【计算机网络】网络层—湖南科技大学《计算机网络微课堂》笔记4.2
路由协议
文章目录
一、 路由选择协议概述
路由器结构分为：路由选择部分、分组转发部分、输入与输出端口三部分。
路由表一般仅包含从目的网络到下一跳的映射，需要对网络拓扑变化的计算最优化。
转发表是从路由表得出的，转发表的结构应当使查找过程最优化。
输入缓冲区（暂存新进入路由器但还来不及处理的分组）、输出缓冲区（暂存处理完毕但还来不及转发的分组）。
二、路由信息协议RIP的基本工作原理
2.1 RIP的基本原理
2.2、RIP的基本工作过程
2.3、RIP的路由表条目的更新规则
1、到达目的网络，相同下一跳，最新消息，更新；
2、发现了新的网络，添加；
3、到达目的网络，不同下一跳，新路由优势，更新；
4、到达目的网络，不同下一跳，等价负载均衡；
5、到达目的网络，不同下一跳，新路由劣势，不更新。
2.4❌ RIP存在「坏消息传播得慢」的问题
“坏消息传播得慢”又称为路由环路或距离无穷计数问题，这是距离向量算法的一个固有问题。可以采取多种措施减少出现该问题的概率或减小该问题带来的危害。
1 限制最大路径距离为15（16表示不可达）
2 当路由表发生变化时就立即发送更新报文（即 触发更新〞），而不仅是周期性发送
三、开放最短路径优先OSPF的基本工作原理
⭕️ 使用OSPF的各路由器基于LSDB进行最短路径优先SPF计算，构建出各自到达其他各路由器的最短路径，即构建各自的路由表。
OSPF有以下五种分组类型
为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF把一个自治系统再划分为若干个更小的范围
四、边界网关协议BGP的基本工作原理
解析：R1和R2分别位于两个不同的自治系统AS1和AS2中；自治系统之间需要使用外部网关协议EGP这一类协议，具体为边界网关协议BGP，目前使用最多的版本是BGP-4；BGP-4报文被封装在TCP报文段中进行传输。
五、IPv4数据报的首部格式
1 版本
占4比特，表示IP协议的版本
通信双方使用的IP协议的版本必须一致。 目前广泛使用的IP协议版本号为4（即IPv4）
2 首部长度
占4比特，表示IP数据报首部的长度。该字段取值以4字节为单位
最小十进制取值为5，表示IP数据报首部只有20字节固定部分
最大十进制取值为15，表示IP数据报首部包含20字节固定部分和最大40字节可变部分
3 可选字段
长度从1个字节到40个字节不等。用来支持排错，测量及安全等措施。可选字段增加了IP数据报的功能，但这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理IP数据报的开销，实际上可选字段很少被使用。
4 填充字段
确保首部长度为4字节的整数倍。使用全0进行填充。
5 区分服务
占8比特，用来获得更好的服务。
利用该字段的不同数值可提供不同等级的服务质量。只有在使用区分服务时，该字段才起作用。一般情况下都不使用该字段。
6 总长度
占16比特，表示IP数据报的总长度（首部+数据载荷），最大取值为十进制65535，以字节为单位。
7 标识，标志，片偏移
这三个字段共同用于IP数据报分片。当IPv4数据报长度超过MTU时，无法封装📦 ，需要进行分片
标识：占16比特，属于同一个数据报的各分片数据报应该具有相同的标识。IP软件维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器值加1，并将此值赋给标识字段。
标志：占3比特，各比特含义如下
DF位：1表示不允许分片； 0表示允许分片
MF位：
1表示“后面还有分片”； 0表示“这是最后一个分片”
保留位：必须为0
片偏移：占13比特，指出分片数据报的数据载荷部分偏移其在原数据报的位置有多少个单位。片偏移以8个字节为单位。
8 首部检验和
占16比特，用来检测首部在传输过程中是否出现差错。 比CRC检验码简单，称为因特网检验和。
IP数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算首部检验和，因为某些字段（生存时间、标志、片偏移等）的取值可能发生变化。
由于1P层本身并不提供可靠传输的服务，并且计算首部校验和是一项耗时的操作，因此在IPv6中，路由器不再计算首部校验和，从而更快转发IP数据报。
9 生存时间TTL
若以“跳数”为单位，路由器转发IP数据报时，将IP数据报首部中的该字段的值减1，若不为0就转发，否则就丢弃。
六、网际控制报文协议ICMP
为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP。主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文。ICMP报文被封装在IP数据报中发送。
6.1 ICMP 差错报告报文分类
终点不可达
终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时，就向源点发送终点不可达报文。 具体可再根据ICMP的代码字段细分为目的网络不可达、目的主机不可达、目的协议不可达、目的端口不可达、目的网络未知、目的主机未知等13种错误。
源点抑制
时间超过
参数问题
当路由器或目的主机收到IP数据报后，根据其首部中的检验和字段发现首部在传输过程中出现了误码，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。
改变路由（重定向）
路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由）。
6.2 常用的ICMP询问报文
七、虚拟专用网VPN和网络地址转NAT
7.1 虚拟专用网VPN
我们可以在因特网数字分配机构IANA的官方网站查看IPv4地址空间中特殊地址的分配方案，*（10.0.0.0/8，172.16.0.0/12，192.168.0.0/16这三个地址块是无需申请的，是可分配的专用地址，或称私有地址）
R1和R2 之间是叫IP隧道技术
需要注意：私有地址只能用于一个机构的内部通信，不能用于因特网上的主机通信，即私有地址只能用作本地地址不能用作全球地址，在因特网中的所有路由器，对目的地址是私有地址的IP数据报一律不进行转发 。
R1收到部门A内部主机的某数据报，发现需要经过因特网，则对数据报进行加密，重新添加数据报的首部，封装成为在因特网上的外部数据包，其首部的源地址为R1的全球地址，目的地址为R2的全球地址，R2收到后，去掉首部，进行解密，恢复出原来的内部IP数据报。
7.2 网络地址转NAT
使用私有地址的主机如何才能与因特网上的主机进行通信呢？
这需要在专用网络连接到因特网的路由器上安装NAT软件，装有NAT软件的路由器叫NAT路由器，他至少有一个有效的全球PI地址，这样，所有使用私有地址的主机在和外界通信时，都要在路由器上将其私有地址转换成全球IP地址。
但是，该转换方法存在一个问题：如果NAT路由器具有N个全球IP地址，那么至多只能有N个内网主机能够同时和因特网上的主机通信。
外网主机不能首先发起通信， 因此，专用内网不能直接充当服务器。对于一些P2P网络应用，需要外网主机主动与内网主机进行通信，在通过NAT时会遇到问题，需要网络应用自已使用一些特殊的NAT穿越技术来解决问题。另外，由于NAT对外网屏蔽了内网主机的网络地址，能为内网的主机提供一定的安全保护。
浙公网安备 33010602011771号