计算机网络基础教程：第七章 路由技术.docVIP

第七章 路由技术 路由技术是网络中最精彩的技术，路由器是非常重要的网络设备。路由技术被用来互联网络。网络互联有两个范畴。一个是局域网内部的各个子网之间的互联，另外一个就是通过公共网络（如电话网、DDN专线、帧中继网、互联网）把不在一个地域的局域网远程连接起来，形成一个广域网。本章讨论局域网内部的各个子网之间的互联，广域网互联我们将在第九章中讨论。 一个局域网也被分解为多个子网，然后用路由器连接起来，这是最普遍的网络建设方案。路由器在这里扮演隔离广播和实现网络安全策略的角色。 7.1 路由器 路由器在局域网中用来互联各个子网，同时隔离广播和介质访问冲突。 正如前面所介绍的，路由器将一个大网络分成若干个子网，以保证子网内通讯流量的局域性，屏蔽其它子网无关的流量，进而更有效地利用带宽。对于那些需要前往其它子网和离开整个网络前往其它网络的流量，路由器提供必要的数据转发。 7.1.1路由器的工作原理 我们通过下图来解释路由器的工作原理： 图 7.1 路由器工作原理 图7.1中有三个子网，由两个路由器连接起来。三个C类地址子网分别是200.4.1.0、200.4.2.0、200.4.3.0。 从图中可以看见，路由器的各个端口也需要有IP地址和主机地址。路由器的端口连接在哪个子网上，其IP地址就应属于该子网。例如路由器A两个端口的IP地址200.4.1.1、200.4.2.53分别属于子网200.4.1.0和子网200.4.2.0。路由器B的两个端口的IP地址200.4.2.34、200.4.3.115分别属于子网200.4.2.0和子网200.4.3.0。 每个路由器中有一个路由表，主要由网络地址、转发端口、下一跳路由器的IP地址和跳数组成。 网络地址：本路由器能够前往的网络 端口： 前往某网络该从哪个端口转发 下一跳： 前往某网络，下一跳的中继路由器的IP地址 跳数： 前往某网络需要穿越几个路由器 下面我们来看一个需要穿越路由器的数据报是如何被传输的。 如果主机200.4.1.7要将报文发送到本网段上的其它主机的话，源主机通过ARP程序可获得目标主机的MAC地址，由链路层程序为报文封装帧报头，然后发送出去。 当200.4.1.7主机要把报文要发向200.4.3.0子网上的200.4.3.71主机时，源主机在自己机器的ARP表中查不到对方的MAC，则发ARP广播请求200.4.3.71主机应答，以获得它的MAC地址。但是，这个查询200.4.3.71主机MAC地址的广播被路由器A隔离了，因为路由器不转发广播报文。所以，200.4.1.7主机是无法直接与其它子网上的主机直接通讯。 路由器A会分析这条ARP请求广播中的目标IP地址。经过掩码运算，得到目标网络的网络地址是200.4.3.0。路由器查路由表，得知自己能提供到达目的网络的路由，便向源主机发ARP应答。 请注意200.4.1.7主机的ARP表中，200.4.3.71是与路由器A的MAC地址00-3B-96-75-1C-02捆绑在一起，而不是真正的目标主机200.4.3.71的MAC地址。事实上，200.4.1.7主机并不需要关心是否是真实的目标主机的MAC地址，现在它只需要将报文发向路由器。 路由器A收到这个数据报后，将拆除帧报头，从里面的IP报头中取出目标IP地址。然后，路由器A将目标IP地址200.4.3.71同子网掩码255.255.255.0做“与”运算，得到目标网络地址是200.4.3.0。下面，路由器将查路由表（见图7.6路由器A的路由表），得知该数据报需要从自己的e1端口转发出去，且下一跳路由器的IP地址是200.4.2.34。 路由器A需要重新封装在下一个子网的新数据帧。通过ARP表，取得下一跳路由器200.4.2.34的MAC地址。封装好新的数据帧后，路由器A将数据通过e1端口发给路由器B。 现在，路由器B收到了路由器A转发过来的数据帧。在路由器B中发生的操作与在路由器A中的完全一样。只是，路由器B通过路由表得知目标主机与自己是直接相连接的，而不需要下一跳路由了。在这里，数据报的帧报头将最终封装上目标主机200.4.3.71的MAC地址发往目标主机。 图 7.2 路由器的工作流程 通过上面的例子，我们了解了路由器是如何转发数据报，将报文转发到目标网络的。路由器使用路由表将报文转发给目标主机，或交给下一级路由器转发。总之，发往其它网络的报文将通过路由器，传送给目标主机。 7.1.2 穿越路由器的数据帧 数据报穿越路由器前往目标网络的过程中的报头变化是非常有趣的：它的帧报头每穿越一次路由器，就会被更新一次。这是因为MAC地址只在网段内有效，它是在网段内完成寻址功能的。为了在新的网段内完成物理地址寻址，路由器就必须重新为数据报封装新的帧报