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虾世桂
5 years ago
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1 第六章网络层大连理工大学电信学部信息与通信工程学院王波 1

2 6.4 网际控制报文协议 ICMP 为了提高 IP 数据报交付成功的机会, 在网际层使用了网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol) 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 ICMP 不是高层协议, 而是 IP 层的协议 ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据, 加上数据报的首部, 组成 IP 数据报发送出去 2

3 ICMP 报文的格式前 4 个字节都是一样的类型代码检验和 ( 这 4 个字节取决于 ICMP 报文的类型 ) ICMP 的数据部分 ( 长度取决于类型 ) ICMP 报文首部数据部分 IP 数据报 3

4 6.4.1 ICMP 报文的种类 ICMP 报文的种类有两种, 即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文 ICMP 报文的前 4 个字节是统一的格式, 共有三个字段 : 即类型代码和检验和接着的 4 个字节的内容与 ICMP 的类型有关 4

5 ICMP 差错报告报文共有 5 种终点不可达 (3) 路由器或主机不能交付时, 向源点发送源点抑制 (Source quench) (4) 路由器或主机拥塞导致丢弃数据时, 向源点发送时间超过 (11) 生存时间为 0 的数据报时 ; 规定的时间内终点不能收到全部数据报片时, 向源点发送参数问题 (12) 路由器或主机收到的首部有字段不正确时, 向源点发送改变路由 ( 重定向 )(Redirect) (5) 需要改变路由策略 ( 有更好的路由时 ), 向源点发送 5

6 ICMP 差错报告报文的数据字段的内容 IP 数据报的数据字段收到的 IP 数据报 IP 数据报首部 8 字节 ICMP 的前 8 字节 IP 数据报首部 8 字节 ICMP 差错报告报文首部 ICMP 差错报告报文 IP 数据报装入 ICMP 报文的 IP 数据报为何要提取数据字段的前 8 个字节? 获取传输层的端口号 (TCP/UDP) 获取传输层的发送序号 (TCP) 6

7 不应发送 ICMP 差错报告报文的几种情况对 ICMP 差错报告报文不再发送 ICMP 差错报告报文对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送 ICMP 差错报告报文对具有多播地址的数据报都不发送 ICMP 差错报告报文对具有特殊地址 ( 如或 ) 的数据报不发送 ICMP 差错报告报文 7

8 ICMP 询问报文有两种回送请求和回答报文 (8 和 0) 主机或路由器向特定目的主机发出的询问目的是用来测试目的站点是否可达以及其状态时间戳请求和回答报文 (13 和 14) 请某主机或路由器回答当前日期和时间从 1990 年 1 月 1 日起至今的秒数 ( 用于时钟同步 ) 下面的几种 ICMP 报文不再使用信息请求与回答报文掩码地址请求和回答报文路由器询问和通告报文 8

9 6.4.2 ICMP 的应用举例 PING (Packet InterNet Grope) PING 用来测试两个主机之间的连通性 PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文 PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子, 它没有通过运输层的 TCP 或 UDP 9

10 PING 的应用举例 10

11 Traceroute 的应用举例 11

12 6.5 因特网的路由选择协议有关路由选择协议的几个基本概念 1. 理想的路由算法算法必须是正确的和完整的算法在计算上应简单算法应能适应通信量和网络拓扑的变化, 这就是说, 要有自适应性算法应具有稳定性算法应是公平的算法应是最佳的 12

13 关于最佳路由不存在一种绝对的最佳路由算法所谓最佳只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已实际的路由选择算法, 应尽可能接近于理想的算法路由选择是个非常复杂的问题它是网络中的所有结点共同协调工作的结果路由选择的环境往往是不断变化的, 而这种变化有时无法事先知道 13

14 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 14

15 2. 分层次的路由选择协议因特网采用分层次的路由选择协议因特网的规模非常大如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达, 则这种路由表将非常大, 处理起来也太花时间而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议 ( 这属于本部门内部的事情 ), 但同时还希望连接到因特网上 15

16 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 16

17 因特网有两大类路由选择协议内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol, IRP) 即在一个自治系统内部使用的路由选择协议目前这类路由选择协议使用得最多, 如 RIP ( Routing Information Protocol ) 和 OSPF (Open Shortest Path First) 协议外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol,IRP) 若源站和目的站处在不同的自治系统中, 当数据报传到一个自治系统的边界时, 就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中这样的协议就是外部网关协议 EGP 在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4 17

18 自治系统和内部网关协议外部网关协议自治系统 A 用内部网关协议 ( 例如,RIP) R 用外部网关协议 1 R 2 ( 例如,BGP-4) 自治系统 B 用内部网关协议 ( 例如,OSPF) 自治系统之间的路由选择也叫做域间路由选择 (interdomain routing), 在自治系统内部的路由选择叫做域内路由选择 (intradomain routing) 18

19 这里要指出两点因特网的早期 RFC 文档中未使用路由器而是使用网关这一名词但是在新的 RFC 文档中又使用了路由器这一名词应当把这两个属于当作同义词 IGP 和 EGP 是协议类别的名称但 RFC 在使用 EGP 这个名词时出现了一点混乱, 因为最早的一个外部网关协议的协议名字正好也是 EGP 因此在遇到名词 EGP 时, 应弄清它是指旧的协议 EGP 还是指外部网关协议 EGP 这个类别 19

20 因特网的路由选择协议内部网关协议 IGP: 具体的协议有多种, 如 RIP 和 OSPF 等外部网关协议 EGP: 目前使用的协议就是 BGP 20

21 6.5.2 内部网关协议之 RIP (Routing Information Protocol, 路由信息协议 ) 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 21

22 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, 22

23 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 23

24 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 24

25 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 25

26 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, 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 26

27 距离向量算法 (Net2,3,Y) (Net2,4,X) 无 Net2 Add (Net2,4,X) ( Net2,3,X ) or ( Net2,5,X ) (Net2,4,X) (Net2,5,P) (Net2,4,X) (Net2,3,P) (Net2,3,P) 27

28 示例路由器 R6 的路由表如下, 收到路由器 R4 发来的路由信息, 试更新 R6 的路由表 R6 的路由表目的网络距离下一跳路由器 Net2 3 R4 Net3 4 R5 Net5 2 R5 收到 R4 发来的路由表目的网络距离下一跳路由器 Net1 3 R1 Net2 4 R2 Net3 1 直接交付 Net5 3 R2 28

29 示例修改 R4 发来的路由表目的网络距离下一跳路由器 Net1 4 R4 Net2 5 R4 Net3 2 R4 Net5 4 R4 目的网络距离下一跳路由器 Net2 3 R4 Net3 4 R5 Net5 2 R5 目的网络距离下一跳路由器 Net1 4 R4 Net2 5 R4 Net3 2 R4 Net5 2 R5 29

30 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 30

31 3. RIP2 协议的报文格式地址族标识符 4 字节路由标记命令版本 4 字节必为 0 1: 请求路由信息 2: 响应请求路由或更新网络地址子网掩码下一跳路由器地址距离 (1-16) IP 首部 UDP 首部首部路由部分 RIP 报文路由信息 (20 字节 / 路由 ) 可重复出现最多 25 个 UDP 用户数据报 IP 数据报

32 RIP2 的报文由首部和路由部分组成 RIP2 报文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 ( 16bits, Max:65535), 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 32

33 RIP 协议的优缺点 RIP 存在的一个问题是当网络出现故障时, 要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器 RIP 协议最大的优点就是实现简单, 开销较小 RIP 限制了网络的规模, 它能使用的最大距离为 15(16 表示不可达 ) 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表, 因而随着网络规模的扩大, 开销也就增加 33

34 正常情况 R 1 网 1 网 2 网 3 R 1 1 表示从本路由器表示直接交付到网 1 1 表示距离是 1 R 2 R 1 说 : 我到网 1 的距离是 1, 是直接交付

35 正常情况 R 1 网 1 网 2 网 3 R 1 1 表示从本路由器到网 1 R 2 R 1 表示经过 R 1 2 表示距离是 2 R 2 说 : 我到网 1 的距离是 2, 是经过 R 1

36 正常情况 R 1 网 1 网 2 网 3 R 1 R 2 网 1 网 2 网 3 网 1 出了故障 R R R 1 R 1 说 : 我到网 1 的距离是 16 ( 表示无法到达 ), 是直接交付但 R 2 在收到 R 1 的更新报文之前, 还发送原来的报文, 因为这时 R 2 并不知道 R 1 出了故障

37 正常情况 R 1 网 1 网 2 网 3 R 1 R 2 网 1 网 2 网 3 网 1 出了故障 R R R R 2 R 1 收到 R 2 的更新报文后, 误认为可经过 R 2 到达网 1, 于是更新自己的路由表, 说 : 我到网 1 的距离是 3, 下一跳经过 R 2 然后将此更新信息发送给 R 2

38 正常情况 R 1 网 1 网 2 网 3 R 1 R 2 网 1 网 2 网 3 网 1 出了故障 R R R R R 1 R 2 以后又更新自己的路由表为 1, 4, R 1, 表明我到网 1 距离是 4, 下一跳经过 R 1

39 正常情况这就是好消息传播得快 1 1, 而坏消息传播得慢网络出 1 2 R 1 故障的传播时间往往需要较长的时间网 1 网 2 ( 例如数分钟 ) 网这 3 R 1 R 是 RIP 的一个主要缺点 2 网 1 网 2 网 3 网 1 出了故障 R R R R R R R R 1 这样不断更新下去, 直到 R 1 和 R 2 到网 1 的距离都增大到 16 时,R 1 和 R 2 才知道网 1 是不可达的

Chapter 4- 网络层 (4)-2017

Chapter 4- 网络层 (4)-2017 计算机网络第四章网络层 (4) 陈旺虎 chenwh@nwnu.edu.cn Review 路由器转发分组的流程划分 4.3.3 分类编址 CIDR 划分带来的好处在一定程度上解决了问题但是 1992 年,B 类地址已分配了近一半, 预计 1994 年 3 月将全部分配完毕! 因特网主干网上的路由表中的项目数急剧增长 ( 从几千个增长到几万个 ) 整个 IPv4 的地址空间最终将全部耗尽