CH4-16+网络层
合集下载
CH4网络层(二)
正 常 情 况
1 1 − 网1 R1 网2
1 2 R1 网3 R2
“1”表示“从本路由 表示“ 表示 器到网 1”
“−”表示“直接交付” − 表示 直接交付” 表示“ “1”表示“距离是 1” 表示“ 表示
R1 说：“我到网 1 的距离是 1，是直接交付。” 1，是直接交付。
正 常 情 况
1 1 − 网1 R1 网2
OSPF 的区域 的区域(area)
能够用于规模很大的网络， 为了使 OSPF 能够用于规模很大的网络， OSPF 将一个自治系统再划分为若干个 更小的范围，叫作区域 区域。 更小的范围，叫作区域。 每一个区域都有一个 32 位的区域标识符 用点分十进制表示）。 （用点分十进制表示）。
OSPF 划分为两种不同的区域
网2 R2 1 2 R1 1 4 R1
网3
正 常 情 况
1 1 − 网1 R1 网2
1 2 R1 网3 R2
网1 R1 网 1出了故障 出了故障 1 16 − 1 3 R2
网2 R2 1 2 R1 1 4 R1 1 5 R2 1 16 R2
网3
这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。 这就是好消息传播得快，而坏消息传播得慢。
“距离”的定义 距离” 距离
RIP 认为一个好的路由就是它通过的路 由器的数目少， 距离短” 由器的数目少，即“距离短”。 RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个 路由器。 路由器。 距离”的最大值为16 “距离”的最大值为 时即相当于不可 只适用于小型互联网。 达。可见 RIP 只适用于小型互联网。
4.4 网际控制报文协议 ICMP
ICMP 允许主机或路由器报告差错情况 和提供有关异常情况的报告。 和提供有关异常情况的报告。 ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。 不是高层协议， 层的协议。 ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加 层数据报的数据， 上数据报的首部， 上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出 去。
计算机网络-CH4点对点信道的数据链路层
07
总结与展望
数据链路层重要性总结
实现透明传输 差错控制 流量控制 链路管理
数据链路层通过帧定界、帧同步和透明传输等机制，确保数据 在点对点信道中的可靠传输。
通过采用循环冗余检验（CRC）等差错控制方法，数据链路层能 够检测并纠正传输过程中的错误，提高数据传输的可靠性。
数据链路层通过滑动窗口等机制实现流量控制，防止发送方过 快地发送数据，确保接收方能够及时处理接收到的数据。
03
PPP协议具有简单、灵活、功能强大等特点，广泛应用于拨 号接入、DSL接入、移动IP等领域。
PPP帧结构分析
01
PPP帧由标志字段、地址字段、控制字段、协议字段、信 息字段和帧校验序列字段等组成。
02
标志字段用于标识帧的开始和结束，通常使用0x7E字节 表示。
03
地址字段和控制字段在PPP协议中并未使用，通常填充为 0xFF字节。
与物理层的关系
数据链路层依赖于物理层提供的比特流服务，同时向物理层提供数据链路服务。
与网络层的关系
数据链路层向网络层提供可靠的数据传输服务，同时接收来自网络层的数据包 进行封装和传输。网络层和数据链路层之间通过接口进行交互，实现数据的跨 层传输。
02
点对点信道及其特点
点对点信道定义
点对点信道（Point-to-Point Channel）是指在网络中，两个节点之间建 立直接的、一对一的通信连接。
避免网络拥塞
当发送方发送数据速率超过网络 或接收方处理能力时，会导致数 据积压和延迟增加，流量控制可 以确保数据平稳传输，避免网络 拥塞。
提高传输效率
通过合理控制数据发送速率，可 以使得网络带宽得到更有效利用， 提高整体传输效率。
CH4计算机网络局域网资料
匹配电阻
A 不接受
只有 D 接受 B 发送的数据
B
B向 D 发送数据
C 不接受
D 接受
E 不接受
课件制作人：谢希仁
以太网的广播方式发送
总线上的每一个工作的计算机都能检测到 B 发 送的数据信号。
由于只有计算机 D 的地址与数据帧首部写入的 地址一致，因此只有 D 才接收这个数据帧。
其他所有的计算机（A, C 和 E）都检测到不是 发送给它们的数据帧，因此就丢弃这个数据帧 而不能够收下来。
计算机网络
第 4 章 局域网
课件制作人：谢希仁
第 4 章 局域网
4.1 局域网概述 *4.2 传统以太网
4.2.1 以太网的工作原理 4.2.2 传统以太网的连接方法 4.2.3 以太网的信道利用率 *4.3 以太网的 MAC 层 4.3.1 MAC 层的硬件地址 4.3.2 两种不同的 MAC 帧格式
很多厂商生产的网卡上就仅装有 MAC 协议而没有 LLC 协议。
课件制作人：谢希仁
2. 网卡的作用
网络接口板又称为通信适配器(adapter) 或网络接口卡 NIC (Network Interface Card)，或“网卡”。
网卡的重要功能：
进行串行/并行转换。 对数据进行缓存。 在计算机的操作系统安装设备驱动程序。 实现以太网协议。
载波监听多点接入/碰撞检测
CSMA/CD
CSMA/CD 表示 Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection。
“多点接入”表示许多计算机以多点接入的方 式连接在一根总线上。
“载波监听”是指每一个站在发送数据之前先 要检测一下总线上是否有其他计算机在发送数 据，如果有，则暂时不要发送数据，以免发生 碰撞。
CH4 网络层(2)
硬件地址 HA3 路由器 R1 HA4 局域网 HA5 路由器 R2 HA6 局域网 局域网
主机 H2 IP2 HA2 主机 H2
IP 数据报 路由器 R1 IP3 IP4 路由器 R2
IP1 → IP2
IP1
IP1 → IP2
IP5 IP6
IP1 → IP2 IP2
IP 层上的互联网
HA1 从 HA1 到 HA3 MAC 帧 HA3 HA4 HA5
课件制作人：谢希仁
主机 A 广播发送 ARP 请求分组
ARP 请求
我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址
ARP 请求
209.0.0.5 A
ARP 请求
ARP 请求
209.0.0.6
X
Y
B
Z
00-00-C0-15-AD-18
硬件地址 HA3 路由器 R1 HA4 局域网 HA5 路由器 R2 HA6 局域网 局域网
主机 H2 IP2 HA2 主机 H2
IP 数据报 路由器 R1 IP3 IP4 路由器 R2
IP1 → IP2
IP1
IP1 → IP2
IP5 IP6
IP1 → IP2 IP2
IP 层上的互联网
HA1 从 HA1 到 HA3 MAC 帧 HA3 HA4 HA5
课件制作人：谢希仁
应当注意的问题
ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器 的 IP 地址和硬件地址的映射问题。 如果所要找的主机和源主机不在同一个局域 网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局 域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分 组发送给这个路由器，让这个路由器把分组 转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个 网络来做。
主机 H2 IP2 HA2 主机 H2
IP 数据报 路由器 R1 IP3 IP4 路由器 R2
IP1 → IP2
IP1
IP1 → IP2
IP5 IP6
IP1 → IP2 IP2
IP 层上的互联网
HA1 从 HA1 到 HA3 MAC 帧 HA3 HA4 HA5
课件制作人：谢希仁
主机 A 广播发送 ARP 请求分组
ARP 请求
我是 209.0.0.5，硬件地址是 00-00-C0-15-AD-18 我想知道主机 209.0.0.6 的硬件地址
ARP 请求
209.0.0.5 A
ARP 请求
ARP 请求
209.0.0.6
X
Y
B
Z
00-00-C0-15-AD-18
硬件地址 HA3 路由器 R1 HA4 局域网 HA5 路由器 R2 HA6 局域网 局域网
主机 H2 IP2 HA2 主机 H2
IP 数据报 路由器 R1 IP3 IP4 路由器 R2
IP1 → IP2
IP1
IP1 → IP2
IP5 IP6
IP1 → IP2 IP2
IP 层上的互联网
HA1 从 HA1 到 HA3 MAC 帧 HA3 HA4 HA5
课件制作人：谢希仁
应当注意的问题
ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器 的 IP 地址和硬件地址的映射问题。 如果所要找的主机和源主机不在同一个局域 网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局 域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分 组发送给这个路由器，让这个路由器把分组 转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个 网络来做。
CH4网络层
ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.
• Add your title in here
ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.
Chengdu University of Technology
（2）
（3）
网络层服务和网络层协议
（3）
网络层可提供的服务包括：确定网络地址、标识 网络连接、传输数据、分组装拆、排序（按提交 顺序投递给用户）、流量控制（限制用户一次性 提交给网络的分组个数）等。 目前常用的网络层协议有：
分组交换网： CCITT X.25 建议（X.25 分组交换网） 局域网： IP协议 IPX协议
数据链路的利用率较低：用户之间的通信 往往是断断续续的,如果一个用户专用一条 数据链路，其物理链路的利用率较低。
Chengdu University of Technology
（2）
网络层的功能
（1）
提供编址和路由技术，确保用户 数据可以进行端－端传输。 利用复用/解复用技术，使得多 对用户的数据可以交织在同一 条数据链路上传输。 利用分组作为实体之间交换的一 种数据结构（数据块），提供 分组/组装功能。
习题
数据链路层主要要解决物理层存在的哪些问题？ 主要解决：（1）用户通信是时断时续，不能随时充分 利用信道的问题。（2）物理连接是有差错的和传输不可 靠问题。 （3）物理设备之间存在的传输速度不匹配的问 题。 数据链路层采用什么手段来进行流量控制，以解决速度不 匹配问题？ 采用“等－停协议”、“窗口机制”等流量控制技术， 解决速度不匹配的问题。
• Add your title in here
ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.
Chengdu University of Technology
（2）
（3）
网络层服务和网络层协议
（3）
网络层可提供的服务包括：确定网络地址、标识 网络连接、传输数据、分组装拆、排序（按提交 顺序投递给用户）、流量控制（限制用户一次性 提交给网络的分组个数）等。 目前常用的网络层协议有：
分组交换网： CCITT X.25 建议（X.25 分组交换网） 局域网： IP协议 IPX协议
数据链路的利用率较低：用户之间的通信 往往是断断续续的,如果一个用户专用一条 数据链路，其物理链路的利用率较低。
Chengdu University of Technology
（2）
网络层的功能
（1）
提供编址和路由技术，确保用户 数据可以进行端－端传输。 利用复用/解复用技术，使得多 对用户的数据可以交织在同一 条数据链路上传输。 利用分组作为实体之间交换的一 种数据结构（数据块），提供 分组/组装功能。
习题
数据链路层主要要解决物理层存在的哪些问题？ 主要解决：（1）用户通信是时断时续，不能随时充分 利用信道的问题。（2）物理连接是有差错的和传输不可 靠问题。 （3）物理设备之间存在的传输速度不匹配的问 题。 数据链路层采用什么手段来进行流量控制，以解决速度不 匹配问题？ 采用“等－停协议”、“窗口机制”等流量控制技术， 解决速度不匹配的问题。
ch4-物联网概论(第2版)-崔艳荣-清华大学出版社
扩频参数
数据参数
频率/MHz
码片速 率/(k 调制方 chip/ 式
s)
868~868.
868/9
8
300
BPSK
15 902~928 600 BPSK
比特速率 /(Kb/s )
符号速 率/(k symb
ol/s)
20
20
40
40
符号阶 数
二进制 二进制
信道 数
1 10
2400
2400~24 83.5
第4章 网络传输层
本章内容提要
1
4.1 无线个人区域网WPAN
2
4.2 无线局域网WLAN
3
4.3 无线城域网WMAN
4
4.4 无线传感器网络WSN
5
4.5 无线移动通信网络
• 网络传输层的主要作用是把感知识别层感 知到的数据接入互联网，供上层服务使用 。物联网的核心网络是互联网和下一代网 络，而各种无线网络则提供随时随地的网 络接入服务，是物联网的边缘部分。物联 网网络传输层主要关注各种无线网络和移 动通信网络及其主要网络协议。
2000
O-QPS K
250
十六进
62.5
制 16
2．介质访问控制层（MAC层） 介质访问控制层定义何时节点应该如何来使 用物理层的信道资源，如何分配使用信道 资源以及什么时候释放资源等，MAC层的 主要功能是：完成个人区域网的建立和分 离、为PAN协调器发出网络标识信号、同 步时序信号、保证设备的安全、为信道访 问提供CSMA/CA机制和保证两个对等的M AC实体之间的可靠连接等。
802.15.4标准具有低速率、低功耗和短距离 传输等特点，它定义了14个物理层基本参数 ，非常适宜支持存储能力和计算能力有限的 简单器件。表4-1给出了IEEE802.15.4标准 定义的两个物理层2.4GHz和868/915MHz的 主要参数 。
CH4 网络层(5)
自治系统 AS (Autonomous System)
• 自治系统 AS 的定义：在单一的技术管理下的 一组路由器，而这些路由器使用一种 AS 内部 的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由，同时还使用一种 AS 之间的路由 选择协议用以确定分组在 AS之间的路由。 • 现在对自治系统 AS 的定义是强调下面的事实： 尽管一个 AS 使用了多种内部路由选择协议和 度量，但重要的是一个 AS 对其他 AS 表现出的 是一个单一的和一致的路由选择策略。
因特网采用分层次的路由选择协议。 因特网将整个互联网划分为许多较小的自治 系统 AS。其最重要的特点就是自治系统有 权自主地决定在本系统内应采用何种路由选 择协议。 一个自治系统内的所有网络都属于一个行政 单位(例如，一个公司，一所大学，政府的 一个部门，等等)来管辖。 一个自治系统的所有路由器在本自治系统内 都必须是连通的。
课件制作人：谢希仁
“距离”的定义
从一路由器到直接连接的网络的距离定 义为 1。 从一个路由器到非直接连接的网络的距 离定义为所经过的路由器数加 1。 RIP 协 议 中 的 “ 距 离 ” 也 称 为 “ 跳 数”(hop count)，因为每经过一个路由 器，跳数就加 1。 这里的“距离”实际上指的是“最短距 离”， 课件制作人：谢希仁
课件制作人：谢希仁
从路由算法的自适应性考虑
静态路由选择策略——即非自适应路由选择， 其特点是简单和开销较小，但不能及时适应 网络状态的变化。 动态路由选择策略——即自适应路由选择， 其特点是能较好地适应网络状态的变化，但 实现起来较为复杂，开销也比较大。
课件制作人：谢希仁
CH4 网络层(6)
课件制作人：谢希仁
IGMP 是整个网际协议 IP 的一个组成部分
和 ICMP 相似，IGMP 使用 IP 数据报传递 其报文（即 IGMP 报文加上 IP 首部构成 IP 数据报），但它也向 IP 提供服务。 因此，我们不把 IGMP 看成是一个单独的 协议，而是属于整个网际协议 IP 的一个组 成部分。
第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本 地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的 主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成 员。 只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由 器就认为这个组是活跃的。 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主 机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他 的多播路由器。
课件制作人：谢希仁
课件制作人：谢希仁
2. 网际组管理协议 IGMP
1989 年公布的 RFC 1112（IGMPv1） 早已成为了因特网的标准协议。 1997 年公布的 RFC 2236（IGMPv2， 建议标准）对 IGMPv1 进行了更新。 2002 年 10 月公布了 RFC 3376 （IGMPv3，建议标准），宣布 RFC 2236（IGMPv2）是陈旧的。
本地 ISP（AS6） N5
本地 ISP（AS7） N 6， N 7
课件制作人：谢希仁
BGP 协议的特点
BGP 协议交换路由信息的结点数量级是 自治系统数的量级，这要比这些自治系 统中的网络数少很多。 每一个自治系统中 BGP 发言人（或边界 路由器）的数目是很少的。这样就使得 自治系统之间的路由选择不致过分复杂。
课件制作人：谢希仁
BGP 协议的特点
BGP 支持 CIDR，因此 BGP 的路由表也就应 当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到 达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。 在BGP 刚刚运行时，BGP 的邻站是交换整个 的 BGP 路由表。但以后只需要在发生变化时 更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和 减少路由器的处理开销方面都有好处。
IGMP 是整个网际协议 IP 的一个组成部分
和 ICMP 相似，IGMP 使用 IP 数据报传递 其报文（即 IGMP 报文加上 IP 首部构成 IP 数据报），但它也向 IP 提供服务。 因此，我们不把 IGMP 看成是一个单独的 协议，而是属于整个网际协议 IP 的一个组 成部分。
第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本 地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的 主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成 员。 只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由 器就认为这个组是活跃的。 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主 机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他 的多播路由器。
课件制作人：谢希仁
课件制作人：谢希仁
2. 网际组管理协议 IGMP
1989 年公布的 RFC 1112（IGMPv1） 早已成为了因特网的标准协议。 1997 年公布的 RFC 2236（IGMPv2， 建议标准）对 IGMPv1 进行了更新。 2002 年 10 月公布了 RFC 3376 （IGMPv3，建议标准），宣布 RFC 2236（IGMPv2）是陈旧的。
本地 ISP（AS6） N5
本地 ISP（AS7） N 6， N 7
课件制作人：谢希仁
BGP 协议的特点
BGP 协议交换路由信息的结点数量级是 自治系统数的量级，这要比这些自治系 统中的网络数少很多。 每一个自治系统中 BGP 发言人（或边界 路由器）的数目是很少的。这样就使得 自治系统之间的路由选择不致过分复杂。
课件制作人：谢希仁
BGP 协议的特点
BGP 支持 CIDR，因此 BGP 的路由表也就应 当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到 达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。 在BGP 刚刚运行时，BGP 的邻站是交换整个 的 BGP 路由表。但以后只需要在发生变化时 更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和 减少路由器的处理开销方面都有好处。
《计算机网络(谢希文)第六版》CH4 网络层
连接标识符 E的表
F的表
H1 1 H3 1 C
进 1
C C
A 1 A 2 E 1
进
E 1 E 2 A 1
出
C1 C2 F1
进
F 1 F 2 C 1
出
E E
1 2
H2 1
H2 2 E
1 出
H3 1 H1 1
出
H2 1
进
H3 2
每个路由器为每个虚电路维护的连接及其连接标识符
虚电路服务与数据报服务的对比
对比项
连接的建立
地址信息 分组的路由 状态信息 路由器故障 时 分组的顺序 网络服务质 量 差错和流量 控制
虚电路服务
必须有（有状态）
数据报服务
不需要（无状态）
仅在连接建立阶段使用，随后每个分 每个分组都有完整的源地址和 组仅包含短的虚电路号(连接标识符VC) 目的地址 属于同一条虚电路的分组均按照同一 (连接标识符) 路由进行转发 每个路由器为每个连接VC建立表项 所有通过故障结点的虚电路均不能工 作 总是按发送顺序到达终点 由网络负责 可以由网络负责，也可以由用户主机 负责 每个分组独立选择路由进行转 发 路由器不保留有关连接的信息 故障结点可能会丢失分组，路 由可能会发生变化 到达终点时不一定按发送顺序 网络很难实现，由用户主机 (端系统)负责。 网络很难实现，由用户主机 (端系统)负责
H1
分组在互联网中的传送
3 2 1 2 1 R2 间接交付 间接交付 R1 2 1 3 2 1 R2
R3 3 2 1 R3 2 1
间接交付
R1
R5 3 5 4 3 2 1 H2 R5 间接交付
R4
2 1
2 1R43 Fra bibliotek 1 2 1主机 H2
ch4局域网技术
A
B
C
C
Bus
A
A
A
B
C
Star
电子商务网络技术
D
C B
Ring
16 哈尔滨金融学院
LAN的传输介质
常用局域网传输介质为：
双绞线、同轴电缆、光纤和地面微波。
电子商务网络技术
17 哈尔滨金融学院
介质访问控制技术
多个用户共用一个信道时要进行访问控制。按 照用户访问公共介质的方式的不同，介质访问 控制技术可分为随机访问技术和受控访问技术 两类：
14 哈尔滨金融学院
LAN介质访问控制方法
决定局域网特征的主要技术：
拓扑结构 传输介质 介质访问控制方法
三种技术决定了传输数据的类型、网络的响应 时间、吞吐量、利用率以及网络应用等各种网 络特征。
电子商务网络技术
15 哈尔滨金融学院
LAN的拓扑结构
常见局域网拓扑结构为：
总线型、环型和星型（树型结构）
电子商务网络技术
19 哈尔滨金融学院
介质访问控制技术
A
B
C
D
E
电子商务网络技术
A
B
C
碰撞
D
E
20 哈尔滨金融学院
介质访问控制技术
(2) 受控访问技术： 不允许各用户随机访问信道，而是在一定控制
下有序地访问公共信道，以避免出现数据冲突 的现象。
按照控制方式不同，受控访问技术又分为集中 受控访问技术和分散受控访问技术。
令牌环介质访问控制方法
最多站点数：250， 信号采用差分曼彻斯特编码 传输媒体：STP、光纤，速率4/16Mbps；
电子商务网络技术
41 哈尔滨金融学院
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本节要点
路由器的结构 转发和路由选择的区别 路由器的交换结构的三种交换方法 IP多播的概念 因特网组管理协议IGMP 反向路径广播 RPB 虚拟专用网 VPN 网络地址转换 NAT
1-40
4.5.6 路由器在网际互连中的作用 1. 路由器的结构
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，其任务是转发分组。也就是 说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照 分组要去的目的地（即目的网络），把该分组 从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳 路由器。 下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到 该分组到达终点为止。
从 线 路 接 收 分 组
交 换 结 构
6-40
输出端口将交换结构传送 来的分组发送到线路
当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据 链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾 部，交给物理层后发送到外部线路。
输出端口的处理 网络层处理 分组排队 数据链路层 处理 缓存管理 物理层处理 向 线 路 发 送 分 组
34-40
用隧道技术实现虚拟专用网
本地地址 全球地址 本地地址
125.1.2.3 部门 A X 10.1.0.1 R1
隧道
194.4.5.6 部门 B R2
因特网 使用隧道技术
Y 10.2.0.3
网络地址 = 10.1.0.0 （本地地址）
网络地址 = 10.2.0.0 （本地地址）
35-40
用隧道技术实现虚拟专用网
19-40
2. 网际组管理协议 IGMP
1989 年公布的 RFC 1112（IGMPv1） 早已成为了因特网的标准协议。 1997 年公布的 RFC 2236（IGMPv2， 建议标准）对 IGMPv1 进行了更新。 2002 年 10 月公布了 RFC 3376 （IGMPv3，建议标准），宣布 RFC 2236（IGMPv2）是陈旧的。
32-40
4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT
4.7.1 虚拟专用网 VPN
本地地址——仅在机构内部使用的 IP 地 址，可以由本机构自行分配，而不需要 向因特网的管理机构申请。 全球地址——全球唯一的IP地址，必须 向因特网的管理机构申请。
33-40
RFC 1918 指明的专用地址
加密的从 X 到 Y 的内部数据报 外部数据报的数据部分 125.1.2.3 部门 A X 10.1.0.1 R1 数据报首部 隧道 194.4.5.6 部门 B 因特网 使用隧道技术 125.1.2.3 R1 部门 A 194.4.5.6 R2 部门 B R2 源地址：125.1.2.3 目的地址：194.4.5.6
7-40
交 换 结 构
分组丢弃
若路由器处理分组的速率赶不上分组进入 队列的速率，则队列的存储空间最终必定 减少到零，这就使后面再进入队列的分组 由于没有存储空间而只能被丢弃。 路由器中的输入或输出队列产生溢出是造 成分组丢失的重要原因。
8-40
2 交换结构
I1 O1 存 储 器 (a) 通过存储器 I1 I2 I3 O2 O3 I1 I2 I3
28-40
RPB 的要点
路由器收到多播数据报时，先检查是否从 源点经最短路径传送来的。 若是，就向所有其他方向转发刚才收到的 多播数据报（但进入的方向除外），否则 就丢弃而不转发。 如果存在几条同样长度的最短路径），那 么只能选择一条最短路径，选择的准则就 是看这几条最短路径中的相邻路由器谁的 IP 地址最小。
29-40
反向路径广播 RPB 和剪除
源点 R1 R2 转发多播数据报 收到后即丢弃
R3 剪除没有 组成员的树枝 R8
R4 R6
R5
R7
(2) 隧道技术(tunneling)
网1 （支持多播）
R1
网2 （支持多播） 不支持多播 的网络
R2
多播数据报
隧道 网 1 和网 2 中的多播数据报
首部
数 据
23-40
IGMP 采用的一些具体措施
在主机和多播路由器之间的所有通信都是使用 IP 多播。 多播路由器在探询组成员关系时，只需要对所 有的组发送一个请求信息的询问报文，而不需 要对每一个组发送一个询问报文。默认的询问 速率是每 125 秒发送一次。 当同一个网络上连接有几个多播路由器时，它 们能够迅速和有效地选择其中的一个来探询主 机的成员关系。
B
C
多播组 G
D
多播组 G
12-40
IP 多播的一些特点
(1) 多播使用组地址—— IP 使用 D 类地址 支持多播。多播地址只能用于目的地址， 而不能用于源地址。 (2) 永久组地址——由因特网号码指派管理 局 IANA 负责指派。 (3) 动态的组成员 (4) 使用硬件进行多播
13-40
4.6.2 在局域网上进行硬件多播
1. IP多播需要两种协议
为了使路由器知道多播组成员的信息， 需要利用网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)。 连接在局域网上的多播路由器还必须和 因特网上的其他多播路由器协同工作， 以便把多播数据报用最小代价传送给所 有的组成员。这就需要使用多播路由选 择协议。
2-40
典型的路由器的结构
3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
输入端口
1 2 … 输入端口 1 2 3 3 分组处理 转发表 3
路由选择处理机
路由选择协议
路由表 输出端口
2 … 输出端口 3 2 1 1
路由 选择
分组 转发
3-40
交换结构
“转发”和“路由选择”的 区别
“ 转发” (forwarding) 就是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。 “路由选择” (routing) 则是按照分布式算法， 根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变 化 情况，动态地改变所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表 是从路由表得出的。 在讨论路由选择的原理时，转发表=路由表 路由协议路由表转发分组
25-40
IGMP 的报文格式
比特 0 类 型
8
响应时间
16
检 验 和 组地址（询问时为零）
31
IP数据报首部
IGMP 报文 IP 数据报
26-40
3. 多播路由选择
多播路由选择协议尚未标准化。 一个多播组中的成员是动态变化的，随时会有 主机加入或离开这个多播组。 多播路由选择实际上就是要找出以源主机为根 结点的多播转发树。 在多播转发树上的路由器不会收到重复的多播 数据报。 对不同的多播组对应于不同的多播转发树。同 一个多播组，对不同的源点也会有不同的多播 转发树。
21-40
IGMP 可分为两个阶段
第一阶段：当某个主机加入新的多播组 时，该主机应向多播组的多播地址发送 IGMP 报文，声明自己要成为该组的成 员。本地的多播路由器收到 IGMP 报文 后，将组成员关系转发给因特网上的其 他多播路由器。
22-40
IGMP 可分为两个阶段
第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本 地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的 主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成 员。 只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由 器就认为这个组是活跃的。 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主 机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他 的多播路由器。
16-40
IGMP 使多播路由器 知道多播组成员信息
128.56.24.34
135.27.74.52
IGMP R2
R1
IGMP
130.12.14.56
多播组 226.15.37.123
R3 IGMP
IGMP
R4 130.12.14.43
17-40
IGMP 的本地使用范围
IGMP 并非在因特网范围内对所有多播 组成员进行管理的协议。 IGMP 不知道 IP 多播组包含的成员数， 也不知道这些成员都分布在哪些网络上。 IGMP 协议是让连接在本地局域网上的 多播路由器知道本局域网上是否有主机 （严格讲，是主机上的某个进程）参加 或退出了某个多播组。
27-40
转发多播数据报使用的方法 (1) 洪泛与剪除
这种方法适合于较小的多播组，而所有 的组成员接入的局域网也是相邻接的。 一开始，路由器转发多播数据报使用洪 泛的方法（这就是广播）。为了避免兜 圈子，采用了叫做反向路径广播 RPB (Reverse Path Broadcasting)的策略。
共有 90 个主机接收视频节目
多播可明显地减少网络中资源的消耗
视频服务器 M 发送 1 次多播 1个 R1 1个 R2 复制 1个 1个
R3
1个
R4
1 个 多播 1 个
多播
多播组成员 共有 90 个
多播
…
…
…
11-40
多播可明显地减少网络中资源的消耗
R3
复制 R4 A
多播组 G
X
R1 R2 R5 R6 复制
14-40
D 类 IP 地址 与以太网多播地址的映射关系
这 5 位不使用
0 8 16 24 31
D 类 IP 地址 1110
0 1 0 0 5 E
00000001 00000000 01011110 0
表示多播
最低 23 位来自 D 类 IP 地址
48 位以太网地址
路由器的结构 转发和路由选择的区别 路由器的交换结构的三种交换方法 IP多播的概念 因特网组管理协议IGMP 反向路径广播 RPB 虚拟专用网 VPN 网络地址转换 NAT
1-40
4.5.6 路由器在网际互连中的作用 1. 路由器的结构
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，其任务是转发分组。也就是 说，将路由器某个输入端口收到的分组，按照 分组要去的目的地（即目的网络），把该分组 从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳 路由器。 下一跳路由器也按照这种方法处理分组，直到 该分组到达终点为止。
从 线 路 接 收 分 组
交 换 结 构
6-40
输出端口将交换结构传送 来的分组发送到线路
当交换结构传送过来的分组先进行缓存。数据 链路层处理模块将分组加上链路层的首部和尾 部，交给物理层后发送到外部线路。
输出端口的处理 网络层处理 分组排队 数据链路层 处理 缓存管理 物理层处理 向 线 路 发 送 分 组
34-40
用隧道技术实现虚拟专用网
本地地址 全球地址 本地地址
125.1.2.3 部门 A X 10.1.0.1 R1
隧道
194.4.5.6 部门 B R2
因特网 使用隧道技术
Y 10.2.0.3
网络地址 = 10.1.0.0 （本地地址）
网络地址 = 10.2.0.0 （本地地址）
35-40
用隧道技术实现虚拟专用网
19-40
2. 网际组管理协议 IGMP
1989 年公布的 RFC 1112（IGMPv1） 早已成为了因特网的标准协议。 1997 年公布的 RFC 2236（IGMPv2， 建议标准）对 IGMPv1 进行了更新。 2002 年 10 月公布了 RFC 3376 （IGMPv3，建议标准），宣布 RFC 2236（IGMPv2）是陈旧的。
32-40
4.7 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT
4.7.1 虚拟专用网 VPN
本地地址——仅在机构内部使用的 IP 地 址，可以由本机构自行分配，而不需要 向因特网的管理机构申请。 全球地址——全球唯一的IP地址，必须 向因特网的管理机构申请。
33-40
RFC 1918 指明的专用地址
加密的从 X 到 Y 的内部数据报 外部数据报的数据部分 125.1.2.3 部门 A X 10.1.0.1 R1 数据报首部 隧道 194.4.5.6 部门 B 因特网 使用隧道技术 125.1.2.3 R1 部门 A 194.4.5.6 R2 部门 B R2 源地址：125.1.2.3 目的地址：194.4.5.6
7-40
交 换 结 构
分组丢弃
若路由器处理分组的速率赶不上分组进入 队列的速率，则队列的存储空间最终必定 减少到零，这就使后面再进入队列的分组 由于没有存储空间而只能被丢弃。 路由器中的输入或输出队列产生溢出是造 成分组丢失的重要原因。
8-40
2 交换结构
I1 O1 存 储 器 (a) 通过存储器 I1 I2 I3 O2 O3 I1 I2 I3
28-40
RPB 的要点
路由器收到多播数据报时，先检查是否从 源点经最短路径传送来的。 若是，就向所有其他方向转发刚才收到的 多播数据报（但进入的方向除外），否则 就丢弃而不转发。 如果存在几条同样长度的最短路径），那 么只能选择一条最短路径，选择的准则就 是看这几条最短路径中的相邻路由器谁的 IP 地址最小。
29-40
反向路径广播 RPB 和剪除
源点 R1 R2 转发多播数据报 收到后即丢弃
R3 剪除没有 组成员的树枝 R8
R4 R6
R5
R7
(2) 隧道技术(tunneling)
网1 （支持多播）
R1
网2 （支持多播） 不支持多播 的网络
R2
多播数据报
隧道 网 1 和网 2 中的多播数据报
首部
数 据
23-40
IGMP 采用的一些具体措施
在主机和多播路由器之间的所有通信都是使用 IP 多播。 多播路由器在探询组成员关系时，只需要对所 有的组发送一个请求信息的询问报文，而不需 要对每一个组发送一个询问报文。默认的询问 速率是每 125 秒发送一次。 当同一个网络上连接有几个多播路由器时，它 们能够迅速和有效地选择其中的一个来探询主 机的成员关系。
B
C
多播组 G
D
多播组 G
12-40
IP 多播的一些特点
(1) 多播使用组地址—— IP 使用 D 类地址 支持多播。多播地址只能用于目的地址， 而不能用于源地址。 (2) 永久组地址——由因特网号码指派管理 局 IANA 负责指派。 (3) 动态的组成员 (4) 使用硬件进行多播
13-40
4.6.2 在局域网上进行硬件多播
1. IP多播需要两种协议
为了使路由器知道多播组成员的信息， 需要利用网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)。 连接在局域网上的多播路由器还必须和 因特网上的其他多播路由器协同工作， 以便把多播数据报用最小代价传送给所 有的组成员。这就需要使用多播路由选 择协议。
2-40
典型的路由器的结构
3——网络层 2——数据链路层 1——物理层
输入端口
1 2 … 输入端口 1 2 3 3 分组处理 转发表 3
路由选择处理机
路由选择协议
路由表 输出端口
2 … 输出端口 3 2 1 1
路由 选择
分组 转发
3-40
交换结构
“转发”和“路由选择”的 区别
“ 转发” (forwarding) 就是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。 “路由选择” (routing) 则是按照分布式算法， 根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变 化 情况，动态地改变所选择的路由。 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表 是从路由表得出的。 在讨论路由选择的原理时，转发表=路由表 路由协议路由表转发分组
25-40
IGMP 的报文格式
比特 0 类 型
8
响应时间
16
检 验 和 组地址（询问时为零）
31
IP数据报首部
IGMP 报文 IP 数据报
26-40
3. 多播路由选择
多播路由选择协议尚未标准化。 一个多播组中的成员是动态变化的，随时会有 主机加入或离开这个多播组。 多播路由选择实际上就是要找出以源主机为根 结点的多播转发树。 在多播转发树上的路由器不会收到重复的多播 数据报。 对不同的多播组对应于不同的多播转发树。同 一个多播组，对不同的源点也会有不同的多播 转发树。
21-40
IGMP 可分为两个阶段
第一阶段：当某个主机加入新的多播组 时，该主机应向多播组的多播地址发送 IGMP 报文，声明自己要成为该组的成 员。本地的多播路由器收到 IGMP 报文 后，将组成员关系转发给因特网上的其 他多播路由器。
22-40
IGMP 可分为两个阶段
第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本 地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的 主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成 员。 只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由 器就认为这个组是活跃的。 但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主 机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他 的多播路由器。
16-40
IGMP 使多播路由器 知道多播组成员信息
128.56.24.34
135.27.74.52
IGMP R2
R1
IGMP
130.12.14.56
多播组 226.15.37.123
R3 IGMP
IGMP
R4 130.12.14.43
17-40
IGMP 的本地使用范围
IGMP 并非在因特网范围内对所有多播 组成员进行管理的协议。 IGMP 不知道 IP 多播组包含的成员数， 也不知道这些成员都分布在哪些网络上。 IGMP 协议是让连接在本地局域网上的 多播路由器知道本局域网上是否有主机 （严格讲，是主机上的某个进程）参加 或退出了某个多播组。
27-40
转发多播数据报使用的方法 (1) 洪泛与剪除
这种方法适合于较小的多播组，而所有 的组成员接入的局域网也是相邻接的。 一开始，路由器转发多播数据报使用洪 泛的方法（这就是广播）。为了避免兜 圈子，采用了叫做反向路径广播 RPB (Reverse Path Broadcasting)的策略。
共有 90 个主机接收视频节目
多播可明显地减少网络中资源的消耗
视频服务器 M 发送 1 次多播 1个 R1 1个 R2 复制 1个 1个
R3
1个
R4
1 个 多播 1 个
多播
多播组成员 共有 90 个
多播
…
…
…
11-40
多播可明显地减少网络中资源的消耗
R3
复制 R4 A
多播组 G
X
R1 R2 R5 R6 复制
14-40
D 类 IP 地址 与以太网多播地址的映射关系
这 5 位不使用
0 8 16 24 31
D 类 IP 地址 1110
0 1 0 0 5 E
00000001 00000000 01011110 0
表示多播
最低 23 位来自 D 类 IP 地址
48 位以太网地址