《计算机组网及Wireshark实验教程》课件2-网络的互联.ppt
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1、第第1 1部分部分 局域网的构建局域网的构建 o 1.11.1基础知识基础知识n1.1.11.1.1局域网局域网n1.1.21.1.2以太网技术以太网技术n1.1.31.1.3链路层编址链路层编址n1.1.41.1.4以太网交换机以太网交换机n1.1.51.1.5虚拟局域网虚拟局域网o 1.21.2能力培养目标能力培养目标o 1.31.3实验内容实验内容第第2 2部分部分 网络的互联网络的互联o 2.12.1基础知识基础知识n2.1.12.1.1路由器基本结构路由器基本结构n2.1.22.1.2网络延迟的形成网络延迟的形成n2.1.3IP2.1.3IP数据报数据报n2.1.42.1.4子网和子
2、网和IPIP地址地址n2.1.5Internet2.1.5Internet的层次路由的层次路由n2.1.62.1.6内网和内网和NATNATo 2.22.2能力培养目标能力培养目标o 2.32.3实验内容实验内容l 路由器是一种数据转发设备。它在TCP/IP网络中位于网络层,直接处理IP数据报。l 在数据从源主机向目的主机流动的过程中,路由器负责选路和转发。基础基础知识知识应用程序操作系统网卡通信链路应用层传输层网络层链路层物理层应用层传输层网络层链路层物理层网络层链路层物理层链路层物理层交换机转发帧路由器转发数据报l 路由器执行三个主要的功能:控制功能,选路或者路由功能,以及转发功能。2.1
3、.12.1.1路由器基本结构路由器基本结构l 输入端口:输入端口与一条输入的物理链路直接相连。l 物理层的信号转换功能l 链路层的转换功能l 完成路由查找,最重要的路由功能其实是在输入端口完成的2.1.12.1.1路由器基本结构路由器基本结构l 交换结构:交换结构将路由器的输入端口连接到它的输出端口。交换结构存在于路由器内部,即它是一个路由器内部的网络。l 交换可以通过许多方式完成,主要有以下三种:经内存交换 经总线交换经Crossbar交换l 输出端口:输出端口存储经过交换结构转发给它的IP数据报,并将这些数据报发送到输出链路。!如果IP数据报到达输出端口的速率超过相连接的链路传输速率,则需
4、要将数据报放入缓存、进行排队管理。2.1.12.1.1路由器基本结构路由器基本结构l 选路处理器。路由器通常有自己的操作系统,它运行路由器控制软件,实现一些操作包括:与相邻路由器交换选路信息,执行选路协议,维护选路信息与转发表,路由器相关的网络管理功能的执行等。!在SDN(软件定义网络)网络中,选路功能通常通过SDN控制中心完成选路功能,然后更新到各个路由器。l 路由和转发l 路由器中的处理器执行路由协议。这些路由协议包含的选路算法最终决定该路由器的转发表。选路算法可能是集中式的,也可能是分布式的。l 路由器的输入端口维护有一个将目的IP地址映射到输出端口的转发表,当IP数据报到达路由器时,该
5、路由器使用这个IP数据报的目的地址在转发表中查找适当的输出端口。然后,路由器将这个IP数据报向查表所得的输出端口转发。2.1.12.1.1路由器基本结构路由器基本结构l 交换机和路由器的比较l 路由器使用IP地址转发的设备,它转发的是IP数据报。l 交换机也是一个用MAC地址的设备,它转发的分组称为链路层帧。l 以太网交换机是链路层帧交换机,而路由器是网络层的数据报交换设备。l 交换机是即插即用的,它处理链路层帧,具有相对较高的分组过滤和转发速率。在构建局域网的时候交换机是最好的选择。l 路由器是处理网络层数据报的设备。在构建一个大型网络、需要对网络进行分层寻址的时候应该优先考虑选择路由器。2
6、.1.12.1.1路由器基本结构路由器基本结构 当IP数据报从一个上游节点(主机或路由器)沿着这条路径到某个下游节点时,它在沿途的每个路由器上都会经历时延。这些时延中最主要的是节点处理时延、排队时延、传输时延和传播时延。2.1.2 2.1.2 网络延迟的形成网络延迟的形成处理时延 路由器接收IP数据报、检查数据报首部和进行数据报的转发表查找所需要的时间是处理时延。排队时延 当网络拥塞时,路由器无法及时转发的数据报将在缓冲区排队等待发送。数据报在队列中等待传输时会经历排队时延。一个数据报的排队时延取决于队列的长度。实际的排队时延通常在毫秒到微秒级。排队时延在不同时间是动态变化的。传输时延 假定数
7、据报以先进先出的服务方式传输,将数据报传送到与输出端口相连的链路上所需要的时间就是传输时延。由网卡的传输速率和数据报的长度共同决定2.1.2 2.1.2 网络延迟的形成网络延迟的形成 传播时延 传播时延指光、电信号在物理介质上的延迟,或无线电信号在空气介质中的延迟。这种传输时延只和光或电信号的传输速度有关,用户只能通过缩短发送源和目的地之间的距离来缩短这个延迟。对于一条选定的端对端路径,传播时延等于两台路由器之间的物理距离除以传播速率。路由器节点的总时延由下式给定:总时延=处理时延+排队时延+传输时延+传播时延2.1.2 2.1.2 网络延迟的形成网络延迟的形成 WINDOWS系统提供了一个实
8、用的命令行程序:TRACERT,帮用户确定两台计算机之间当前数据报流动经历的时延。2.1.3 IP2.1.3 IP数据报数据报-版本号(Version)大部分数据报的IP协议版本是IPv4。2.1.3 IP2.1.3 IP数据报数据报-首部长度(Internet Header Length,IHL)但大多数IP数据报不包含可选项,所以一般的IP数据报首部长度都是20字节。-服务类型(Type of Service)服务类型用来区别不同类型的数据报。-数据报长度(Total Length)数据报长度指的是IP数据报的总长度(首部加上数据部分),以字节为单位。IP数据报很少有超过1500字节(为什
9、么?)2.1.3 IP2.1.3 IP数据报数据报-标识、标志、片偏移(Identification、Flags、Fragment Offset)这三个字段与IP分片有关。-寿命(Time-To-Live,TTL)IP协议用TTL来限制数据报在网络中经过的路由器最大数目。每当数据报经过一台路由器时,TTL字段的值减1。若TTL字段减为0这个数据报还没到达目的网络,路由器会丢弃这个数据报。-协议(Protocol)指明了数据报中承载的数据应交付给哪个传输层协议进行处理。值为6表明数据报中包含的数据部分要交给TCP值为17表明数据要交给UDP2.1.3 IP2.1.3 IP数据报数据报-首部校验和
10、(Header Checksum)路由器使用首部校验和检测接收到的IP数据报,判断其中是否存在比特错误。-源和目的IP地址(Source、Destination Address)子网(subnet)或者叫网段,可以把它理解成一组具有相同网络地址,并且物理上直接相连的计算机所组成的网络。子网里的计算机可以直接通信,也就是数据报直接交付。2.1.4 2.1.4 子网和子网和IPIP地址地址 一个IP地址事实上是与一个具体的端口相关联,而不是与拥有该端口的主机或路由器相关联。在a.b.c.d/x的IP地址表示方法中,x是子网掩码的长度。192.168.1.11/24 这个子网的网络地址是192.16
11、8.1.0,也就是说在这个IP地址中,表示子网部分的地址长度是前面的24位,或者说32比特中的最左侧24比特定义了子网网络地址。这个地址是由这个子网或者网段里面所有的主机共享的。一个IP地址其实由两部分组成,网络地址和主机地址 对于由路由器和主机组成的互连系统,可以使用一个简单的标准判定系统中的子网数目。首先一个子网内部的主机物理上必须是相连的。物理上相连可以是通过交换机相连,也可以通过点对点链路相连,例如直接的网线或者光纤连接。第二,它们共享一个网络地址。2.1.4 2.1.4 子网和子网和IPIP地址地址2.1.4 2.1.4 子网和子网和IPIP地址地址最早的时候IP地址被分为A-B-C
12、类地址 2.1.4 2.1.4 子网和子网和IPIP地址地址三种主要类型里还各保留了三个地址块作为私有地址其地址范围如下:l A类地址:10.0.0.010.255.255.255 l B类地址:172.16.0.0172.31.255.255 l C类地址:192.168.0.0192.168.255.255 现在的地址分配策略被称为无分类域间选路,简称CIDR(Classless Inter-Domain Routing)。CIDR采用830位可变长子网网络地址,而不是A-B-C类网络ID所用的固定的8、16和24位。这是一种为减缓IP地址消耗速度而提出的一种措施。2.1.4 2.1.4
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