计算机网络原理(经典).ppt

计算机网络原理第6章 网络互连 内容安排 本章讨论网络互连问题，即多个网络通过路由器互连成为一个互联网的各种问题 互连网的核心技术是网际协议IP，只有较深入的掌握了IP协议的主要内容，才能理解因特网是怎样工作的。此外还要讨论因特网的路由选择协议，以及介绍因特网控制报文协议ICMP和因特网管理协议IGMP。最后简要讨论下一代的网际协议IPv6的主要内容 本章重要概念 IP地址与物理地址的关系 传统的分类的IP地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择CIDR 路由选择协议的工作原理 内容安排 §6.1 路由器在网际互连中的作用 §6.2 因特网的网际协议IP §6.3 划分子网和构造超网 §6.4 因特网控制报文协议ICMP §6.5 因特网的路由选择协议 §6.6 IP多播和因特网组管理协议IGMP §6.7虚拟专用网VPN和网络地址转换NAT §6.8下一代的网际协议IPv6(IPng) §6.1 路由器在网际互连中的作用 在现实世界中，单一的网络无法满足各种用户的多种需求，因此我们经常使用的计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连而成。这些通过网络相互连接的计算机不仅仅在物理上时连通的，更重要的是它们能够进行通信 这些网络通过路由器实现连接。在互联网中，路由器起到关键作用。 本节首先讨论路由器的构成，接着介绍路由器的关键构件——交换结构，最后给出互联网和因特网的概念 §6.1.1路由器的构成 路由器的作用 当主机A和主机B发送数据时，如果它们连接到同一个网络上，则数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器，这叫做直接交付 如果目的主机C和源主机A不是连接到同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器，这叫做间接交付。在数据报传输路径上的最后一个路由器与目的主机在同一个网络中，由该路由器将数据报直接交付给目的主机C。 可见离开路由器就无法在互联网上传送数据 路由器的构成 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机或网络设备，其任务是转发分组。 路由器将某个端口收到的分组，按照分组要去的目的网络，将分组从某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。下一跳路由器也按此处理，直到目的地 路由器的转发分组视网络层的主要工作 整个路由器结构可划分成两大部分： 路由选择部分 分组转发部分 路由选择部分 也叫做控制部分，核心构件是路由选择处理机。 路由选择处理机的任务是根据所选定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期和相邻路由器交换路由信息而不断更新和维护路由表（思考：why?） 分组转发部分由三部分组成 交换结构 一组输入端口 一组输出端口 交换结构 又称为交换组织，作用是根据转发表对分组进行处理，将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去。 交换结构本身就是一种网络，但这种网络完全包含在路由器之中，因此交换结构可看成“在路由器中的网络” 转发和路由选择的区别 转发：路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去，转发表是根据路由表而来的，必须包含完成转发功能所必须的信息，即在转发表每一行包含从要到达目的网络到输出端口和某些MAC地址（例如下一跳的以太网地址）的映射 路由选择：按照复杂的分布式算法，更具从各相邻路由器所得到关于整个网络的拓扑变化情况，动态地改变所选择的路由，路由表一般仅包含从从目的网络到下一跳的映射 转发表和路由表使用不同的数据结构实现会带来一些好处，这是因为在转发分组时，转发表的结构应当使查找过程最优化，而路由表则需要对网络拓扑变化的计算最优化。路由表总是用软件实现的，而转发表甚至可用特殊硬件实现 输入端口和输出端口 物理层 数据链路层 网络层 路由器之间交换路由信息的分组(RIP，OSPF），送交路由器的路由选择部分中的路由选择处理机 数据分组，按照分组首部中的目的地址查找转发表，根据得出的结果，分组经过交换结构到达合适的输出端口 一个路由器的输入端口和输出端口就做在路由器的线路接口卡上 输入端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的，为了使交换功能分散化，往往将复制的转发表放在每一个输入端口中（虚线所示）。路由选择处理机负责对各转发表的副本进行更新，这些副本常称为“影子副本”。分散化交换可以避免在路由器中的某一点上出现瓶颈 以上的查找转发表和转发分组概念并不复杂，但是路由器要求必须以很高的速率转发分组，此种速率称为线速。最理想的情况时输入端口的处理速率能够跟上线路将分组传送到路由器的速率。 当一个分组正在查找转发表时，后面又紧跟着从这个输入端口收到另一个分组。这个后到的分组就必须在队列中排队等候，因而产生了一定时延 输出端口从交换结构接收分组，然后将它们发送到路由器外面的线路上。 从以上讨论可以看出，分组