4.1.1網(wǎng)絡(luò)層功能概述

作用：把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機提供通信服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)層傳輸單位為數(shù)據(jù)報。

功能一：路由所選擇與分組轉(zhuǎn)發(fā)（選擇最佳路徑）

功能二：異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

功能三：擁塞控制（所有結(jié)點來不及接受分組，網(wǎng)絡(luò)就處于擁塞狀態(tài)，要處理擁塞）

解決方法：1.開環(huán)控制（靜）；2.閉環(huán)控制（動）

4.1.2數(shù)據(jù)交換方式

電路交換：建立連接（呼叫/電路建立）—通信—斷開連接（拆除電路）

特點：獨占資源

優(yōu)點：

1.?通信時延小

2.?有序傳輸

3.?沒有沖突

4.?實時性強

缺點：

1.?建立連接時間長

2.?線路獨占，使用效率低

3.?靈活性差

4.?無差錯控制能力

報文交換：

報文：源應(yīng)用發(fā)生的信息整體。

優(yōu)點：

1.?無需建立連接

2.?存儲轉(zhuǎn)發(fā)，動態(tài)分配線路

3.?線路可靠性較高

4.?線路利用率較高

5.?多目標(biāo)服務(wù)

缺點：

1.?有存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延

2.?報文大小不定，需要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點有較大的緩存空間

分組交換

分組：將大的數(shù)據(jù)塊分割成小的數(shù)據(jù)塊。

優(yōu)點：

1.?無需建立連接

2.?存儲轉(zhuǎn)發(fā)，動態(tài)分配線路

3.?線路可靠性較高

4.?線路利用率較高

5.?相對于報文交換，存儲管理更容易

缺點：

1.?有存儲轉(zhuǎn)發(fā)時延

2.?需要額外的信息量

3.?亂序到目的主機時，要對分組排序重組

計算題中注意點：

1.?單位換算：b、B（8bit）、Mbps、kbps

2.?是否考慮傳播時延

3.?時間至少是多少——選擇最少跳數(shù)

4.?起始時間（從發(fā)送開始到接受完為止/從發(fā)送開始到發(fā)送完為止）

5.?是否有分組頭部大小開銷

6.?報文交換時延更長，分組交換時延可能不是整數(shù)。

4.1.3數(shù)據(jù)報與虛電路

數(shù)據(jù)報方式為網(wǎng)絡(luò)層提供無連接服務(wù)。

虛電路方式為網(wǎng)絡(luò)層提供連接服務(wù)。

（無連接服務(wù)：不事先為分組長度傳輸確定傳輸路徑，每個分組獨立確定傳輸路徑，不同分組傳輸路徑可能不同。

連接服務(wù)：首先為分組的傳輸確定傳輸路徑（建立連接），然后沿該路徑（連接）傳輸系列分組，系列分組傳輸路徑相同，傳輸結(jié)束后拆除連接。）

名詞辨析：

?

數(shù)據(jù)報：

每個分組攜帶源和目的地址。

路由器根據(jù)分組的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)分組：基于路由協(xié)議/算法構(gòu)建轉(zhuǎn)發(fā)表；檢索轉(zhuǎn)發(fā)表；每個分組獨立選路。

虛電路：

其將數(shù)據(jù)報方式與電路交換方式結(jié)合，以發(fā)揮，兩者優(yōu)點。

虛電路：一條源主機到目的主機類似于電路的路徑（邏輯連接），路徑上所有結(jié)點都要維持這條虛電路的建立，都維持一張?zhí)撾娐繁?，每一項記錄了一個打開的虛電路的信息。

?

?

4.2路由算法與路由協(xié)議概述

路由算法：

最佳路由：最佳只能是相對于某種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。

分類：

靜態(tài)路由算法（非自適應(yīng)路由算法），管理員手動配置路由信息

（簡便、可靠，在負(fù)荷穩(wěn)定、拓?fù)渥儞Q不大的網(wǎng)絡(luò)中運行效果很好，廣泛應(yīng)用于高度安全性的軍事網(wǎng)絡(luò)和較小的商業(yè)網(wǎng)絡(luò)；路由更新慢，不適用于大型網(wǎng)絡(luò)）

動態(tài)路由算法（自適應(yīng)路由算法），路由器間彼此交換信息，按路由器算法優(yōu)化出路由表項

（路由更新快，適用于大型網(wǎng)絡(luò)，及時響應(yīng)鏈路費用或網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?；算法?fù)雜，增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。）

動態(tài)路由算法：

全局性，鏈路狀態(tài)路由算法，OSPF

（所有路由掌握完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜玩溌焚M用信息）

分散性，距離向量路由算法，RIP

（路由器只掌握物理相連的鄰居及鏈路費用）

分層次的路由選擇協(xié)議：

選擇原因：1.因特網(wǎng)規(guī)模很大；2.許多單位不想讓外界知道自己的路由選擇協(xié)議，但還想連入因特網(wǎng)。

自治系統(tǒng)AS：在單一的技術(shù)管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種AS內(nèi)部的路由選擇協(xié)議和共同度量以確定分組在該AS內(nèi)的路由，同時還使用一種AS之間的路由協(xié)議以確定在AS之間的路由。

路由選擇協(xié)議：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，IGP；外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，EGP

4.3.1IP數(shù)據(jù)報格式

IP數(shù)據(jù)報格式

?

?

版本：IPv4、IPv6，4位

首部長度：單位是4B，最小為5

區(qū)分服務(wù)：指示期望獲得哪種類型的服務(wù)

總長度：首部+數(shù)據(jù)，單位是1B

生存時間（TTL）：IP分組保質(zhì)期。經(jīng)過一個路由器-1，變成0則丟棄。

協(xié)議：數(shù)據(jù)部分的協(xié)議，8位，TCP字段值為6，UDP字段值為17

首部檢驗和：只檢驗首部

源IP地址和目的IP地址：32位

可選字段：0-40B，用來支持排錯、測量以及安全等措施。

填充：全0，將首部補成4B的整數(shù)倍。

4.3.2IP數(shù)據(jù)報分片

最大傳送單元MTU：鏈路數(shù)據(jù)幀可封裝數(shù)據(jù)的上限。

以太網(wǎng)的MTU是1500字節(jié)。

標(biāo)識：同一數(shù)據(jù)報的分片使用同一標(biāo)識。

標(biāo)志：3位，只有兩位有意義 x _ _，中間位DF：DF=1，禁止分片；DF=0，允許分片。最低位MF，MF=1，后面還有分片；MF=0，代表最后一片/沒分片。

?片偏移：指較長分組分片后，某片在原分組中的相對位置。以8B為單位。

除了最后一個分片，每個分片長度一定是8B的整數(shù)倍。

總長度單位是1B，片偏移單位是8B，首部長度單位是4B。

4.3.3IPv4地址

IP地址：

IP編址的歷史階段：

分類的IP地址，子網(wǎng)的劃分，構(gòu)成超網(wǎng)（無分類編址方法）

分類的IP地址：

IP地址：全世界唯一的32位/4字節(jié)標(biāo)識符，標(biāo)識路由器主機的接口

IP地址：：=｛<網(wǎng)絡(luò)號>,<主機號>｝

?

?

?

?

4.3.4網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT

路由器對目的地址是私有IP地址的數(shù)據(jù)報一律不進行轉(zhuǎn)發(fā)。

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT：在專用網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的路由器上安裝NAT軟件，安裝了NAT軟件的路由器稱為NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球IP地址。

?

專用網(wǎng)內(nèi)部主機將數(shù)據(jù)報發(fā)送給NAT路由器，NAT路由器將其中的IP地址與端口號進行更換，然后再在因特網(wǎng)中進行數(shù)據(jù)報的發(fā)送。在收到應(yīng)答后，NAT路由器再將數(shù)據(jù)報進行更換傳送給對應(yīng)的專用網(wǎng)內(nèi)部主機。

4.3.5子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)掩碼

子網(wǎng)劃分：

分類的IP地址的弱點：

1.?IP地址空間的利用率有時很低

2.?兩級IP地址不夠靈活。

子網(wǎng)劃分：將原本只能做主機號的部分，劃分成子網(wǎng)號+主機號，形成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)

?

子網(wǎng)掩碼：主機部分全0，網(wǎng)絡(luò)號、服務(wù)號全1

子網(wǎng)掩碼與IP地址逐位相與，就得到子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址。

?

使用子網(wǎng)時分組的轉(zhuǎn)發(fā)：

?

4.3.6無分類編址CIDR

無分類域間路由選擇CIDR：

1.?消除了傳統(tǒng)的A類，B類，C類地址以及劃分子網(wǎng)的概念。

將網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)號統(tǒng)稱為網(wǎng)絡(luò)前綴，變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)前綴+主機號

CIDR記法：IP地址后加上“/”，然后寫上網(wǎng)絡(luò)前綴（可以任意長度）的位數(shù)

如：128.14.32.0/20

2.?融合子網(wǎng)地址與子網(wǎng)掩碼，方便子網(wǎng)劃分。

CIDR把網(wǎng)絡(luò)前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成一個CIDR地址塊。

地址塊：128.14.32.0/20，/20地址塊

地址掩碼（子網(wǎng)掩碼）：11111111 11111111 11110000 00000000

構(gòu)成超網(wǎng)：

將多個子網(wǎng)聚合成一個較大的子網(wǎng)，叫作構(gòu)成超網(wǎng)，或路由聚合。

方法：將網(wǎng)絡(luò)前綴縮短。

最長前綴匹配：

使用CIDR時，查找路由表可能得到幾個匹配結(jié)果，應(yīng)選擇網(wǎng)絡(luò)前綴的路由。前綴越長，地址塊越小，路由越具體。

4.3.7ARP協(xié)議

發(fā)送數(shù)據(jù)過程

主機1向同一子網(wǎng)內(nèi)的主機3發(fā)送數(shù)據(jù)過程：

?

主機1向不同子網(wǎng)內(nèi)的主機5發(fā)送信息過程：先要獲得默認(rèn)網(wǎng)關(guān)IP6才可以，先發(fā)送給默認(rèn)網(wǎng)關(guān)再發(fā)送給主機5。

?

ARP協(xié)議：

由于在實際網(wǎng)絡(luò)的鏈路上傳送數(shù)據(jù)幀時，最終必須使用MAC地址。

ARP協(xié)議：完成主機或路由器IP地址到MAC地址的映射。（解決下一跳走哪的問題）

ARP協(xié)議使用過程：

檢查ARP高速緩存，有對應(yīng)表項則寫入MAC幀，沒有則用目的MAC地址為FF-FF-FF-FF-FF-FF的幀封裝并廣播ARP請求分組，同一局域網(wǎng)中所有主機都能收到該請求。目的主機收到請求后就會想源主機單播一個ARP響應(yīng)分組，源主機收到后將此映射寫入ARP緩存（10-20min更新一次）。

ARP協(xié)議的4中典型情況：

1.?主機A發(fā)給本網(wǎng)絡(luò)上的主機B：用ARP找到主機B的硬件地址。

2.?主機A發(fā)給另一網(wǎng)絡(luò)的主機B：用ARP找到本網(wǎng)絡(luò)上一個路由器（網(wǎng)關(guān)）的硬件地址。

3.?路由器發(fā)給本網(wǎng)絡(luò)的主機A：用ARP找到主機A的硬件地址。

4.?路由器發(fā)給另一網(wǎng)絡(luò)的主機B：用ARP找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個路由器的硬件地址。

ARP協(xié)議自動進行

4.3.8DHCP協(xié)議

主機如何獲得IP地址：

靜態(tài)配置：IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)

動態(tài)配置：利用DHCP服務(wù)器動態(tài)分配

DHCP協(xié)議：

動態(tài)主機配置協(xié)議DHCP是應(yīng)用層協(xié)議，使用客戶/服務(wù)器方式，客戶端和服務(wù)器端通過廣播方式進行交互，基于UDP。

DHCP提供即插即用聯(lián)網(wǎng)的機制，主機可以從服務(wù)器動態(tài)獲得IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、DNS服務(wù)器名稱與IP地址，運行地址重用，支持移動用戶加入網(wǎng)絡(luò)，支持在用地址續(xù)租。

1.?主機廣播DHCP發(fā)現(xiàn)報文；試圖找到網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器，服務(wù)器獲得一個IP地址。

2.?DHCP服務(wù)器廣播DHCP提供報文；服務(wù)器擬分配給主機一個IP地址及相關(guān)配置，先到先得。

3.?主機廣播DHCP請求報文；主機向服務(wù)器請求提供IP地址。

4.?DHCP服務(wù)器廣播DHCP確認(rèn)報文；正式將IP地址分配給主機。

4.3.9ICMP協(xié)議

ICMP、IGMP協(xié)議為了更有效的轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報和提高交付成功的機會。

網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP協(xié)議：

支持主機或路由器：差錯（或異常）報告、網(wǎng)絡(luò)探詢時發(fā)送特定ICMP報文

?

ICMP差錯報告報文（5種）

1.?終點不可達(dá)：當(dāng)路由器或主機不能交付數(shù)據(jù)報時就向源點發(fā)送終點不可達(dá)報文。（無法交付）

2.?源點抑制：當(dāng)路由器或主機由于擁塞而丟棄數(shù)據(jù)報時，就向源點發(fā)送源點抑制報文，使源點知道應(yīng)當(dāng)把數(shù)據(jù)報的發(fā)送速率放慢。（擁塞丟棄）

3.?時間超過：當(dāng)路由器收到生存時間TTL=0的數(shù)據(jù)報時，除丟棄該數(shù)據(jù)報外，還要向源點發(fā)送時間超過報文。當(dāng)終點在預(yù)先規(guī)定時間內(nèi)不能收到一個數(shù)據(jù)報的全部數(shù)據(jù)報片時，就把已收到的數(shù)據(jù)報片都丟棄，并向源點發(fā)送時間超過報文。（TTL=0）

4.?參數(shù)問題：當(dāng)路由器或目的主機收到的數(shù)據(jù)報的首部中有的字段的值不正確時，就丟棄該數(shù)據(jù)報，并向源點發(fā)送參數(shù)問題報文。（首部字段有問題）

5.?改變路由（重定向）：路由器把改變路由報文發(fā)送給主機，讓主機知道下次應(yīng)將數(shù)據(jù)報發(fā)送給另外的路由器（可通過更好的路由）。（有更好的路由）

?

不應(yīng)發(fā)送ICMP差錯報文的情況：

1.?對ICMP差錯報告報文不再發(fā)送ICMP差錯報告報文。

2.?對第一個分片的數(shù)據(jù)報片的所有后續(xù)數(shù)據(jù)報片都不發(fā)送ICMP差錯報告報文。

3.?對具有組播地址的數(shù)據(jù)報都不發(fā)送ICMP差錯報告報文。

4.?對具有特殊地址（127.0.0.0或0.0.0.0）的數(shù)據(jù)報不發(fā)送ICMP差錯報告報文。

ICMP 詢問報文

1.?回送請求和回答報文：主機或路由器向特定目的主機發(fā)出的詢問，收到此報文的主機必須給源主機或路由器發(fā)送ICMP回送回答報文。（測試目的站是否可達(dá)以及了解其相關(guān)狀態(tài)）

2.?時間戳請求和回答報文：請某個主機或路由器回答當(dāng)前日期和時間。（用來進行時鐘同步與測量時間）

3.?掩碼地址請求和回答報文

4.?路由器詢問和通告報文

ICMP的應(yīng)用：3

Ping：測試兩個主機間的連通性，使用了ICMP回送請求和回答報文

Traceroute：跟蹤一個分組從源點到終點的路徑，使用了ICMP時間超過差錯報告報文

4.4IPv6

IPv6：從根本上解決地址耗盡問題。改變首部格式，實現(xiàn)快速處理/轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報，支持QoS。

（QoS：服務(wù)質(zhì)量，指一個網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種基礎(chǔ)技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡(luò)能夠利用各種基礎(chǔ)技術(shù)，為指定的網(wǎng)絡(luò)通信提供更好的服務(wù)能力，是網(wǎng)絡(luò)的一種安全機制，是用來解決網(wǎng)絡(luò)延遲和阻塞等問題的一種技術(shù)。）

IPv6數(shù)據(jù)報格式：

固定40B基本首部：

?

?

版本：指明了協(xié)議版本，總是6。

優(yōu)先級：區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)報的類別和優(yōu)先級。

流標(biāo)簽：“流”是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)上從特定源點到特定終點的一系列數(shù)據(jù)報。所有屬于同一個流的數(shù)據(jù)報都具有同樣的流標(biāo)簽。

下一個首部：標(biāo)識下一個擴展首部或上層協(xié)議首部。

跳數(shù)限制：相當(dāng)于IPv4的TTL。

源地址、目的地址：128位

IPv6與IPv4：

1.?IPv6將地址從32位（4B）擴大到128位（16B），更大的地址空間。

2.?IPv6將IPv4的校驗和字段徹底移除，以減少每跳的處理時間

3.?IPv6將IPv4的可選字段移出首部，變成擴展首部，成為靈活的首部格式，路由器通常不對擴展首部進行檢查，大大提高了路由器的處理效率

4.?IPv6支持即插即用（即自動配置），不需要DHCP協(xié)議

5.?IPv6首部長度必須是8B的整數(shù)倍，IPv4首部是4B的整數(shù)倍。

6.?IPv6只能在主機處分片，IPv4可以在路由器和主機處分片

7.?ICMPv6：附加報文類型“分組過大”。

8.?IPv6支持資源的預(yù)分配，支持實時視像等要求，保持一定的帶寬和時延的應(yīng)用。

9.?IPv6取消了協(xié)議字段，改成下一個首部字段

10.?IPv6取消了總長度字段，改為有效載荷長度字段

11.?IPv6取消了服務(wù)類型字段

IPv6地址表示形式：

一般形式 冒號十六進制記法：

4BF8:AA12:0216:FEBC:BA5F:039A:BE9A:2170

壓縮形式：4BF5:0000:0000:0000:BA5F:039A:000A:2176

壓縮成：4BF5:0:0:0:BA5F:39A:A:2176

零壓縮：一連串連續(xù)的0可被一對冒號取代。雙冒號表示法在一個地址中僅可出現(xiàn)一次。

IPv6基本地址類型：

單播：一對一通信 可做源地址+目的地址

多播：一對多通信 可做目的地址

任播：一對多的一個通信，可做目的地址

IPv6向IPv4過渡的策略：

雙棧協(xié)議：雙棧協(xié)議技術(shù)是指在一臺設(shè)備上同時啟用IPV4協(xié)議棧和IPv6協(xié)議棧。這樣的話，這臺設(shè)備既能和IPv4網(wǎng)絡(luò)通信，又能和IPv6網(wǎng)絡(luò)通信。如這臺設(shè)備是一個路由器，那么這臺路由器的不同接口上，分別配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能連接了IPv4網(wǎng)絡(luò)和IPv6網(wǎng)絡(luò)。如這臺設(shè)備是一個計算機，那么它將同時擁有IPv4地址和IPv6地址，并具備同時處理這兩個協(xié)議地址的功能。

隧道技術(shù)：通過使用互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)之間傳遞數(shù)據(jù)的方式。使用隧道傳遞的數(shù)據(jù)（或負(fù)載）可以是不同協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包。隧道協(xié)議將其他協(xié)議的數(shù)據(jù)幀或包重新封裝然后通過隧道發(fā)送。

4.5.1RIP協(xié)議及距離向量算法

RIP協(xié)議是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是因特網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，最大優(yōu)點是簡單。

RIP協(xié)議要求網(wǎng)絡(luò)中每一個路由器都維護從它自己到其他每一個目的網(wǎng)絡(luò)的唯一最佳距離記錄（即一組距離）。

距離：通常為“跳數(shù)”，即從源端口到目的端口所經(jīng)過的路由器的個數(shù)，經(jīng)過一個路由器跳數(shù)+1,。特別的，從一路由器到直接連接的網(wǎng)絡(luò)距離為1。RIP允許一條路由最多只能包含15個路由器，因此距離為16表示網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)。

因此RIP協(xié)議只適用于小互聯(lián)網(wǎng)。

1.?僅與相鄰路由器交換信息。

2.?路由器交換的信息是自己的路由表。

3.?每30秒交換一次路由信息，然后路由器根據(jù)新信息更新路由表。若超過180s沒收到鄰居路由器的通告，則判定鄰居不存在，并更新自己路由表。

路由器剛開始工作時，只知道直接連接的網(wǎng)絡(luò)的距離（距離為1），接著每一個路由器也只和數(shù)目有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。

經(jīng)過若干次更新后，所有路由器最終都會知道到達(dá)本自治系統(tǒng)任何一個網(wǎng)絡(luò)的最短距離和下一跳路由器的地址，即“收斂”。

距離向量算法：

1.?修改相鄰路由器發(fā)來的RIP報文中的所有表項

對地址為X的相鄰路由器發(fā)來的RIP報文，修改此報文中的所有項目：把“下一跳”字段中的地址改為X，并把所有的距離字段+1.

2.?對修改后的RIP報文中的每一個項目，進行以下步驟：

（1）R1路由表中若沒有NET3，則把該項目填入R1路由表

（2）R1路由表中若有NET3，則查看下一跳路由器地址：

若下一跳是X，則用收到的項目替換源路由表只能夠的項目；

若下一跳不是X，原來距離比從X走的距離遠(yuǎn)則更新，否則不做處理

3.?若180s還沒收到相鄰路由器X的更新路由表，則把X記為不可達(dá)的路由器，即把距離設(shè)置為16。

4.?返回

RIP協(xié)議的報文格式：

RIP是應(yīng)用層協(xié)議，使用UDP 傳送數(shù)據(jù)。

一個RIP報文最多可包括25個路由，如超過，必須再用一個RIP報文傳送。

?

RIP的特點：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，要經(jīng)過比較長的時間（如數(shù)分鐘）才能將此信息傳給所有的路由器，“慢收斂”。（好消息傳得快，壞消息傳的慢）。

4.5.2OSPF協(xié)議及鏈路狀態(tài)算法

OSPF協(xié)議：開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議，“開放”標(biāo)明OSPF協(xié)議不是受某一家廠商控制，而是公開發(fā)表的；“最短路徑優(yōu)先”是因為使用了Dijkstra提出的最短路徑算法SPF。

OSPF最主要特征就是使用分布式的鏈路狀態(tài)協(xié)議。

OSPF的特點：

1.?使用洪泛法向自治系統(tǒng)內(nèi)所有路由器發(fā)送信息，即路由器通過輸出端口向所有相鄰的路由器發(fā)送信息，而每一個相鄰路由器又再次往其所有的相鄰路由器。（廣播）

（最終整個區(qū)域內(nèi)所有路由器都得到了這個信息的一個副本）

2.?發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)（本路由器和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的度量/代價——費用、距離、時延、帶寬等）

3.?只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才向所有路由器洪泛發(fā)送此信息。

最后，所有路由器都能建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫，即全網(wǎng)拓?fù)鋱D。

鏈路狀態(tài)路由算法：

1.?每個路由器發(fā)現(xiàn)它的鄰居節(jié)點（HELLO問候分組），并了解鄰居節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)地址。

2.?設(shè)置到它的每個鄰居的成本度量。

3.?構(gòu)造（DD數(shù)據(jù)庫描述分組），向臨站給出自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中所有鏈路狀態(tài)項目的摘要信息。

4.?如果DD分組中的摘要自己都有，則臨站不做處理；如果有沒有的或是更新的，則發(fā)送（LSR鏈路狀態(tài)請求分組）請求自己沒有的和比自己更新的信息。

5.?收到鄰站的LSR分組后，發(fā)送（LSU鏈路狀態(tài)更新分組）進行更新。

6.?更新完畢，鄰站返回一個（LSACK鏈路狀態(tài)確認(rèn)分組）進行確認(rèn)。

只要有一個路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化：

5.洪泛發(fā)送（LSU鏈路狀態(tài)更新分組）進行更新。

6.更新完畢后，其他站返回一個（LSACK鏈路狀態(tài)確認(rèn)分組）進行確認(rèn)。

7.使用Dijkstra根據(jù)自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫構(gòu)造到其他節(jié)點間的最短路徑。

OSPF的區(qū)域：

為了使OSPF能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的范圍，叫作區(qū)域。每一個區(qū)域都有一個32位的區(qū)域標(biāo)識符（用點分十進制表示）。區(qū)域也不能太大，在一個區(qū)域內(nèi)的路由器最好不超過200個。

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OSPF分組：

OSPF直接用IP數(shù)據(jù)報傳送。

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OSPF其他特點：

1.?每隔30min，要刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。

2.?由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及到與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模并不直接關(guān)系。因此當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時，OSPF協(xié)議要比距離向量協(xié)議RIP好得多。

3.?OSPF不存在壞消息傳的慢的問題，它的收斂速度很快。

4.5.3BGP協(xié)議

BGP協(xié)議：與其他AS的鄰站BGP發(fā)言人交換信息。交換的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的信息，即要到達(dá)某個網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的一系列AS。發(fā)生變化時更新時有變化的部分。

信息交換過程：

BGP所交換的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的信息就是要到達(dá)某個網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的一系列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。

BGP協(xié)議報文格式：

一個BGP發(fā)言人與其他自治系統(tǒng)中的BGP發(fā)言人要交換路由信息，就要先建立TCP連接，通過TCP傳送，然后在此連接上交換BGP報文以建立BGP會話，利用BGP會話交換路由信息。

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BGP協(xié)議特點：

1.?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)絡(luò)所要經(jīng)過的各個自治系統(tǒng)序列。

2.?在BGP剛剛運行時，BGP的鄰站是交換整個的BGP路由表。但以后只需要在發(fā)生變化時更新有變化的部分。這樣做對節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬和減少路由器的處理開銷都有好處。

BGP-4的四種報文：

1.?OPEN（打開）報文：用來與相鄰的另一個BGP發(fā)言人建立關(guān)系，并認(rèn)證發(fā)送方。

2.?UPDATE（更新）報文：通告新路徑或撤銷原路徑。

3.?KEEPALIVE（?；睿﹫笪模涸跓oUPDATE時，周期性證實鄰站的連通性；也作為OPEN的確認(rèn)。

4.?NOTIFICATION（通知）報文：報告先前報文的差錯；也被用于關(guān)閉連接。

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三個路由協(xié)議比較：

RIP是一種分布式的基于距離向量的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由選擇協(xié)議，通過廣播UDP報文來交換路由信息。

OSPF是一個內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，要交換的信息量較大，應(yīng)使報文長度盡量短，所以不應(yīng)使用傳輸層協(xié)議（如UDP或TCP），而且直接采用IP。

BGP是一個外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，在不同的自治系統(tǒng)之間交換路由信息，由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，需要保證可靠傳輸，所以采用TCP。

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4.6IP組播

IP數(shù)據(jù)報的三種傳輸方式：

單播：單播用于發(fā)送數(shù)據(jù)包到單個目的地，且每發(fā)送一份單播報文都使用一個單播IP地址作為目的地址。是一種點對點傳輸方式。

廣播：發(fā)送數(shù)據(jù)包到同一廣播域或子網(wǎng)內(nèi)的所有設(shè)備的一種數(shù)據(jù)傳輸方式，是一種點對多點傳輸方式。

組播（多播）：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某些用戶需要特定數(shù)據(jù)時，組播數(shù)據(jù)發(fā)送者僅發(fā)送一次數(shù)據(jù)，借助組播路由協(xié)議為組播數(shù)據(jù)包建立組播分發(fā)樹，被傳遞的數(shù)據(jù)到達(dá)距離用戶端盡可能近的節(jié)點后才開始復(fù)制和分發(fā)，是一種點多點傳輸方式。

單播在發(fā)送者和每一接收者之間需要單獨的數(shù)據(jù)信道。所以，會占用很多帶寬，浪費資源。組播提高了數(shù)據(jù)傳送效率。減少了主干網(wǎng)出現(xiàn)擁塞的可能性。組播組中的主機可以是在同一個物理網(wǎng)絡(luò)，也可以來自不同的物理網(wǎng)絡(luò)（如果有組播路由器（運行組播協(xié)議的路由器）的支持）。

IP組播地址：

IP組播地址讓源設(shè)備能夠?qū)⒎纸M發(fā)送給一組設(shè)備，屬于多播組的設(shè)備將被分配一個組播組IP地址（一群共同需求主機的相同標(biāo)識）。

組播地址范圍為224.0.0.0-239.255.255.255（D類地址），一個D類地址表示一個組播組。只能用作分組的目的地址。源地址總是為單播地址。

1.?組播數(shù)據(jù)報也是“盡最大努力交付”，不提供可靠交付，應(yīng)用UDP

2.?對組播數(shù)據(jù)報不產(chǎn)生ICMP差錯報文

3.?并非所有D類地址都可以作為組播地址

硬件組播：

同單播地址一樣，組播IP地址也需要相應(yīng)的組播MAC地址在本地網(wǎng)絡(luò)中實際傳送幀。組播MAC地址以十六進制值01-00-5E打頭，余下的6個十六進制位是根據(jù)IP組播地址的最后23位轉(zhuǎn)換得到的。

從01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-FF-FF-FF。

收到多播數(shù)據(jù)報的主機，還要再IP層利用軟件進行過濾，把不是本主機的數(shù)據(jù)報丟棄。

IGMP協(xié)議與組播路由選擇協(xié)議：

IGMP協(xié)議讓路由器直到本局域網(wǎng)上是否有主機（進程）參加或退出某個組播組。

ICMP和IGMP都使用IP數(shù)據(jù)報傳遞報文。

IGMP工作的兩個階段：

1.?某主機要加入組播組時，該主機向組播組的組播地址發(fā)生一個IGMP報文，聲明自己要成為該組的成員。本地組播路由器收到IGMP報文后，要利用組播路由選擇協(xié)議把這組成員關(guān)系發(fā)給因特網(wǎng)上的其他組播路由器。

2.?本地組播路由器周期性探詢本地局域網(wǎng)上的主機，以便知道這些主機是否還是組播組的成員。只要有一個主機對某個組響應(yīng)，那么組播路由器就認(rèn)為這個組是活躍的；如經(jīng)幾次探詢后沒一個主機響應(yīng)，組播路由器就認(rèn)為本網(wǎng)絡(luò)上的沒有此組播組的主機，因此就不再把這組的成員關(guān)系發(fā)給其他的組播路由器。

組播路由器知道的成員關(guān)系只是所連接的局域網(wǎng)中有無組播組的成員。

組播路由選擇協(xié)議：

目的在于找出源主機為根節(jié)點的組播轉(zhuǎn)發(fā)樹。構(gòu)造樹可以避免在路由器之間兜圈子。對于不同的多播組對應(yīng)于不同的多播轉(zhuǎn)發(fā)樹；同一個多播組，對不同的源點也有不同的多播轉(zhuǎn)發(fā)樹。

組播路由選擇協(xié)議常用的三種算法：基于鏈路狀態(tài)的路由選擇、基于距離-向量的路由選擇、協(xié)議無關(guān)的組播（稀疏/密集）

4.7移動IP

相關(guān)術(shù)語：

移動IP技術(shù)是移動結(jié)點（計算機/服務(wù)器等）以固定的網(wǎng)絡(luò)IP地址，實現(xiàn)跨越不同網(wǎng)段的漫游功能，并保證了基于網(wǎng)絡(luò)IP的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限在漫游過程中不發(fā)生任何改變。

移動結(jié)點：具有永久IP地址的移動設(shè)備。

歸屬代理（本地代理）：一個移動結(jié)點擁有的就“居所”稱為歸屬網(wǎng)絡(luò)，在歸屬網(wǎng)絡(luò)中代表移動結(jié)點執(zhí)行移動管理功能的實體叫作歸屬代理。

外部代理（外地代理）：在外部網(wǎng)絡(luò)中幫助移動節(jié)點完成移動管理功能的實體稱為外部代理。

永久地址（歸屬地址/主地址）：移動站點在歸屬網(wǎng)絡(luò)中的原始地址。

轉(zhuǎn)交地址（輔地址）：移動站點在外部網(wǎng)絡(luò)使用的臨時地址。

通信過程：

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A剛進入外部網(wǎng)絡(luò)：

1.?在外部代理登記獲得一個轉(zhuǎn)交地址，離開時注銷。

2.?外地代理向本地代理登記轉(zhuǎn)交地址。

B給A發(fā)送數(shù)據(jù)報：

1.?本地代理截獲數(shù)據(jù)報。

2.?本地代理再封裝數(shù)據(jù)報，新的數(shù)據(jù)報目的地址是轉(zhuǎn)交地址，發(fā)給外部代理（隧道）。

3.?外部代理拆封數(shù)據(jù)報并發(fā)送給A 。

A給B發(fā)送數(shù)據(jù)報：

A用自己的主地址作為數(shù)據(jù)報源地址，用B的IP地址作為數(shù)據(jù)報的目的地址。

A移動到下一個網(wǎng)絡(luò)：

1.?在新外部代理登記注冊一個轉(zhuǎn)交地址。

2.?新外部代理給本地代理發(fā)送新的轉(zhuǎn)交地址（覆蓋舊的）。

3.?通信

A回到歸屬網(wǎng)絡(luò)：

1.?A向本地代理注銷轉(zhuǎn)交地址。

2.?按原始方式通信。

4.8網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備

路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組。

路由選擇：

根據(jù)所選定的路由選擇協(xié)議構(gòu)造出路由表，同時經(jīng)?；蚨ㄆ诤拖噜徛酚善鹘粨Q路由信息而不斷更新和維護路由表。

分組轉(zhuǎn)發(fā)：

交換結(jié)構(gòu)：根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表（路由表得來）對分組進行轉(zhuǎn)發(fā)。

若收到RIP/OSPF分組等，則把分組送往路由選擇處理機；若收到數(shù)據(jù)分組，則查找轉(zhuǎn)發(fā)并輸出。

輸入端口對線路上收到的分組的處理：

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輸出端口將交換結(jié)構(gòu)傳來的分組發(fā)送到線路：

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若路由器處理分組的速率趕不上分組進入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到0，這就使后面再進入隊列的分組由于沒有存儲空間而只能被丟棄。路由器中的輸入或輸出隊列產(chǎn)出溢出是造成分組丟失的重要原因。

三層設(shè)備的區(qū)別：

路由器：可以互聯(lián)兩個不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)段。

網(wǎng)橋：可以互聯(lián)兩個物理層和鏈路層不同的網(wǎng)段。

集線器：不能互聯(lián)兩個物理層不同的段。

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路由表與路由轉(zhuǎn)發(fā)：

路由表根據(jù)路由選擇算法得出，主要用途是路由選擇，總用軟件來實現(xiàn)。

轉(zhuǎn)發(fā)表由路由表得來，可用軟件實現(xiàn)，也可用特殊的硬件來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)發(fā)表必須包含完成轉(zhuǎn)發(fā)功能所必需的信息，在轉(zhuǎn)發(fā)表的每一行必須包含從要到達(dá)的目的網(wǎng)絡(luò)到輸出端口和某些MAC地址信息的映射。