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《TCP/IP网络原理与应用》 华中科技大学电信系 2011.09 第三章、IP协议 3.1 IP数据报的交付 3.2 IP数据报的路由 3.3 路由器的部署与应用 3.4 IP数据报的差错控制 IP数据报的交付(Delivery) 网络层交付一个数据报可以使用面向连接和或者无连接的网络服务 面向连接 一系列的分组从同一个源站一个接一个的发送到同一个目的站，前后分组在逻辑上是连接在一起的 无连接 网络协议独立的对待每个分组，分组之间没有关系，分组到目的站可以走不同的路径 IP协议是无连接的协议 IP数据报的交付(Delivery) 直接交付 分组的目的站与发送站在同一个网络上 间接交付 分组的目的站与发送站不在同一个网络上，经由路由器到达目的站 直接交付与间接交付 直接交付和间接交付 第三章、IP协议 3.1 IP数据报的交付 3.2 IP数据报的路由 3.3 路由器的部署与应用 3.4 IP数据报的差错控制 路由器概述 路由器(Router) 在网络层，用于实现网络层路由功能的网络互连设备被称为路由器 路由是网络层最重要的功能。 典型的路由器的结构 “转发”和“路由” 转发(forwarding) 根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。 转发表是从路由表得出的 通常硬件实现 路由(routing) 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 通常软件实现 在讨论路由选择的原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别 路由器的存储转发 路由器转发分组的步骤 先按所要找的 IP 地址中的网络号 net-id 把目的网络找到。 当分组到达目的网络后，再利用主机号host-id 将数据报直接交付给目的主机。 按照整数字节划分 net-id 字段和 host-id 字段，就可以使路由器在收到一个分组时能够更快地将地址中的网络号提取出来。 路由器的存储转发：队列管理 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。 路由器的存储转发：网络拥塞 网络中的拥塞(Congestion) 当通信子网中的某一部分有太多的数据分组时，会导致网络性能的下降。 拥塞会引起网络分组的丢失，在严重的情况下，会导致网络运行的瘫痪。 拥塞控制(Congestion Control) 端到端的解决方案：采取可靠的传输层控制协议，例如TCP的改进 基于路由器的解决方案：采取不同的路由器队列管理策略(Queue Management, 例如RED算法)，不同的队列调度策略(Scheduling,例如WFQ算法) 路由器的路由功能：路由表 在路由器中，所有有关如何到达目标网络的最佳路径信息以数据库表的形式存储起来。 这种专门用于存放路由信息的表被称为路由表。 路由表的不同表项可给出到达不同目标网络所需要历经的路由器接口信息。 路由表使得基于第三层地址的路径选择最终得以实现。 路由器的路由功能：查找路由表 路由器的某一个接口在收到帧后 首先进行帧的拆封以便从中分离出相应的IP分组 然后利用子网掩码求“与”方法从IP分组中提取出目标网络号 将目标网络号与路由表进行比对看能否找到一种匹配，即确定是否存在一条到达目标网络的最佳路径信息。 若存在匹配，则将IP分组重新进行封装成出去端口所期望的帧格式并将其从路由器相应端口转发出去； 若不存在匹配，则将相应的IP分组丢弃。 最长前缀匹配 最长前缀匹配(longest-prefix matching) 使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。 应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配。因为网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。 又称为最长匹配或最佳匹配。 路由表 路由表中的路由信息是从可而来的呢？ 或者说，路由器如何生成并维持一个能正确反映网络拓扑与状态信息的路由表？ 有两种方式可用于路由表信息的生成和维护，即分别是静态路由和动态路由。 静态路由 网络管理员根据其所掌握的网络连通信息以手工配置方式创建的路由表表项。 要求网络管理员对网络的拓扑结构和网络状态有着非常清晰的了解； 当网络连通状态发生变化时，静态路由的更新也要通过手工方式完成。 通常被用于与外界网络只有唯一通道的所谓孤岛(STUB)网络， 也可用作网络测试、网络安全或带宽管理的有效措施。 当网络互连规模增大或网络中的变化因素增加时，静态路由也很难及时适应网络状态的变化