組處理,輸出端口,1,1,1,3,3,1,2,2,2,2,3網(wǎng)絡(luò)層 2數(shù)據(jù)鏈路層 1物理層,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,65,“轉(zhuǎn)發(fā)”和“路由選擇”的區(qū)別,“轉(zhuǎn)發(fā)”(forwarding)就是路由器根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表將用戶的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)從合適的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。 “路由選擇”(routing)則是按照分布式算法，根據(jù)從各相鄰路由器得到的關(guān)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞淖兓?情況，動(dòng)態(tài)地改變所選擇的路由。 即：確定路由表 路由表是根據(jù)路由選擇算法得出的。而轉(zhuǎn)發(fā)表是從路由表得出的。 在討論路由選擇的原理時(shí)，往往

33、不去區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)表和路由表的區(qū)別，,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,66,輸入端口對(duì)線路上收到的分組的處理,數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢臀膊亢?，將分組送到網(wǎng)絡(luò)層的隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。這會(huì)產(chǎn)生一定的時(shí)延。,物理層處理,數(shù)據(jù)鏈路層 處理,網(wǎng)絡(luò)層處理 分組排隊(duì),交 換 結(jié) 構(gòu),輸入端口的處理,從 線 路 接 收 分 組,查表和轉(zhuǎn)發(fā),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,67,輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳送來(lái)的分組發(fā)送到線路,從交換結(jié)構(gòu)傳送過(guò)來(lái)的分組先進(jìn)行緩存。數(shù)據(jù)鏈路層處理模塊將分組加上鏈路層的首部和尾部，交給物理層后發(fā)送到外部線路。,物理層處理,數(shù)據(jù)鏈路層 處理,網(wǎng)絡(luò)層處理 分組排隊(duì),輸出端口的處理,

34、向 線 路 發(fā) 送 分 組,緩存管理,交 換 結(jié) 構(gòu),2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,68,分組丟棄,若路由器處理分組的速率趕不上分組進(jìn)入隊(duì)列的速率，則隊(duì)列的存儲(chǔ)空間最終會(huì)溢出，這就使后面再進(jìn)入隊(duì)列的分組由于沒(méi)有存儲(chǔ)空間而只能被丟棄。 路由器中的輸入或輸出隊(duì)列產(chǎn)生溢出是造成分組丟失的重要原因。 需要注意 每個(gè)輸入和輸出端口均有自己的緩沖隊(duì)列,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,69,2 交換結(jié)構(gòu),I1,I3,I2,O1,O2,存 儲(chǔ) 器,I1,I3,I2,O1,O2,I1,I3,I2,O1,O3,(a) 通過(guò)存儲(chǔ)器,(c) 通過(guò)互連網(wǎng)絡(luò),(b) 通過(guò)總線,總線,互連網(wǎng)絡(luò),O3,

35、O3,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,70,網(wǎng)絡(luò)層-3,4.5 因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議 4.6 IP多播,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,71,共有 90 個(gè)主機(jī)接收視頻節(jié)目,R1,R3,R4,R2,視頻服務(wù)器 M,30 個(gè),30 個(gè),30 個(gè),30 個(gè),30個(gè),30 個(gè),90 個(gè),不使用多播時(shí)需要 發(fā)送 90 次單播： 每條鏈路上都有 大量相同的數(shù)據(jù),4.6 IP 多播4.6.1 IP 多播的基本概念,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,72,多播,1 個(gè),1 個(gè),多播,多播,多播可明顯地減少網(wǎng)絡(luò)中資源的消耗,多播組成員 共有 90 個(gè),R1,R3,R4,R2,視頻服

36、務(wù)器 M,1 個(gè),1 個(gè),1 個(gè),1 個(gè),1 個(gè),發(fā)送 1 次多播,復(fù)制,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,73,IP 多播的一些特點(diǎn),多播使用組地址 IP 協(xié)議使用 D 類地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。 所有成員都聲明自己加入了由某個(gè)D類地址所標(biāo)識(shí)的多播組，它們擁有共同的多播地址 (2) 永久組地址由因特網(wǎng)號(hào)碼指派管理局 IANA 負(fù)責(zé)指派。見(jiàn)課本 P165 (3) 動(dòng)態(tài)的組成員 (4) 多播最后階段局域網(wǎng)內(nèi)部多播 使用硬件進(jìn)行多播,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,74,R1,R3,R4,R2,視頻服務(wù)器 M,向224.1.1.1多播“哈利波特”

37、,我們都加入了224.1.1.1,有主機(jī)需要通過(guò)“我”接收發(fā)往224.1.1.1的分組,我也得加入,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,75,4.6.2 在局域網(wǎng)上進(jìn)行硬件多播,因特網(wǎng)號(hào)碼指派管理局 IANA 擁有的以太網(wǎng)多播地址范圍 01-00-5E-00-00-00 01-00-5E-7F-FF-FF 只有23位是可變的 D 類 IP 地址可供分配的有 28 位，為使D類IP地址與硬件多播地址一一對(duì)應(yīng) 28 位中的前 5 位不能用來(lái)構(gòu)成以太網(wǎng)硬件地址。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,76,D 類 IP 地址與以太網(wǎng)多播地址的映射關(guān)系,00000000,00000001,0

38、1011110,0,1110,0,8,16,24,31,D 類 IP 地址,這 5 位不使用,48 位以太網(wǎng)地址,0 1 0 0 5 E,表示多播,最低 23 位來(lái)自 D 類 IP 地址,即到局域網(wǎng)后，使用硬件地址表示多播,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,77,4.6.3 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP 和多播路由選擇協(xié)議,1. IP多播需要兩種協(xié)議 為了使路由器知道其下多播組成員的信息，需要利用網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP (Internet Group Management Protocol)。 連接在局域網(wǎng)上的多播路由器還必須和因特網(wǎng)上的其他多播路由器協(xié)同工作，以便把多播數(shù)據(jù)報(bào)用最小代價(jià)

39、傳送給所有的組成員。這就需要使用多播路由選擇協(xié)議。,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,78,IGMP 使多播路由器知道多播組成員信息,128.56.24.34,135.27.74.52,130.12.14.56,130.12.14.43,多播組 226.15.37.123,IGMP,IGMP,IGMP,IGMP,R1,R4,R3,R2,2020/8/28,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)_網(wǎng)絡(luò)層3,79,IGMP 的本地使用范圍,IGMP 并非在因特網(wǎng)范圍內(nèi)對(duì)所有多播組成員進(jìn)行管理的協(xié)議。 IGMP 不知道 IP 多播組包含的成員數(shù)，也不知道這些成員都分布在哪些網(wǎng)絡(luò)上。 IGMP 協(xié)議是讓連接在本地局域網(wǎng)上的多播路由器知道本局域網(wǎng)上是否有主機(jī)（嚴(yán)格講，是主機(jī)上的某個(gè)