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数据报格式

文档类型：

Microsoft PowerPoint PPT 演示文稿文档大小：591.5KB

IP 数据报格式verlengthdata(可变长度,一般为一个TCP或UDP 数据段)16-bit tolive
32 bit source IP address IP 协议版本号首部长度(bytes)余留步跳(在经过每个路由器后递减)用于分包重装数据报长度(bytes)用来递交有效负荷的上层协议head.lentype ofservice数据类型
32 bit destination IP address Options (if any)E.g. 时间戳,纪录路由标记, 定义要访问的路由器IP 分包重组网络链路具有MTU (最大传输单位)属性0 是有链路层最大帧的限制决定的.
不同类型的链路, 不同的MTUs较大的IP分组在网络中会被分割(fragmented)一个分组就被分成了若干分组分组只是在最终的信宿站点被重新组装-reassembled在IP 分组的首部有些位标记用来确认和排序相关的组片
fragmentation:
in: one large datagram
out:3smaller 分片和重组一个大的分组被划为若干较小的分组
ICMP: 因特网控制报文协议(Internet Control Message Protocol)用于主机、路由器,网关之间交换网络层信息
报告错误: unreachable host, network, port, protocol进行requestreply 应答(ping命令)
同处于网络层但凌驾于IP之上:ICMP报文需要IP分组来传输
ICMP 报文: type, code plus first8bytes of IP datagram causing errorType Code reply (ping)31dest host protocol port network unknown37dest host quench - not used)80echo request (ping)90route expired120bad IP header因特网中的路由选择全球因特网是由诸多Autonomous Systems (AS)互联而成:
小型自治系统(Stub AS): 中小型企业分区自治系统(Multihomed AS):大型企业(非跨越的)
跨越式自治系统(Transit AS): NBP等
两层路由选择:
Intra-AS: 由网管决定
Inter-AS: 唯一性的标准因特网的AS层次Inter-AS 边界(外部网关) 路由器Intra-AS 内部(网关) 路由器Intra-AS路由选择也称为内部网关协议Interior Gateway Protocols (IGP)
最常用的IGP有:
RIP: Routing Information Protocol(路由选择信息协议)
OSPF: Open Shortest Path First(开放式最短路径优先(协议))
IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (内部网关路由选择协议,Cisco产权)RIP ( Routing Information Protocol)距离向量算法(Distance vector algorithm)含在BSD-UNIX 1982版中Can you guess why
距离向量: 通过Response报文每隔30秒交换一次(也称为广告
每次广告: 发布最多为25 信宿的路由RIP (Routing Information Protocol)
Destination Network Next Router Num. of hops to dest.
wyzACDB路由器D中的路由表
RIP: 链路失效和恢复如果某条链路在180秒内没有被听到广告> 相邻结点链路被申明取消(declared dead)经由该结点的路由被终止新的广告送往所有其他相邻结点其他相邻结点依次发出新的广告(如果路由表发生变化)这样链路失效的信息迅速传遍整个网络使用抑毒措施来防止乒乓循环(设置有限距离= 16 hops)RIP路由表处理RIP路由表通过应用层的进程route-d (daemon-守护程序)来管理由应用层进程管理的路由表为通过UDP的广告调用, 并周期性重复RIP 路由表举例
Router: 连接3个C 类网络(LAN)路由器仅仅知道所连LAN的路由默认路由器(Default router)用于go up(上行)组播地址路由(Route multicast address回授接口(Loopback interface ,for Gateway Flags Ref Use (Open Shortest Path First) 开放式最短路径优先(协议)
open-开放: 向公众开放使用链路状态算法(Link State algorithm)LS 分组传播在每个结点存放网络的拓扑图路由计算使用Dijkstra算法OSPF 广告为每个相邻的路由器配置一个条目广告弥散到整个AS (via flooding-泛洪法)OSPF 先进性(RIP所不具备的)
安全性: 所有的OSPF 报文须经认证(以防止各种可能的); 使用TCP连接多个等值路径允许同时存在(而在RIP中只能存在一条)
对每条链路来说, 对不同的TOS (eg, 在卫星链路上将尽力而为的服务设成低值; 而将实时应用设成高值)可产生多种成本计算标准多种成本计算标准可以支持集成化的单播和组播(multicast) :组播OSPF (MOSPF)使用与OSPF相同的拓扑数据库在大型域中可以使用层次型OSPF层次型OSPF
双层结构: 本地, 主干.链路状态只是在本地范围内广告每个结点具有详细的本地拓扑; 对其他区域中的网络仅知在某个方向(最短路径) .
区界路由器(Area border routers): 汇总了所在区域中到达各网络的距离,同时向其他区界路由器发广告.
主干路由器(Backbone routers): 仅限于在主干上运行OSPF 路由算法.
边界路由器(Boundary routers): 连接其他的AS.
IGRP (Interior Gateway Routing Protocol)内部网关路由选择协议CISCO产权; RIP 的后继者之一(mid 80s)路由向量算法, 类似RIP采用若干成本计算标准(delay, bandwidth, reliability, load etc)使用TCP交换路由更新信息通过基于扩散计算的分布式更新算法(DUAL) 产生无循环的路由选择Inter-AS路由选择
因特网inter-AS路由选择: BGPBGP (Border Gateway Protocol,边界网关协议): 事实上的标准路径向量(Path Vector) 协议:与距离向量协议类似每个边界网关(Border Gateway)向其对等的相邻实体(peers)广播通往信宿的整条路经(I.e, 一系列ASs)
E.g, 网关X可以发送从它通往信宿Z的路经:
假设: 网关X向对等网关W发送了它存有的路经W 可以选择或不选择X所提供的路经成本, 策略(不通过竞争对手的AS), 预防循环等缘由.
如果W 选择了X广告的路经, 那么:
注意:X可以通过向其他对等实体发布路由信息来控制所进入的通信流量:e.g, 不让路由通过Z > 不要发布有关通向Z的广告BGP 使用TCP交换报文.
BGP报文:
OPEN: 打开通往对等实体的TCP连接并对发送者进行认证
UPDATE: 刊出新的路经(或撤销旧路经)
KEEPALIVE : 在不进行UPDATES时保持连接的激活; 也用来ACKs OPEN 请求
NOTIFICATION: 报告先前报文的错误;也用来关闭连接为什么Intra- 和Inter-AS路由选择不同
策略:
Inter-AS: 网管需要控制自己信息流通的路经, 还有谁能路经并通过其管辖的网络.
Intra-AS: 单一的管理体制, 无需选择策略
规模:层次型路由选择可以缩小路由表, 并减少更新流量
性能:
Intra-AS: 将注意力集中在性能上
Inter-AS: 策略的考虑要超过对性能的要求路由器结构概述
路由器的两个关键功能:运行路由算法协议(RIP, OSPF, BGP)交换分组于输入链路到输出链路之间输入端口功能
分散化的交换:按照给出的分组信宿,使用输入端口的内存中存储的路由选择表,查找输出端口
目标: 以线路速度完成输入端口的处理
排队: 假如分组到达的数度快于转发到交换网络的( switch fabric)速度时
物理层:位流级的接收
数据链路层:e.g, Ethernet输入端口上的排队交换网络的处理速度低于所有输入端口之和> 导致分组在输入端口的队列中排队排头 (HOL))阻塞: 在队列的排头上的分组挡住了其他分组的前移由于输入缓存的溢出导致了排队延迟和数据丢失!三类交换网络内存交换(Switching Via Memory)
第一代路由器:分组通过系统的(单个)CPU拷贝速度受到内存带宽的限制(每个分组需2次穿越系统总线 Bus
现代路由器:输入端口处理器执行查询路由表,和拷贝的功能Cisco Catalyst 8500总线交换(Switching Via Bus)分组通过一条共享的总线从输入端口的内存传递到输出端口的内存
总线竞争: 交换速率受限于总线的带宽
1 Gbs总线, Cisco 1900: 对访问接入和企业级的路由器已经足够(但还不适应在区域或主干级线路上使用)
通过内联网络交换(Switching Via An Network)克服了总线带宽的限制Banyan networks, 内联网络技术在发展初期是用来连接多处理器系统中的处理器的
设计先进: 把分组分割成固定长度的单元、再把这些单元送入交换网络Cisco通过内联网络交换速度为若干Gbs输出端口缓存当来自交换网络的分组到达速度高于传输速率时,需要进行缓存调度原则从队列中的分组中选择传输输出端口的排队当交换速度超过输出线路的速率时,需要进行缓存输出端口的溢出会造成排队(延迟)和数据丢失!IPv6
初始的动机: 32-bit 的地址空间预计在2008将全部分配出去.
其他动机:改革首部格式帮助加速处理转发改革首部实现QoS
新型任意播-anycast地址的实现: 实现在若干备份服务器中寻求最佳路由
IPv6 分组格式:固定长度的40 byte首部不支持分组分割IPv6 首部
Priority: 确定数据流中分组的优先级
Flow Label: 确认同一flow中的分组(flow 的概念尚未定义完善).
Next header: 定义用来传送数据的上层协议其他不同于IPv4的修改
Checksum: 完全取消,以减少每个步跳上的处理时间
Options: 允许使用, 但不再是首部的内容、而是由Next Header 字段说明
ICMPv6: ICMP的新版本新增报文类型, e.g. Packet Too Big组播管理功能由IPv4 向IPv6的迁移并不是所有的路由器都能够在同一时刻升级不能采用易帜日的办法但是网络如何能够在IPv4和IPv6路由器共存的情况下运行
两种建议的途径:
双栈(Dual Stack): 某些具有双栈(v6, v4)的路由器可以将两种地址格式进行翻译-translate
隧道(Tunneling): IPv6可以作为IPv4的负荷(payload)通过IPv4的路由器双栈(Dual Stack)方式隧道(Tunneling)在必要时将IPv6藏入IPv4网络层组播的路由选择因特网的TCP,IP协议实际上解决的是点对点的数据传输,也称为单播(unicast)在网络中存在大量的应用需要解决一个或多个发送方须将数据发送到一组接收方一个网络软件的升级流媒体的发送(网上实况转播)WWW的镜像站点的更新此类应用的抽象称为多播或组播(Multicast)实现网络组播的两种基本途径由发送端发送多个单播给不同的接受方不必修改因特网网络层的现行结构-不可能改善网络的流量状况在网络层增加对多播的技术支持可以更有效的利用网络带宽(只需在链路上发送一份拷贝)-实现具有多播功能的网络层需要做大量的技术改进网络层的组播在多播通信中、我们面临两个严重的问题,而在单播通信中这些问题是不存在的如何确认多播分组的接受方如何给多播分组编址在单播通信中、IP分组中的地址指明了唯一的接受方、但在多播分组中是否可以通过增加接收方的地址来解决即使这个方案可行、也只能满足少量的用户,如果有成千个接受方、IP的数据承载空间就会让地址蚕食掉显式的定义接受方、发送方就需要接受方的身份和地址因此,在因特网和ATM网络中、使用了地址间接(address indirection)的方法,也就是一组用户使用唯一性的单一的标识.多播的分组使用该标识将分组传到所有加入该组的接收方在因特网中、专门保留了一类地址(Class D)用来处理多播、称为多播组(multicast group)网络层组播的示意Mcast group网络层组播的工程问题这里要说明的是,多播地址和主机地址的两张皮的问题必须要解决虽然多播问题的抽象很简单,但会出现成堆的问题:何时成组,何时撤销如何选择组地址无论作为发送方或者是接受方、新主机如何加入多播组入组是否来去自由,或由谁来控制在因特网中这些问题的解决需要由IGMP来完成IGMP, Internet Group Management Protocol v2 [RFC 2236]该协议在主机和其直接连接的路由器之间进行交互IGMP为需要加入多播的主机提供了一种手段,通过这种手段,主机可以申请加入多播组当然还需要其他协议,来协调所有的路由器将多播分组穿越网络到达信宿这些协议通过网络层多播路由选择算法来完成相应的功能的工作范围Wide 报文工作过程报文类型
Membership query: general
Membership query: reportLeave group发送方路由器主机目的查询加入多播组的主机查询加入多播组的特定主机报告申请或已经加入多播组报告推出特定的多播组组播的路由选择问题EFA single,share tree多播分组仅沿粗线传递链路为双向的Two source-based trees按发送端来组建路由选择树某些链路可能只是单向传输因特网的多播路由选择
DVMRP:Distance Vector Routing Protocol
Open Shortest First
CBT:Core-Based Trees
PIM:Protocol Independent Multicast现实的问题是,因特网中具有多播功能的路由器是极少数,如果某个多播路由器处于孤岛状态、它将如何进行工作用隧道方案加以解决(p215)
DVMRP:在因特网中得到广泛应用使用基于信源树(source-based tree)方案实现了反向路径转发(reverse path forwarding)实现了路径的嫁接,修剪
MOSPF:在一个使用OSPF的AS内部运行扩展了OSPF,在链路状态广告中加入了多播组信息所有路由器不仅了解网络拓扑,而且知道网络边缘路由器上多播组
CBT:在一个核心(core)的基础上,实现双向,同组共享的路由树
PIM:独立于网络层的协议,分成两种实现模式紧密型(dense mode),泛洪修剪RPF松散型(spare mode),基于核心的模式Inter-AS 的多播路由上述的多播讨论是基于使用同样的多播协议但在不同的AS之间可能采用的多播协议不同在不同AS之间的多播协议在因特网上缺位DVMRP目前是事实上(de facto)的Inter-AS 的多播路由协议,但对因特网上松散的入组用户并不适宜这个领域的工作尚在进行.本讲小结网络层的服务路由选择原理分层的路由选择IP协议因特网的路由选择协议域内路由选择域间路由选择路由器组成原理组播的路由选择
因特网的网络层现状:无带宽承诺无实时性保障无QoS有待于逐步改进

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