1、数据通信与计算机网络 第3章 网络层及仿真 第3章 网络层3.1 网络层概述网络互联*存在大大小小、相互独立的多种物理网络已有的异种网络客观存在没有哪种网络技术可以满足所有需求全球范围的通信需求各物理网络中的用户希望能够相互通信，不受物理网络边界限制通信：电子邮件、IP电话、视频会议信息服务：信息和资源共享网络社会化：电子商务、远程教育、远程医疗网络互联的作用隐藏底层细节，使互联网可以看成是单一的虚拟网络，所有计算机都与它相连，而不管实际的物理连接如何。互联网互联网物理网络物理网络主机主机路由器路由器图图 51(a)用户观点的互联网用户观点的互联网;(b)互联网的实际连接示例互联网的实际连接示
2、例虚拟互连网络的意义所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网。使用虚拟互连网络的优点是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。网络互联提出的问题 IP层主要功能是负责为不同物理网络上的主机提供通信服务。需要解决若干问题：如何屏蔽异种网络的差异统一网络地址统一数据格式如何实现全网的数据传输和交换网络之间的数据包寻径、转发路由表的产生和动态刷新差错处理IP组播3.1.
3、2 IP地址及子网划分我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在互联网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。IP 地址现在由互联网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。IP 地址的编址方法 分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准 RFC 950 在 1985 年通过。构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用
4、。分类 IP 地址 将IP地址划分为若干个固定类。每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。由此可见，一个 IP 地址在整个互联网范围内是唯一的。net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今
5、 后 使 用1 1 1 101net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的网络号字段 net-id 为 1 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0
6、多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1 01B 类地址的网络号字段 net-id 为 2 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的网络号字段 net-id 为 3 字节net-id24 bithost-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址h
7、ost-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101A 类地址的主机号字段 host-id 为 3 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101B 类地址的主机号字段 host-id 为 2 字节net-id24 位host-id24
8、位net-id16 位net-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101C 类地址的主机号字段 host-id 为 1 字节net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 1
9、01D 类地址是多播地址 net-id24 位host-id24 位net-id16 bitnet-id8 位IP 地址中的网络号字段和主机号字段 0A 类地址host-id16 位B 类地址C 类地址01 1host-id8 位D 类地址 1 1 1 0多 播 地 址E 类地址保 留 为 今 后 使 用1 1 1 101E 类地址保留为今后使用 点分十进制记法 10000000000010110000001100011111 机器中存放的 IP 地址是 32 位 二进制代码10000000 00001011 00000011 00011111 每隔 8 位插入一个空格能够提高可读性采用点分十
10、进制记法则进一步提高可读性128.11.3.31 128 11 3 31 将每 8 位的二进制数转换为十进制数常用的三种类别的 IP 地址 IP 地址的使用范围 网络 最大 第一个 最后一个 每个网络类别 网络数 可用的 可用的 中最大的 网络号 网络号 主机数 A 126(27 2)1 126 16,777,214 B 16,383(214 1)128.1 191.255 65,534 C 2,097,151(221 1)192.0.1 223.255.255 254一般不使用的特殊的 IP 地址2.划分子网和构造超网划分子网在 ARPANET 的早期，IP 地址的设计确实不够合理给每一个物
11、理网络分配一个网络号：IP 地址空间的利用率有时很低 会使路由表变得太大，因而使网络性能变坏从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。使得多个物理网络可以共用一个网络前缀这种做法叫作划分子网(subnetting)。划分子网已成为因特网的正式标准协议。子网编址的实现 从主机域中借用若干个比特作为子网号subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个比特。IP 地址=网络号，子网号，主机号 子网位从主机域的最左边开始连续借用。子网号在网外是不可见的，仅在子网内使用。子网号的位数是可变的，为了反映有多少位用于表示子
12、网号，采用子网掩码(mask)。子网掩码32位Net_id 子网号子网号 =子网掩码与子网掩码与 IP IP 地址地址 做逻辑做逻辑“与与”运算的结果运算的结果 Subnet_id Host_id32位子网掩码中，网络地址、子网地址位子网掩码中，网络地址、子网地址部分对应部分对应“1”，主机地址部分为，主机地址部分为“0”。子网的规划设计 在设计选择子网划分方案时，必须考虑5个问题。它们是：（1）该网络内将划分几个子网？（2）每个子网有多少有效主机？（3）有效的子网地址是什么？（4）在该子网划分中，网络掩码是什么？（5）每个子网的广播地址是什么？子网数和子网掩码的计算（1）子网数=2x-2。x
13、是被占用的表示子网比特的数目，或者说1的个数。减2是指减去子网位全1和全0，它们默认是无效的。例如，11100000能产生232个子网。（2）2y-2=每个子网的主机数。y是未被占用的比特数目，或者说0的个数。例如，11100000产生252，每个子网30个主机。有效的主机是两个子网之间去掉“全0”和“全1”的数。子网数和子网掩码的计算（3）子网掩码点分十进制表示 根据主网络类型，确定借用的子网位数和位置，根据对应位的权值，计算其十进制数值。如子网掩码部分为11100000，则十进制为1286432224。（4）256-子网掩码=基数。如，子网掩码为224，则有效子网基数为256-224=32
14、。子网地址为在对应子网地址字节中，N基数。（5）广播地址是所有主机位为1，直接在下一个子网之前的数。例：关于子网掩码的计算设有一个网络地址为 172.168.0.0，要在此网络中划分14个子网，问：需要多少位表示子网？子网掩码的点分十进制数值是多少？每个子网地址是什么？子网数=2x-2，则X4，需借用 4位表示子网。由网络地址可知，这是一个B类网络，网络地址和主机地址各为16位，网络掩码为 255.255.0.0。划分子网后，又使用主机地址部分的最高4 位表示子网，则其对应十进制数值为128643216240。网络掩码为 255.255.240.0。关于子网掩码的计算子网基数25624016，
15、N114，则子网地址为 172.168.16.0，172.168.32.0，172.168.48.0，172.168.64.0，172.168.80.0，172.168.96.0，172.168.112.0，172.168.128.0，172.168.144.0，172.168.160.0，172.168.176.0，172.168.192.0，172.168.208.0，172.168.224.0。每个子网内表示主机的地址位为12位，则子网内有效主机数为 21224094。网络内总的主机数为40941457316。使用子网划分会造成部分主机地址损失，但仍可提高IP地址利用率。B类网络的子网划
16、分#Bits Subnet Mask#Subnets#Hosts2 255.255.192.02 16382 3 255.255.224.06 8190 4 255.255.240.0 14 4094 5 255.255.248.0 30 2046 6 255.255.252.0 62 1022 7 255.255.254.0 126 510 8 255.255.255.0 254 254 9 255.255.255.128 510 126 10 255.255.255.192 1022 62 11 255.255.255.224 2046 30 12 255.255.255.240 4094
17、 14 13 255.255.255.248 8190 6 14 255.255.255.252 16382 2C类网络的子网划分#Bits Subnet Mask#Subnets#Hosts2 255.255.255.192 2 62 3 255.255.255.224 6 32 4 255.255.255.240 14 14 5 255.255.255.248 30 6 6 255.255.255.252 62 231变长子网掩码VLSM静态子网掩码可能带来地址空间的浪费全0、全1限制的浪费子网内多余地址的浪费分配子网时可以采用不同长度的子网掩码假设申请了C类地址165.214.32.0，
18、现在要支持5个子网，每个子网支持主机数分别为50,50,50,30,30首先采用掩码255.255.255.192分成4个子网，每个支持62主机（有问题？）第4个子网进一步采用255.255.255.224分成2个支持30主机的子网32IP地址：private addresses内部地址被预留并建议给内部网络使用的地址A类网络10.0.0.0B类网络172.16.0.0172.31.0.0C类网络192.168.0.0192.168.255.0Internet中的路由器不会转发那些目的地址为内部IP地址的分组，即内部IP地址不能穿越一个机构的边界。内部网络和外部Internet之间通过网络地址
19、转换或者代理机制相连。33CIDRCIDR(Classless Inter-Domain Routing)总的IP地址空间不够，全球分配也很不公平。A类网络主机数太多（地址浪费），C类网络主机数太少（增加路由负担，需要合并）抛弃了IP地址类的边界，通过地址汇集的方法来描述连续地址块通过网络掩码来描述地址块，一般采用x.x.x.x/y格式，y表示前面多少个比特属于网络部分前面的内部地址块可以这样描述：10.0.0.0/8172.16.0.0/12192.168.0.0/1634CIDR示例192.60.128.011000000.00111100.10000000.00000000C类地址192
20、.60.129.011000000.00111100.10000001.00000000192.60.130.011000000.00111100.10000010.00000000192.60.131.011000000.00111100.10000011.00000000192.60.128.011000000.00111100.10000000.00000000超网地址255.255.252.011111111.11111111.11111100.00000000网络掩码192.60.131.25511000000.00111100.10000011.11111111广播地址假设需要10
21、00个IP地址，分配4个连续的C类地址4个C类地址被汇集成为：192.60.128.0/22可用的地址数？35CIDR路由路由表包含：目的网络/网络掩码/下一跳直接路由：目的节点和当前主机在同一子网，可直接递交间接路由：需要通过下一跳路由转发缺省路由：当路由表中找不到路由时采用如何匹配路由表中的表项？目的IP地址&路由表项的网络掩码目的网络&网络掩码？最长匹配原则：网络掩码最长的匹配Destination Gateway interfacedefault 202.104.139.193 rl0127.0.0.1 127.0.0.1 lo0202.104.139.192/26 link#1 rl
22、1 202.120.224.0/24202.104.139.194rl2202.120.224.0/22202.104.139.1rl33.1.3 网络层的主要协议网际层的 IP 协议及配套协议各种应用层协议 网络接口层(HTTP,FTP,SMTP 等)物理硬件运输层TCP,UDP应用层ICMPIPRARPARP与各种网络接口网络层（网际层）IGMP因特网的基本传送单元是IP数据报(或分组)。一个 IP 数据报由首部（报头）和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。IP 数据报首部的固定部分
23、和可选字段长度之和最大为 60 字节。IP数据报固定部分可变部分04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报首部发送在前可变部分首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分发送在前首部04816192431版 本标志
24、生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分数 据 部 分首 部IP 数据报固定部分可变部分区 分 服 务发送在前首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分版本占 4 位，指 IP 协议的版本目前的 IP 协议版本号为 4(即 IPv4)区 分 服 务1.IP 数据报首部的固定部分中的各字段 首部04816192431版 本标志
25、生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分首部长度占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分区分服务占 8 位，用来获得更好的服务在旧标准中叫做服务类型，但实际上一直未被使用过。199
26、8 年这个字段改名为区分服务。只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段 区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分总长度占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源
27、地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标识(identification)占 16 位，它是一个计数器，用来产生数据报的标识。区 分 服 务首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识区 分 服 务总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分标志(flag)占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF(More Fragment)。MF 1 表示后面“还有分片”。MF 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是
28、 DF(Dont Fragment)。只有当 DF 0 时才允许分片。首部04816192431版 本标志生 存 时 间协 议标 识总 长 度片 偏 移填 充首 部 检 验 和源 地 址目 的 地 址可 选 字 段 （长 度 可 变）位首部长度数 据 部 分固定部分可变部分片偏移(12 位)指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。区 分 服 务3.1.4 主要路由协议路由协议使路由器能够采集和交换路由信息，路由器然后根据所掌握的路由信息，使用相应的路由方式或路由算法，一直努力地构建和维护其用于分组转发的路由表。典型的IGP路由协议：RIP、OSPF等典
29、型的EGP路由协议：EGP、BGP等3.5 ARP协议不管网络层使用的是什么协议，在实际物理网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。地址统一(网络层以上使用IP地址)的代价是需要建立 IP 地址和物理地址之间的映射。地址解析ARP为网络层(IP)地址 和 数据链路层使用的任何类型的地址提供动态映射。在广播型以太局域网中的ARP举例地址解析协议ARP每一个主机中都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP数据报时，就先在其 ARP高速缓存中查看有无主机 B的
30、 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。如果没有，则广播发送一个ARP请求数据分组。地址解析协议ARP为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，将自己的 IP 地址和硬件地址都写入 ARP 请求分组。当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。主机B发回 ARP 应答分组，其中包括IP地址和对应的硬件地址。ARP工作原理ARP是借助ARP请求与ARP响应两种类型的包确定
31、MAC地址的IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主机A主机B主机C希望与主机B进行通信A发送ARP广播包询问B的MAC地址C收到后丢弃此包B收到后将主机A的MAC地址收藏，并给回应告诉A，自己的MAC地址交换机广播该ARP数据包交换机C:arp-aC:arp-a接口接口:192.168.212.111-0 xb:192.168.212.111-0 xb Internet Internet 地址地址 物理地址物理地址 类型类型 192.168.212.1 00-00-5e-00-01-fb 192.168.212.1 00-00-5e-00-01-fb
32、动动态态 192.168.212.2 00-1c-25-dc-2e-61 192.168.212.2 00-1c-25-dc-2e-61 动动态态 192.168.212.3 00-16-36-bc-8a-76 192.168.212.3 00-16-36-bc-8a-76 动动态态 172.16.1.2 ec-a8-6b-8a-1c-ab 172.16.1.2 ec-a8-6b-8a-1c-ab 动动态态53 计算机网络技术基础 主编 阚宝朋2.ARP工作原理ARP是借助ARP请求与ARP响应两种类型的包确定MAC地址的IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.
33、1.3主机A主机B主机C希望与主机B进行通信A发送ARP广播包询问B的MAC地址C收到后丢弃此包B收到后将主机A的MAC地址收藏，并给回应告诉A，自己的MAC地址交换机广播该ARP数据包交换机C:arp-aC:arp-a接口接口:192.168.212.111-0 xb:192.168.212.111-0 xb Internet Internet 地址地址 物理地址物理地址 类型类型 192.168.212.1 00-00-5e-00-01-fb 192.168.212.1 00-00-5e-00-01-fb 动动态态 192.168.212.2 00-1c-25-dc-2e-61 192.1
34、68.212.2 00-1c-25-dc-2e-61 动动态态 192.168.212.3 00-16-36-bc-8a-76 192.168.212.3 00-16-36-bc-8a-76 动动态态 172.16.1.2 ec-a8-6b-8a-1c-ab 172.16.1.2 ec-a8-6b-8a-1c-ab 动动态态ARP应用方式ARP地址查询完成后，交换机将利用这一MAC地址进行转发IP：172.16.1.1IP：172.16.1.2IP：172.16.1.3主机A主机B主机C希望与主机B进行通信在数据链路层封装主机B的MACB收到后将主机A的MAC地址收藏，并给回应告诉A，自己的M
35、AC地址交换机利用MAC地址找到转发端口交换机C:arp-aC:arp-a接口接口:192.168.212.111-0 xb:192.168.212.111-0 xb Internet Internet 地址地址 物理地址物理地址 类型类型 192.168.212.1 00-00-5e-00-01-fb 192.168.212.1 00-00-5e-00-01-fb 动动态态 192.168.212.2 00-1c-25-dc-2e-61 192.168.212.2 00-1c-25-dc-2e-61 动动态态 192.168.212.3 00-16-36-bc-8a-76 192.168.2
36、12.3 00-16-36-bc-8a-76 动动态态 172.16.1.2 00-00-36-00-00-01 172.16.1.2 00-00-36-00-00-01 动动态态反向地址解析协议RARP利用MAC地址解析出相对亦的IP地址。例如将打印机服务器等小型嵌入式设备接入到网络时就经常会用到。交换机主机ARARP服务器我的IP地址是什么携带自身的MAC地址进行广播请求查询MAC与IP映射关系，响应其IP563.6 NAT协议基本NAT和网络地址端口转换NAPT，多数情况下是NAPT：本地网络只需要申请一个公网IP地址本地网络内部的设备的IP地址可以任意改变Internet的主机一般无法
37、明确指定与本地网络的某台主机通信IP分组的源或者目的地址为10.0.0/2410.0.0.110.0.0.210.0.0.310.0.0.4138.76.29.7本地网络10.0.0/24Internet所有离开本地网络的IP分组为同一个源地址：138.76.29.7,不过源端口号不同57NAT实现Outgoing datagrams:所有出本地网络的分组的（源IP地址,端口号）被替换为（NAT IP地址，新端口号）Internet主机将以目的地址（NAT IP地址，新端口号）响应NAT设备记录NAT转换表，每个表项给出了源IP地址,端口号）与（NAT IP地址，新端口号）的映射Incomin
38、g datagrams:所有进入本地网络的分组查找NAT表看目的字段是否匹配，如果匹配，则将（NAT IP地址，新端口号）替换为（源IP地址,端口号）5758NAT示例10.0.0.110.0.0.210.0.0.3S:10.0.0.1,3345D:128.119.40.186,80110.0.0.4138.76.29.71:主机10.0.0.1发送IP分组给128.119.40.186,80NAT转换表WAN 端 LAN端 138.76.29.7,5001 10.0.0.1,3345 S:128.119.40.186,80 D:10.0.0.1,33454S:138.76.29.7,5001
39、D:128.119.40.186,8022:NAT路由器将源地址10.0.0.1,3345替换为138.76.29.7,5001S:128.119.40.186,80 D:138.76.29.7,500133:回应到达，目的地址：138.76.29.7,50014:NAT路由器改变目的地址138.76.29.7,5001为10.0.0.1,3345 59NAT总结16bit的端口号一个NAT IP地址可以同时支持60000+连接NAT的限制违背了“端到端的设计原则”NAT设备仅仅检查IP地址和端口号通过应用层网关（代理）来帮助实现应用的穿越应用协议必须考虑NAT设备的穿越，特别是P2P应用59
40、3.7 RIP路由协议1.工作原理路由信息协议 RIP 是内部网关协议 IGP中最先得到广泛使用的协议。RIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。“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”，“距离”的定义 RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。RIP 允许一条
41、路径最多只能包含 15 个路由器。“距离”的最大值为16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网。RIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP 选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。RIP 协议的三个要点 仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。路由表的建立 路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。经过若干次更新后，所有的路由器最
42、终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。RIP 协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。2.距离向量算法收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：(1)先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。(2)对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。否则 若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。否则 若收到项目中的距离小于路由表中的距离，
43、则进行更新，否则，什么也不做。(3)若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为16（距离为16表示不可达）。(4)返回。路由器之间交换信息 RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的。路由间交换信息Net14Net23Net78Net08Net55Net92Net66路由器路由器网络网络互联网络例子互联网络例子Net1
44、4Net23Net78Net08Net55Net92Net66周期性发送周期性发送已知的关于已知的关于整个互联网整个互联网络的信息给络的信息给B，F，E周期性发送已知的关于整个周期性发送已知的关于整个互联网络的信息给互联网络的信息给A，C周期性发送已知的关于整周期性发送已知的关于整个互联网络的信息给个互联网络的信息给A周期性发送周期性发送已知的关于已知的关于整个互联网整个互联网络的信息给络的信息给B，D周期性发送周期性发送已知的关于已知的关于整个互联网整个互联网络的信息给络的信息给A，D周期性发送周期性发送已知的关于已知的关于整个互联网整个互联网络的信息给络的信息给C，E信息共享信息共享Net
45、14Net23Net78Net08Net55Net92Net66网网络络费费用用下一个下一个路由路由.距离向量路由表距离向量路由表141 -231 -78 1 -141 -55 1 -551 -66 1 -781 -92 1 -81 -23 1 -81 -66 1 -在距离向量路由中的分布式路由表在距离向量路由中的分布式路由表创建表创建表141 -231 -78 1 -141 -55 1 -A的旧表的旧表从从B收到收到+一次一次跨跃跨跃=142 B55 2 B141 -14 2 B231 -552 B78 1 -141 -23 1 -552 B78 1 -在调整后在调整后组合组合A的新表的新表
46、更新路由器更新路由器A的路由表的路由表551 -66 1 -81 -66 1 -C的旧表的旧表从从D收到收到+一次一次跨跃跨跃=在调整后在调整后组合组合C的新表的新表更新路由器更新路由器A的路由表的路由表82 D66 2 D82 D551 -661 -66 2 D82 D551 -661 -Net14Net23Net78Net08Net55Net92Net66141 -231 -55 2 B78 1 -141 -55 1 -08 2 D55 1 -66 1 -781 -92 1 -81 -23 1 -81 -66 1 -Net14Net23Net78Net08Net55Net92Net6608
47、 2 E14 1 -231 -552 B66 3 E781 -92 2 F08 3 A14 1 -23 2 A551 -662 C782 A92 3 A82 D142 B23 3 D551 -661 -783 B92 4 B83 A142 A232 A553 A66 4 A781 -92 1 -81 -142 A231 -553 A662 D782 A92 3 A81 -143 E232 E55 2 C661 -783 E92 4 E最后的路由表最后的路由表RIP 协议的报文格式RIP 协议使用传输层的用户数据报 UDP进行传送（使用 UDP 的端口 520）。RIP 协议的位置应当在应用层，
48、但转发 IP 数据报的过程是在网络层完成的。RIP协议有两个版本：RIPv1仅使用有类路由，即没有子网的概念；RIPv2 提供网络掩码信息，称为无类路由。RIPv2具有简单鉴别功能，支持组播。4 字节RIP 报文RIPv1 协议的报文格式 路由信息（20 字节/路由）可重复出现最多 25 个IP 数据报必须为0网络地址地址族标识符距离(1-16)IP 首部UDP 首部首部路由部分必须为0版本命令 4 字节必须为0必须为0UDP 用户数据报 4 字节RIP 报文RIPv2 协议的报文格式 路由信息（20 字节/路由）可重复出现最多 25 个IP 数据报路由标记网络地址地址族标识符距离(1-16)
49、IP 首部UDP 首部首部路由部分路由域版本命令 4 字节子网掩码下一跳路由器地址UDP 用户数据报RIPv2 报文的说明RIP2 报文由首部和路由部分组成，其中的路由部分由若干个路由信息组成。每个路由信息需要用 20 个字节。地址族标识符（又称为地址类别）字段用来标志所使用的地址协议。路由标记填入自治系统的号码，这是考虑使RIP 有可能收到本自治系统以外的路由选择信息。再后面指出某个网络地址、该网络的子网掩码、下一跳路由器地址以及到此网络的距离。3.8 OSPF协议链路状态路由协议OSPF（Open Shortest Path First，开放最短路径优先协议，RFC 2328）运行在IP之
50、上，协议号89支持多种Metric，而不是RIP的Hop Count支持变长子网支持多条最短路由间的负载均衡支持各种路由，允许交换通过其他途径了解到的路由信息，比如到外部的路由路由消息认证支持区域，引入了层次路由采用组播来传递消息244.0.0.5=AllSPFRouters(form DR to all routers)244.0.0.6=AllDRouters(from a router to DR and BDR)术语术语AS（自治系统）自治系统）：受单一管理机构控制的一组受单一管理机构控制的一组网络和网关构成网络和网关构成AS Area(区域）区域）：A group of contig
