TCP/IP协议族——IP分组的交付和转发
2017-04-02 10:22
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一 交付
网络层监视底层物理网络对分组的处理过程,把这种处理定义为分组的交付,分直接交付和间接交付。
1.1 直接交付
分组的终点是一台与交付者连接在同一个网络上的主机。直接交付发生在两种情况下:
a.分组的源点和终点都在同一个物理网络上。
b.最后一个路由器与目的主机之间进行交付。
如何判断是否为直接交付?
发送方用掩码提取终点的网络地址,然后与自己所连接的网络地址相比较,若匹配,交付就是直接的。
1.2 间接交付
目的主机与交付者不在同一网络上,则需要交接交付。
交付过程:
发送方通过分组的目的IP地址和路由表来查找该分组应当被交付的下一个路由器的IP地址,然后发送方再用ARP协议找出下一个路由器的物理地址。
1.3 总结
(1)直接交付是在终点的IP地址和终点的物理地址之间进行的地址映射,而间接交付是在下一个路由器的IP地址与下一个路由器的物理地址之间进行的地址映射。
(2)交付总是包括一个直接交付以及零个或多个间接交付。
(3)最后的交付总是直接交付。
二 转发
将分组交付给下一跳(终点或中间设备),当IP作为面向无连接的协议时,转发的基础是IP数据报的目的地址;当IP作为面向连接的协议时,转发的基础是附加在IP数据报上的标记。
2.1 基于目的地址的转发
目前的主流方式,要求主机或路由器具有一张路由表才能转发。
2.1.1 转发技术:(使路由表规模可管理,还能处理安全性等问题)
(1)下一跳方法
在路由表中只保留下一跳的地址,不保留完整路由信息,可减少路由表中的内容。
来源于《TCP/IP协议族》
(2)特定网络方法
把连接同一网络上的所有主机看成是一个表项,终点为网络地址而非主机地址。能够使路由表长度变小并简化查找过程。
来源于《TCP/IP协议族》
(3)特定主机方法
目的主机地址在路由表中给出,用牺牲效率来换取其他一些优点,主要用在像检查路由,或提供安全措施这样的特殊情况下。如下图,终点主机B。
来源于《TCP/IP协议族》
(4)默认方法
通常定义网络地址0.0.0.0为默认表项。如下图除了到达网络N2要经过路由器R1,到达其他网络都要经R2:
2.1.2 使用分类编址时的转发
分类编址中存在默认掩码,使得转发过程比较简单。
(1)无子网划分的转发
每个单播类别对应一张表(A类,B类,C类),如果路由器支持多播,还要增加一张处理D类地址的表。每张路由表至少有三列:a.目的网络地址(特点网络转发);b.下一跳地址,直接交付时该列为空;c.接口号。转发模块工作步骤:
a.提取出分组的目的地址。
b.目的地址的一个副本用来查找地址的类别(右移28位)。
c.根据上两步得出目的网络地址。
d.根据地址类别和目的网络地址一起用于查找下一跳的信息。
e.ARP模块用下一跳地址和接口号来找出下一个路由器的物理地址,然后请求数据链路层把分组交付到下一跳。
(2)有子网划分的转发
子网划分发生在组织内部,如果组织使用可变长度的子网划分,就需要多张路由表(一种掩码对应一张路由表?)否则只需要一张路由表。转发模块工作步骤:
a.模块提取分组的目的地址。
b.如果该目的地址与路由表中任一路由项相匹配,则从表中提取出下一跳地址和接口号。
c.通过使用目的地址和掩码提取子网地址。
d.使用子网地址来搜索路由表,查找下一跳地址和接口号,找不到则使用默认地址。
e.把下一跳地址和接口号传给ARP。
2.1.3 使用无分类编址时的转发
分类编址路由器可以设计为三列(不需要掩码列),但无分类编址路由器至少需要四列。因为分组的目的地址中得不到有关网络地址的线索,所以必须在路由表中包含一列地址块掩码。
2.1.4 地址聚合
使用无分类编址,路由器的表项数量很可能会增加,导致路由表规模变大,收缩困难。为了解决该问题,设计了地址聚合:
如图所示R1中的多项路由表项,在R2中被聚合为1项。
2.1.5 最长掩码匹配
路由表要按照从最长掩码到最短掩码来排序,例如,有三个掩码:/27,/26,/24,则掩码/27必须是第一个表项,而/24必须是最后一个表项。
2.1.6 多级路由选择
将等级概念应用于路由表,解决路由表过于庞大的问题。
2.2 基于标记的转发
在面向连接的IP协议中,交换机根据附加在分组上的标记来转发该分组。路由选择通常基于对路由表内容的搜索,而交换则可以用一个索引访问交换表来完成。
MPLS:在IP分组前增加一个首部(标记),让IP协议模仿面向连接的交换。
三 路由器的结构
一个路由器有四个构件:
(1)输入端口:物理层和链路层功能,比特率——>分组。
(2)输出端口:理层和链路层功能,分组——>比特流。
(3)路由选择处理器:网络层功能,完成查表,找出下一跳地址和发送端口号。
(4)交换结构:把分组从输入队列搬移到输出队列。
网络层监视底层物理网络对分组的处理过程,把这种处理定义为分组的交付,分直接交付和间接交付。
1.1 直接交付
分组的终点是一台与交付者连接在同一个网络上的主机。直接交付发生在两种情况下:
a.分组的源点和终点都在同一个物理网络上。
b.最后一个路由器与目的主机之间进行交付。
如何判断是否为直接交付?
发送方用掩码提取终点的网络地址,然后与自己所连接的网络地址相比较,若匹配,交付就是直接的。
1.2 间接交付
目的主机与交付者不在同一网络上,则需要交接交付。
交付过程:
发送方通过分组的目的IP地址和路由表来查找该分组应当被交付的下一个路由器的IP地址,然后发送方再用ARP协议找出下一个路由器的物理地址。
1.3 总结
(1)直接交付是在终点的IP地址和终点的物理地址之间进行的地址映射,而间接交付是在下一个路由器的IP地址与下一个路由器的物理地址之间进行的地址映射。
(2)交付总是包括一个直接交付以及零个或多个间接交付。
(3)最后的交付总是直接交付。
二 转发
将分组交付给下一跳(终点或中间设备),当IP作为面向无连接的协议时,转发的基础是IP数据报的目的地址;当IP作为面向连接的协议时,转发的基础是附加在IP数据报上的标记。
2.1 基于目的地址的转发
目前的主流方式,要求主机或路由器具有一张路由表才能转发。
2.1.1 转发技术:(使路由表规模可管理,还能处理安全性等问题)
(1)下一跳方法
在路由表中只保留下一跳的地址,不保留完整路由信息,可减少路由表中的内容。
来源于《TCP/IP协议族》
(2)特定网络方法
把连接同一网络上的所有主机看成是一个表项,终点为网络地址而非主机地址。能够使路由表长度变小并简化查找过程。
来源于《TCP/IP协议族》
(3)特定主机方法
目的主机地址在路由表中给出,用牺牲效率来换取其他一些优点,主要用在像检查路由,或提供安全措施这样的特殊情况下。如下图,终点主机B。
来源于《TCP/IP协议族》
(4)默认方法
通常定义网络地址0.0.0.0为默认表项。如下图除了到达网络N2要经过路由器R1,到达其他网络都要经R2:
2.1.2 使用分类编址时的转发
分类编址中存在默认掩码,使得转发过程比较简单。
(1)无子网划分的转发
每个单播类别对应一张表(A类,B类,C类),如果路由器支持多播,还要增加一张处理D类地址的表。每张路由表至少有三列:a.目的网络地址(特点网络转发);b.下一跳地址,直接交付时该列为空;c.接口号。转发模块工作步骤:
a.提取出分组的目的地址。
b.目的地址的一个副本用来查找地址的类别(右移28位)。
c.根据上两步得出目的网络地址。
d.根据地址类别和目的网络地址一起用于查找下一跳的信息。
e.ARP模块用下一跳地址和接口号来找出下一个路由器的物理地址,然后请求数据链路层把分组交付到下一跳。
(2)有子网划分的转发
子网划分发生在组织内部,如果组织使用可变长度的子网划分,就需要多张路由表(一种掩码对应一张路由表?)否则只需要一张路由表。转发模块工作步骤:
a.模块提取分组的目的地址。
b.如果该目的地址与路由表中任一路由项相匹配,则从表中提取出下一跳地址和接口号。
c.通过使用目的地址和掩码提取子网地址。
d.使用子网地址来搜索路由表,查找下一跳地址和接口号,找不到则使用默认地址。
e.把下一跳地址和接口号传给ARP。
2.1.3 使用无分类编址时的转发
分类编址路由器可以设计为三列(不需要掩码列),但无分类编址路由器至少需要四列。因为分组的目的地址中得不到有关网络地址的线索,所以必须在路由表中包含一列地址块掩码。
2.1.4 地址聚合
使用无分类编址,路由器的表项数量很可能会增加,导致路由表规模变大,收缩困难。为了解决该问题,设计了地址聚合:
如图所示R1中的多项路由表项,在R2中被聚合为1项。
2.1.5 最长掩码匹配
路由表要按照从最长掩码到最短掩码来排序,例如,有三个掩码:/27,/26,/24,则掩码/27必须是第一个表项,而/24必须是最后一个表项。
2.1.6 多级路由选择
将等级概念应用于路由表,解决路由表过于庞大的问题。
2.2 基于标记的转发
在面向连接的IP协议中,交换机根据附加在分组上的标记来转发该分组。路由选择通常基于对路由表内容的搜索,而交换则可以用一个索引访问交换表来完成。
MPLS:在IP分组前增加一个首部(标记),让IP协议模仿面向连接的交换。
三 路由器的结构
一个路由器有四个构件:
(1)输入端口:物理层和链路层功能,比特率——>分组。
(2)输出端口:理层和链路层功能,分组——>比特流。
(3)路由选择处理器:网络层功能,完成查表,找出下一跳地址和发送端口号。
(4)交换结构:把分组从输入队列搬移到输出队列。
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