第六章 网络互连 (1)
6.1 网络互连基本概念
6.2 网络互连协议
6.3 网桥技术网络互连基本概念
网络互连（ internetworking）是指采用各种网络互连设备将同一类型的网络或不同类型网络及其产品相互连接起来组成地理覆盖范围更大、功能更强的网络。
网络互连也可以理解为将一个网络分解为若干个子网，它是计算机网络发展到一定阶段的必然产物。
网络互连基本原理（ 1）
网络互连的目的是使得一个网络上的某一台主机能够与另一个网络上的主机进行通信。为了完成这个目标，提出了许多方法来提供网络互连服务，
但是这些服务要满足以下几条要求：
提供网络间的链路。至少必须提供物理和链路层的连接。
提供不同网络中的进程间的数据的路由选择和传递。
提供记帐服务，跟踪各个网络和路由器的使用情况，并记录这些状态信息。
必须能够适应网络间的许多差异，而不需要变更所连接网络的体系结构。
网络互连基本原理（ 2）
网络的不同性不同的方面 可能的取值提供的服务 面向连接、无连接网络层协议 IP,IPX,CLNP,AppleTalk,DECnet等寻址方式 平面结构（如 IEEE 802）、分层结构（如 IP）
多点广播 支持多点广播、不支持分组大小 每个网络最大分组长度不一致服务质量 支持服务质量或不支持，服务质量定义不一致网络互连基本原理（ 3）
（接上表）
不同的方面 可能的取值差错控制 可靠的、有序的和无序的递交流量控制 滑动窗口、速率控制、其他办法、不支持流量控制拥塞控制 漏桶、抑制分组等参数 不同的超时值、流说明等安全性 访问规则、加密等计费方式 按连接时间、分组数、字节数计费或者不计费网络互连基本原理（ 4）
用于网络之间的互连的中继设备称为网络互连设备,
按照网络互连设备是对哪一层（可能包括下层）进行协议和功能的转换，可以把它们分成以下四类,
转发器（ repeater）实现网络物理层的连接 。
网桥（ bridge）提供链路层上的协议转换。
路由器（ router）和网桥类似，只是它作用于网络层 。
网关（ gateway）指对高层协议（包括运输层）进行协议转换的网间连接器，又被称为协议转换器。
网络互连基本原理（ 5）
如果一个网关处于由不同的机构、甚至不同的国家来维护的 WAN
之间时，这可能带来非技术性的因素，为了解决这个问题，可以采用半网关。
网络 1
网络 2网络 1
网络 2
半网关半网关之间连接使用的分组全网关网络 1 的分组 网络 2 的分组
（ a ）
（ b ）
（ a ）全网关 （ b ）半网关网络网络网络网络半网关半网关之间连接使用的分组全网关网络 的分组 网络 的分组
（ ）
（ ）
（ ）全网关 （ ）半网关面向连接的虚电路方式
在整个互连网中的任意两台主机之间建立一条逻辑的网络连接每个路由器把虚电路串连起来路由器路由器主机 B
路由器路由器路由器主机 A
建立一条穿过多个子网的端到端虚电路 每个路由器把虚电路串连起来路由器路由器主机路由器路由器路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路路由器路由器主机路由器路由器路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路路由器路由器路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路路由器主机路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路无连接的数据报方式（ 1）
每个网络层分组被分别进行处理，经过多个路由器和子网后到达目的端 路由器路由器路由器主机 B
分组分开发送且可选择不同的路由路由器路由器主机 A
路由器路由器路由器主机分组分开发送且可选择不同的路由路由器路由器主机分组分开发送且可选择不同的路由路由器路由器主机主机无连接的数据报方式（ 2）
在无连接的数据报方式的设计中，下面几个部分是非常关键的：
寻址
路由
分组生命期
差错控制和流量控制
分段和重组
透明分段法
不透明分段法
OSI和网络互连（ 1）
网络层的内部结构 IONL（ Internal
Organization of the Network Layer）
路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层
OSI和网络互连（ 2）
子网访问子层的目标是处理使用特定子网的网络层协议
子网相关子层用以协调提供不同服务的子网，把所有子网提供的服务调整到接近 OSI网络服务的水准
子网独立子层为上层提供相应的网络服务，最主要的功能是进行路由选择
IP提供的服务
IP提供一种无连接的、不可靠的网络服务。 IP数据报是互不相关的。若要把它们联系起来，只能通过上面几层。
在 Internet中由 IP层负责处理路由选择和分组分段的问题。
IP层还提供初步的流量控制。
IP地址（ 1）
IP地址是 32位的，在 Internet中是唯一的。 IP地址由 SRI的网络信息中心 NIC分配。
主机地址范围
1,0,0,0 ～
1 2 7,2 5 5,2 5 5,2 5 5
A 类
0 1 2 3 4 8 24 3116
1 2 8,0,0,0 ～
1 9 1,2 5 5,2 5 5,2 5 5
B 类
1 9 2,0,0,0 ～
2 2 3,2 5 5,2 5 5,2 5 5
C 类
2 2 4,0,0,0 ～
2 3 9,2 5 5,2 5 5,2 5 5
D 类
2 4 0,0,0,0 ～
2 4 7,2 5 5,2 5 5,2 5 5
E 类
0
1 0
1 1 0
1 1 1 1 0
1 1 1 0
网络号 主机号网络号主机号网络号主机号多点广播地址保留供将来使用
IP 地址格式主机地址范围
,～
,5 5,2 5 5
类
～
类
～
类
～
类
～
类网络号 主机号网络号主机号网络号主机号多点广播地址保留供将来使用地址格式
IP地址（ 2）
IP地址通常用带点十进制标记法（ dotted decimal notation）来书写，这时 IP地址写成 4个十进制数，相互之间用小数点隔开，每个十进制数（从 0到 255）表示 IP地址的一个字节。
0和 1有特殊的意义 。
本机本网中的所有主机直接广播（某个网络）
回路具有特殊意义的 IP 地址全 0
全 0 主机全 1
网络 全 1
1 2 7 任意值（常为 1 ）
本机本网中的所有主机直接广播（某个网络）
回路具有特殊意义的全全 主机全网络 全任意值（常为 ）
子网（ subnetting）
使用子网技术，原先的 IP地址中被分成两个部分：网络部分和本地部分。
网络部分用来标识该网络，并进行互连网范围内的路由选择，本地部分标识属于本地的哪个物理网络以及主机地址 。
H
1 2 8,1 0,2,1
H
1 2 8,1 0,2,2
I N T ER N E
T
R
H
1 2 8,1 0,1,1
H
1 2 8,1 0,1,2
网络 1 2 8,1 0,1,0
到 1 2 8,1 0,0,0 的分组
IP 子网技术。一个 B 类地址网络被分为两个子网。
网络到 的分组网络到 的分组子网技术。一个 类地址网络被分为两个子网。
IP头部格式
和一般的分组格式类似,IP数据报由 IP头部和正文部分组成，头部包括一个 20字节的固定部分和一个可选的头部版本分段偏移
0 4 8
16 19 24 31
D
F
I H L 服务类型 总长度
M
F
标识生命期 协议 头部检验和源 IP 地址目的 IP 地址
IP 选项（如果有） 填充用户数据
…
IP 分组格式版本分段偏移服务类型 总长度标识生命期 协议 头部检验和源目的 地址选项（如果有） 填充用户数据
…
分组格式
ICMP协议
数据报在传递过程中要经过多个路由器，如果路由器不能进行转发或者检测到不正常状态，路由器就要向源端报告。
ICMP协议就是这种机制，它主要包括下列几种类型的消息：
目的不可达消息用来报告子网或路由器没法找到目的地，或者设置了 DF标志的数据报不能通过 MTU小的网络。
超时消息用来报告分组由于 TTL为 0而丢弃。
参数问题消息表明头部字段不正确。
源抑制消息希望主机能够降低发送的速度。
重定向消息在路由器发现可能出现路由错误时发送。
回声请求和应答消息用来测试目的地是否可达且正常运作。
时间戳请求和应答用于测试网络性能。
公用数据网互连协议 X.75（ 1）
公用数据网互连协议 X.75是 CCITT研制的用作 X.25网络的网络互连标准，它和 IP
协议不同，是一种面向连接的虚电路互连方式，两个 DTE之间的虚电路是由若干个网内虚电路和网间按 X.75操作的半网关（路由器）至半网关之间的虚电路串连而成。 X.75主要用于网间半网关与半网关之间的连接。
公用数据网互连协议 X.75（ 2）
A B
G1 G2 G3 G4V C 1
V C 2
V C 3
V C 4
V C 5
网络 1 网络 2 网络 3
X,2 5 网内协议 X,7 5 X,2 5网内协议 X,7 5 网内协议用 X,7 5 级连虚电路网络 网络 网络网内协议 网内协议 网内协议用 级连虚电路
VC2,VC4为网间虚电路,VC1,VC3,VC5为网内虚电路。网间连接即网间虚电路采用 X.75协议，而对于网内协议可以采用自己的协议（如 X.25,CCITT对此并未作出指定）。
公用数据网互连协议 X.75（ 3）
X.75是 X.25的扩充，它指定了网间互连的低三层的功能，
说明了分组类型和分组的格式。两者之间的一个最重要的差别是 X.75在呼叫建立期间使用的分组中增加了,网络使用,字段。
X.75是网间互连协议，为了建立网间虚电路，当呼叫请求分组跨过不同的网络时，应该记录好相应的网络号，
,网络使用,字段就是为此设立的。
被呼半网关用呼叫接通分组响应来建立虚电路。分组中的业务信息是 DTE之间使用的，与半网关之间使用的
,网络使用,字段区分开来。当然网络使用字段的构成是与业务信息有关系的。
其余的数据传送、复位、重启动等规程与 X.25相同，虽然这些是半网关之间的动作，但却和全局的虚电路动作对应。
公用数据网互连协议 X.75（ 4）
组号0 0 0 1
信道号类型（ 0 0 0 0 1 0 1 1 ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址业务字段长度00
业务用户数据组号0 0 0 1
信道号类型（ 0 0 0 0 1 0 1 1 ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址网络使用字段长度00
网络使用用户数据业务字段长度00
业务
X,7 5 分组格式是 X,2 5 分组格式的扩充
X,2 5 呼叫请求分组格式 X,7 5 呼叫请求分组格式组号信道号类型（ ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址业务字段长度业务用户数据组号信道号类型（ ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址网络使用字段长度网络使用用户数据业务字段长度业务分组格式是 分组格式的扩充呼叫请求分组格式 呼叫请求分组格式网桥技术（ 1）
网桥（ bridge）最早是设计为把那些具有相同的物理层和媒体访问子层的局域网互连起来而设计的，后来也用于具有不同 MAC协议的局域网的互连。桥工作在 OSI模型中的第二层，进行相似网络间的帧的转发。而路由器工作在
OSI模型中的第三层，在可能不相似的网络间进行路由转发。
桥提供了一种对 LAN的扩展。由于网桥实现
MAC子层的连接，对于遵循 IEEE 802标准的局域网是完全透明的。
网桥技术（ 2）
一个组织有多个局域网可能有以下几种原因：
无序性。
可靠性。
性能。
地理考虑。
安全。
网桥技术（ 3）
两个局域网通过一个网桥连接
8 0 2,X
分组
8 0 2,X
分组分组分组网络
8 0 2,X
分组
8 0 2,Y
分组分组分组
8 0 2,Y
分组
M A C
8 0 2,X
分组
8 0 2,Y
分组
8 0 2,X
分组
8 0 2,Y
分组分组
8 0 2,Y
分组
LLC
物理网桥主机 A 主机 B
8 0 2,X 局域网 8 0 2,Y 局域网从 I E E E 8 0 2,X 到 I E E E 8 0 2,Y 的网桥分组分组分组分组分组分组分组分组网络分组分组分组分组分组分组分组分组分组分组分组分组 分组分组分组分组 分组分组分组分组分组分组物理网桥主机 主机局域网 局域网从 到 的网桥网桥技术（ 4）
一个桥可能连接多个局域网，连接 k个不同局域网的网桥有 k个相应的不同的 MAC子层和物理层。桥应该有寻址功能，它为了转发 MAC帧必须知道该帧是属于它所连的哪个局域网。同时在一个互连的局域网中可能有多个桥，桥应该有路由的功能。
网桥的作用是通过其,过滤和转发,功能来实现的。网桥可能具有,学习,功能。
网桥技术（ 5）
对于 802.3,802.4,802.5这三种局域网之间的 9种转换，网桥共同面临的问题有四个：
不同的帧格式
不同的数据速率
不同的超时时间
不同的最大帧长度网桥技术（ 6）
1,2,4,81,4
1,5,8,9,1 0 9 1,2,3,8,9,1 0
1,2,5,6,7,1 0 1,2,3,6,7 6,7
8 0 2,3 （ C S M A / C D ） 8 0 2,4 （令牌总线） 8 0 2,5 （令牌环）
8 0 2,3
8 0 2,4
8 0 2,5
源 L A N
目的 L A N
操作：
1,重组帧，并计算新的检验和。
2,变换比特的顺序。
3,复制优先权值，不管是否有用。
4,产生一个虚拟的优先权。
5,丢弃优先权。
6,把环排空。
7,设置 A 位和 C 位。
8,解决拥塞问题（从快速 L A N 到慢速 L A N ）。
9,解决令牌临时交换 A C K 的延时问题。
1 0,如果帧对目的 L A N 太长，则将其丢弃。
从 8 0 2,X 到 8 0 2,Y 网桥的问题
，
（ ） （令牌总线） （令牌环）
源目的操作：
重组帧，并计算新的检验和。
变换比特的顺序。
复制优先权值，不管是否有用。
产生一个虚拟的优先权。
丢弃优先权。
把环排空。
设置 位和 位。
解决拥塞问题（从快速 到慢速 ）。
解决令牌临时交换 的延时问题。
如果帧对目的 太长，则将其丢弃。
从 到 网桥的问题透明网桥（ 1）
IEEE 802.1委员会制定了一个称为透明网桥（ transparent bridge）的设计。该标准的主要特性是：
它的设计不仅仅是为了同种 MAC协议的 LAN
间的互连，它同时是为了把那些采用任何
MAC标准（ 802.3,802.4,802.5）的不同类型的 LAN互连。
路由机制采用的是一种叫做生成树算法的技术。
透明网桥（ 2）
透明网桥以混杂方式工作，接收连接到该网桥的局域网上传送的所有帧。每个桥维护了一个基于 MAC地址的过滤数据库，网桥根据这个数据库，把收到的帧往相应的局域网进行转发。
假设一个桥在端口 x上接收到一个 MAC帧，有如下规则：
查询过滤数据库，决定该目的 MAC地址是否列在除端口 x外的其它端口中。
如果目的 MAC地址没有找到，把该帧往除了它所到来的端口外的所有端口发送，即进行扩散。
如果目的地址列在过滤数据库中的某个端口 y中，其中,
决定是否端口 y处在阻塞或转发状态。
如果端口 y是非阻塞的，把该帧通过端口 y转发到它所连接的
LAN中。
xy?
透明网桥（ 3）
当网桥初始化时，过滤数据库为空的。由于网桥不知道任何目的地的位置，因此采用扩散算法（ flooding algorithm）。
为了能够了解到所有目的地的位置，必须采取一种有效的自动学习机制，透明网桥采用的算法是逆向学习法（ backward learning），它的基本思想是利用每个 MAC帧中的源地址字段。
生成树算法（ 1）
为了提高可靠性，有人在 LAN之间设置了并行的两个或多个网桥。
这种配置在拓扑结构中产生了回路。
网桥 α 网桥 β
站点 B
站点 A
L A N X
L A N Y
桥的回路网桥 网桥站点站点桥的回路生成树算法（ 2）
解决这个问题的办法是让网桥互相通信，
并用一棵到达每个 LAN的生成树覆盖实际的拓扑结构。这种生成树算法利用了一个基本的来自于图论的结论：对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连通图，
存在一个生成树，它保证了图的连通性，
同时又没有一个闭合环。
生成树算法（ 3）
图中，只要把桥 107,101和 104中的任一个去掉就组成一个生成树了。使用这棵生成树，可以确保任意两个 LAN之间只有唯一的一条路径。
站点 1
桥 1 0 1
站点 3站点 2
L A N A
桥 1 0 7 桥 1 0 2
L A N B
L A N C
桥 1 0 3 桥 1 0 4 桥 1 0 5 桥 1 0 6
L A N F L A N GL A N D L A N E
站点 4 站点 6站点 5 站点 7
一个有多个 L A N 和网桥的互连网配置站点桥站点站点桥 桥桥 桥 桥 桥站点 站点站点 站点一个有多个 和网桥的互连网配置生成树算法（ 4）
透明网桥运行的关键是要有一个简单的动态算法。
为了构建一个生成树，首先决定根桥，
然后决定所有其它桥的根端口，最后决定每个 LAN的选取端口。
源路由网桥 （ 1）
源路由选择的前提是互连网中的每台机器都知道到所有其他机器的最佳路径。
如何得到这些路由是源路由选择算法的重要部分。有三种策略可以使用：
把信息手工加载进每个站点。
LAN中的站点可以向同一个 LAN上的其它站点查询远程站点的路由信息。
当一个站点需要了解到一个目的站点的路由时，它开始使用一个动态路由发现过程。
源路由网桥 （ 2）
由 IEEE 802.5委员会设计的源路由机制包括四种不同类型的路由指示：
空。
非广播。
全路由广播
单一路由广播。
源路由网桥 （ 3）
透明网桥和源路由网桥的比较在主机中在网桥中复杂性由主机处理由网桥处理故障处理通过发现帧逆向学习定位优化非最优路由手工的自动的配置不透明完全透明透明性连接无连接面向源路由网桥透明网桥特点在主机中在网桥中复杂性由主机处理由网桥处理故障处理通过发现帧逆向学习定位优化非最优路由手工的自动的配置不透明完全透明透明性连接无连接面向源路由网桥透明网桥源路由透明网桥
为了通过混合使用透明和源路由桥来互连 LAN,IEEE 802.5委员会开发了一个新的标准，称为 SRT（ source routing transparent，源路由透明）技术。
为了同时使用源路由网桥和透明网桥，源路由透明网桥使用了 MAC源地址字段的某一位：路由信息指示（ RII）位。在源路由网桥中，发送站点把该位置为 1表示使用路由，置为 0表示不使用路由。而在透明网桥中,RII位是不使用的。
当网桥从它所连接的 LAN中收到一个 MAC帧时，它检查其中的 RII位，
如果 RII=1，帧按照源路由逻辑处理；如果 RII=0，帧按照透明桥逻辑处理。
源路由透明网桥设计的难题是关于怎样建立路由。对于透明桥，所有桥必须建立一个生成树。对于源路由也必须建立一个生成树。源路由透明网桥操作的要求是桥必须允许透明和源路由站点都加入到同一个 生成树中。
远程网桥
网桥通常也被用来连接两个或多个相距较远的局域网。
为了实现这种距离很远的网络连接，每个 LAN内都有一个“半桥”，这些“半桥”再通过相应的通信服务连接起来 。站点
L A N L A N
站点桥 桥通信服务（点到点链路或分组交换网等）
远程网桥站点 站点桥 桥通信服务（点到点链路或分组交换网等）
远程网桥习题
6.4
6.6
6.8
6.9
6.1 网络互连基本概念
6.2 网络互连协议
6.3 网桥技术网络互连基本概念
网络互连（ internetworking）是指采用各种网络互连设备将同一类型的网络或不同类型网络及其产品相互连接起来组成地理覆盖范围更大、功能更强的网络。
网络互连也可以理解为将一个网络分解为若干个子网，它是计算机网络发展到一定阶段的必然产物。
网络互连基本原理（ 1）
网络互连的目的是使得一个网络上的某一台主机能够与另一个网络上的主机进行通信。为了完成这个目标，提出了许多方法来提供网络互连服务，
但是这些服务要满足以下几条要求：
提供网络间的链路。至少必须提供物理和链路层的连接。
提供不同网络中的进程间的数据的路由选择和传递。
提供记帐服务，跟踪各个网络和路由器的使用情况，并记录这些状态信息。
必须能够适应网络间的许多差异，而不需要变更所连接网络的体系结构。
网络互连基本原理（ 2）
网络的不同性不同的方面 可能的取值提供的服务 面向连接、无连接网络层协议 IP,IPX,CLNP,AppleTalk,DECnet等寻址方式 平面结构（如 IEEE 802）、分层结构（如 IP）
多点广播 支持多点广播、不支持分组大小 每个网络最大分组长度不一致服务质量 支持服务质量或不支持，服务质量定义不一致网络互连基本原理（ 3）
（接上表）
不同的方面 可能的取值差错控制 可靠的、有序的和无序的递交流量控制 滑动窗口、速率控制、其他办法、不支持流量控制拥塞控制 漏桶、抑制分组等参数 不同的超时值、流说明等安全性 访问规则、加密等计费方式 按连接时间、分组数、字节数计费或者不计费网络互连基本原理（ 4）
用于网络之间的互连的中继设备称为网络互连设备,
按照网络互连设备是对哪一层（可能包括下层）进行协议和功能的转换，可以把它们分成以下四类,
转发器（ repeater）实现网络物理层的连接 。
网桥（ bridge）提供链路层上的协议转换。
路由器（ router）和网桥类似，只是它作用于网络层 。
网关（ gateway）指对高层协议（包括运输层）进行协议转换的网间连接器，又被称为协议转换器。
网络互连基本原理（ 5）
如果一个网关处于由不同的机构、甚至不同的国家来维护的 WAN
之间时，这可能带来非技术性的因素，为了解决这个问题，可以采用半网关。
网络 1
网络 2网络 1
网络 2
半网关半网关之间连接使用的分组全网关网络 1 的分组 网络 2 的分组
（ a ）
（ b ）
（ a ）全网关 （ b ）半网关网络网络网络网络半网关半网关之间连接使用的分组全网关网络 的分组 网络 的分组
（ ）
（ ）
（ ）全网关 （ ）半网关面向连接的虚电路方式
在整个互连网中的任意两台主机之间建立一条逻辑的网络连接每个路由器把虚电路串连起来路由器路由器主机 B
路由器路由器路由器主机 A
建立一条穿过多个子网的端到端虚电路 每个路由器把虚电路串连起来路由器路由器主机路由器路由器路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路路由器路由器主机路由器路由器路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路路由器路由器路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路路由器主机路由器主机建立一条穿过多个子网的端到端虚电路无连接的数据报方式（ 1）
每个网络层分组被分别进行处理，经过多个路由器和子网后到达目的端 路由器路由器路由器主机 B
分组分开发送且可选择不同的路由路由器路由器主机 A
路由器路由器路由器主机分组分开发送且可选择不同的路由路由器路由器主机分组分开发送且可选择不同的路由路由器路由器主机主机无连接的数据报方式（ 2）
在无连接的数据报方式的设计中，下面几个部分是非常关键的：
寻址
路由
分组生命期
差错控制和流量控制
分段和重组
透明分段法
不透明分段法
OSI和网络互连（ 1）
网络层的内部结构 IONL（ Internal
Organization of the Network Layer）
路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层路由和中继子网独立子层子网相关子层子网访问子层子网独立子层子网相关子层子网访问子层
OSI和网络互连（ 2）
子网访问子层的目标是处理使用特定子网的网络层协议
子网相关子层用以协调提供不同服务的子网，把所有子网提供的服务调整到接近 OSI网络服务的水准
子网独立子层为上层提供相应的网络服务，最主要的功能是进行路由选择
IP提供的服务
IP提供一种无连接的、不可靠的网络服务。 IP数据报是互不相关的。若要把它们联系起来，只能通过上面几层。
在 Internet中由 IP层负责处理路由选择和分组分段的问题。
IP层还提供初步的流量控制。
IP地址（ 1）
IP地址是 32位的，在 Internet中是唯一的。 IP地址由 SRI的网络信息中心 NIC分配。
主机地址范围
1,0,0,0 ～
1 2 7,2 5 5,2 5 5,2 5 5
A 类
0 1 2 3 4 8 24 3116
1 2 8,0,0,0 ～
1 9 1,2 5 5,2 5 5,2 5 5
B 类
1 9 2,0,0,0 ～
2 2 3,2 5 5,2 5 5,2 5 5
C 类
2 2 4,0,0,0 ～
2 3 9,2 5 5,2 5 5,2 5 5
D 类
2 4 0,0,0,0 ～
2 4 7,2 5 5,2 5 5,2 5 5
E 类
0
1 0
1 1 0
1 1 1 1 0
1 1 1 0
网络号 主机号网络号主机号网络号主机号多点广播地址保留供将来使用
IP 地址格式主机地址范围
,～
,5 5,2 5 5
类
～
类
～
类
～
类
～
类网络号 主机号网络号主机号网络号主机号多点广播地址保留供将来使用地址格式
IP地址（ 2）
IP地址通常用带点十进制标记法（ dotted decimal notation）来书写，这时 IP地址写成 4个十进制数，相互之间用小数点隔开，每个十进制数（从 0到 255）表示 IP地址的一个字节。
0和 1有特殊的意义 。
本机本网中的所有主机直接广播（某个网络）
回路具有特殊意义的 IP 地址全 0
全 0 主机全 1
网络 全 1
1 2 7 任意值（常为 1 ）
本机本网中的所有主机直接广播（某个网络）
回路具有特殊意义的全全 主机全网络 全任意值（常为 ）
子网（ subnetting）
使用子网技术，原先的 IP地址中被分成两个部分：网络部分和本地部分。
网络部分用来标识该网络，并进行互连网范围内的路由选择，本地部分标识属于本地的哪个物理网络以及主机地址 。
H
1 2 8,1 0,2,1
H
1 2 8,1 0,2,2
I N T ER N E
T
R
H
1 2 8,1 0,1,1
H
1 2 8,1 0,1,2
网络 1 2 8,1 0,1,0
到 1 2 8,1 0,0,0 的分组
IP 子网技术。一个 B 类地址网络被分为两个子网。
网络到 的分组网络到 的分组子网技术。一个 类地址网络被分为两个子网。
IP头部格式
和一般的分组格式类似,IP数据报由 IP头部和正文部分组成，头部包括一个 20字节的固定部分和一个可选的头部版本分段偏移
0 4 8
16 19 24 31
D
F
I H L 服务类型 总长度
M
F
标识生命期 协议 头部检验和源 IP 地址目的 IP 地址
IP 选项（如果有） 填充用户数据
…
IP 分组格式版本分段偏移服务类型 总长度标识生命期 协议 头部检验和源目的 地址选项（如果有） 填充用户数据
…
分组格式
ICMP协议
数据报在传递过程中要经过多个路由器，如果路由器不能进行转发或者检测到不正常状态，路由器就要向源端报告。
ICMP协议就是这种机制，它主要包括下列几种类型的消息：
目的不可达消息用来报告子网或路由器没法找到目的地，或者设置了 DF标志的数据报不能通过 MTU小的网络。
超时消息用来报告分组由于 TTL为 0而丢弃。
参数问题消息表明头部字段不正确。
源抑制消息希望主机能够降低发送的速度。
重定向消息在路由器发现可能出现路由错误时发送。
回声请求和应答消息用来测试目的地是否可达且正常运作。
时间戳请求和应答用于测试网络性能。
公用数据网互连协议 X.75（ 1）
公用数据网互连协议 X.75是 CCITT研制的用作 X.25网络的网络互连标准，它和 IP
协议不同，是一种面向连接的虚电路互连方式，两个 DTE之间的虚电路是由若干个网内虚电路和网间按 X.75操作的半网关（路由器）至半网关之间的虚电路串连而成。 X.75主要用于网间半网关与半网关之间的连接。
公用数据网互连协议 X.75（ 2）
A B
G1 G2 G3 G4V C 1
V C 2
V C 3
V C 4
V C 5
网络 1 网络 2 网络 3
X,2 5 网内协议 X,7 5 X,2 5网内协议 X,7 5 网内协议用 X,7 5 级连虚电路网络 网络 网络网内协议 网内协议 网内协议用 级连虚电路
VC2,VC4为网间虚电路,VC1,VC3,VC5为网内虚电路。网间连接即网间虚电路采用 X.75协议，而对于网内协议可以采用自己的协议（如 X.25,CCITT对此并未作出指定）。
公用数据网互连协议 X.75（ 3）
X.75是 X.25的扩充，它指定了网间互连的低三层的功能，
说明了分组类型和分组的格式。两者之间的一个最重要的差别是 X.75在呼叫建立期间使用的分组中增加了,网络使用,字段。
X.75是网间互连协议，为了建立网间虚电路，当呼叫请求分组跨过不同的网络时，应该记录好相应的网络号，
,网络使用,字段就是为此设立的。
被呼半网关用呼叫接通分组响应来建立虚电路。分组中的业务信息是 DTE之间使用的，与半网关之间使用的
,网络使用,字段区分开来。当然网络使用字段的构成是与业务信息有关系的。
其余的数据传送、复位、重启动等规程与 X.25相同，虽然这些是半网关之间的动作，但却和全局的虚电路动作对应。
公用数据网互连协议 X.75（ 4）
组号0 0 0 1
信道号类型（ 0 0 0 0 1 0 1 1 ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址业务字段长度00
业务用户数据组号0 0 0 1
信道号类型（ 0 0 0 0 1 0 1 1 ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址网络使用字段长度00
网络使用用户数据业务字段长度00
业务
X,7 5 分组格式是 X,2 5 分组格式的扩充
X,2 5 呼叫请求分组格式 X,7 5 呼叫请求分组格式组号信道号类型（ ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址业务字段长度业务用户数据组号信道号类型（ ）
目的地址长度源地址长度源地址目的地址网络使用字段长度网络使用用户数据业务字段长度业务分组格式是 分组格式的扩充呼叫请求分组格式 呼叫请求分组格式网桥技术（ 1）
网桥（ bridge）最早是设计为把那些具有相同的物理层和媒体访问子层的局域网互连起来而设计的，后来也用于具有不同 MAC协议的局域网的互连。桥工作在 OSI模型中的第二层，进行相似网络间的帧的转发。而路由器工作在
OSI模型中的第三层，在可能不相似的网络间进行路由转发。
桥提供了一种对 LAN的扩展。由于网桥实现
MAC子层的连接，对于遵循 IEEE 802标准的局域网是完全透明的。
网桥技术（ 2）
一个组织有多个局域网可能有以下几种原因：
无序性。
可靠性。
性能。
地理考虑。
安全。
网桥技术（ 3）
两个局域网通过一个网桥连接
8 0 2,X
分组
8 0 2,X
分组分组分组网络
8 0 2,X
分组
8 0 2,Y
分组分组分组
8 0 2,Y
分组
M A C
8 0 2,X
分组
8 0 2,Y
分组
8 0 2,X
分组
8 0 2,Y
分组分组
8 0 2,Y
分组
LLC
物理网桥主机 A 主机 B
8 0 2,X 局域网 8 0 2,Y 局域网从 I E E E 8 0 2,X 到 I E E E 8 0 2,Y 的网桥分组分组分组分组分组分组分组分组网络分组分组分组分组分组分组分组分组分组分组分组分组 分组分组分组分组 分组分组分组分组分组分组物理网桥主机 主机局域网 局域网从 到 的网桥网桥技术（ 4）
一个桥可能连接多个局域网，连接 k个不同局域网的网桥有 k个相应的不同的 MAC子层和物理层。桥应该有寻址功能，它为了转发 MAC帧必须知道该帧是属于它所连的哪个局域网。同时在一个互连的局域网中可能有多个桥，桥应该有路由的功能。
网桥的作用是通过其,过滤和转发,功能来实现的。网桥可能具有,学习,功能。
网桥技术（ 5）
对于 802.3,802.4,802.5这三种局域网之间的 9种转换，网桥共同面临的问题有四个：
不同的帧格式
不同的数据速率
不同的超时时间
不同的最大帧长度网桥技术（ 6）
1,2,4,81,4
1,5,8,9,1 0 9 1,2,3,8,9,1 0
1,2,5,6,7,1 0 1,2,3,6,7 6,7
8 0 2,3 （ C S M A / C D ） 8 0 2,4 （令牌总线） 8 0 2,5 （令牌环）
8 0 2,3
8 0 2,4
8 0 2,5
源 L A N
目的 L A N
操作：
1,重组帧，并计算新的检验和。
2,变换比特的顺序。
3,复制优先权值，不管是否有用。
4,产生一个虚拟的优先权。
5,丢弃优先权。
6,把环排空。
7,设置 A 位和 C 位。
8,解决拥塞问题（从快速 L A N 到慢速 L A N ）。
9,解决令牌临时交换 A C K 的延时问题。
1 0,如果帧对目的 L A N 太长，则将其丢弃。
从 8 0 2,X 到 8 0 2,Y 网桥的问题
，
（ ） （令牌总线） （令牌环）
源目的操作：
重组帧，并计算新的检验和。
变换比特的顺序。
复制优先权值，不管是否有用。
产生一个虚拟的优先权。
丢弃优先权。
把环排空。
设置 位和 位。
解决拥塞问题（从快速 到慢速 ）。
解决令牌临时交换 的延时问题。
如果帧对目的 太长，则将其丢弃。
从 到 网桥的问题透明网桥（ 1）
IEEE 802.1委员会制定了一个称为透明网桥（ transparent bridge）的设计。该标准的主要特性是：
它的设计不仅仅是为了同种 MAC协议的 LAN
间的互连，它同时是为了把那些采用任何
MAC标准（ 802.3,802.4,802.5）的不同类型的 LAN互连。
路由机制采用的是一种叫做生成树算法的技术。
透明网桥（ 2）
透明网桥以混杂方式工作，接收连接到该网桥的局域网上传送的所有帧。每个桥维护了一个基于 MAC地址的过滤数据库，网桥根据这个数据库，把收到的帧往相应的局域网进行转发。
假设一个桥在端口 x上接收到一个 MAC帧，有如下规则：
查询过滤数据库，决定该目的 MAC地址是否列在除端口 x外的其它端口中。
如果目的 MAC地址没有找到，把该帧往除了它所到来的端口外的所有端口发送，即进行扩散。
如果目的地址列在过滤数据库中的某个端口 y中，其中,
决定是否端口 y处在阻塞或转发状态。
如果端口 y是非阻塞的，把该帧通过端口 y转发到它所连接的
LAN中。
xy?
透明网桥（ 3）
当网桥初始化时，过滤数据库为空的。由于网桥不知道任何目的地的位置，因此采用扩散算法（ flooding algorithm）。
为了能够了解到所有目的地的位置，必须采取一种有效的自动学习机制，透明网桥采用的算法是逆向学习法（ backward learning），它的基本思想是利用每个 MAC帧中的源地址字段。
生成树算法（ 1）
为了提高可靠性，有人在 LAN之间设置了并行的两个或多个网桥。
这种配置在拓扑结构中产生了回路。
网桥 α 网桥 β
站点 B
站点 A
L A N X
L A N Y
桥的回路网桥 网桥站点站点桥的回路生成树算法（ 2）
解决这个问题的办法是让网桥互相通信，
并用一棵到达每个 LAN的生成树覆盖实际的拓扑结构。这种生成树算法利用了一个基本的来自于图论的结论：对于那些由许多节点以及连接节点的边组成的连通图，
存在一个生成树，它保证了图的连通性，
同时又没有一个闭合环。
生成树算法（ 3）
图中，只要把桥 107,101和 104中的任一个去掉就组成一个生成树了。使用这棵生成树，可以确保任意两个 LAN之间只有唯一的一条路径。
站点 1
桥 1 0 1
站点 3站点 2
L A N A
桥 1 0 7 桥 1 0 2
L A N B
L A N C
桥 1 0 3 桥 1 0 4 桥 1 0 5 桥 1 0 6
L A N F L A N GL A N D L A N E
站点 4 站点 6站点 5 站点 7
一个有多个 L A N 和网桥的互连网配置站点桥站点站点桥 桥桥 桥 桥 桥站点 站点站点 站点一个有多个 和网桥的互连网配置生成树算法（ 4）
透明网桥运行的关键是要有一个简单的动态算法。
为了构建一个生成树，首先决定根桥，
然后决定所有其它桥的根端口，最后决定每个 LAN的选取端口。
源路由网桥 （ 1）
源路由选择的前提是互连网中的每台机器都知道到所有其他机器的最佳路径。
如何得到这些路由是源路由选择算法的重要部分。有三种策略可以使用：
把信息手工加载进每个站点。
LAN中的站点可以向同一个 LAN上的其它站点查询远程站点的路由信息。
当一个站点需要了解到一个目的站点的路由时，它开始使用一个动态路由发现过程。
源路由网桥 （ 2）
由 IEEE 802.5委员会设计的源路由机制包括四种不同类型的路由指示：
空。
非广播。
全路由广播
单一路由广播。
源路由网桥 （ 3）
透明网桥和源路由网桥的比较在主机中在网桥中复杂性由主机处理由网桥处理故障处理通过发现帧逆向学习定位优化非最优路由手工的自动的配置不透明完全透明透明性连接无连接面向源路由网桥透明网桥特点在主机中在网桥中复杂性由主机处理由网桥处理故障处理通过发现帧逆向学习定位优化非最优路由手工的自动的配置不透明完全透明透明性连接无连接面向源路由网桥透明网桥源路由透明网桥
为了通过混合使用透明和源路由桥来互连 LAN,IEEE 802.5委员会开发了一个新的标准，称为 SRT（ source routing transparent，源路由透明）技术。
为了同时使用源路由网桥和透明网桥，源路由透明网桥使用了 MAC源地址字段的某一位：路由信息指示（ RII）位。在源路由网桥中，发送站点把该位置为 1表示使用路由，置为 0表示不使用路由。而在透明网桥中,RII位是不使用的。
当网桥从它所连接的 LAN中收到一个 MAC帧时，它检查其中的 RII位，
如果 RII=1，帧按照源路由逻辑处理；如果 RII=0，帧按照透明桥逻辑处理。
源路由透明网桥设计的难题是关于怎样建立路由。对于透明桥，所有桥必须建立一个生成树。对于源路由也必须建立一个生成树。源路由透明网桥操作的要求是桥必须允许透明和源路由站点都加入到同一个 生成树中。
远程网桥
网桥通常也被用来连接两个或多个相距较远的局域网。
为了实现这种距离很远的网络连接，每个 LAN内都有一个“半桥”，这些“半桥”再通过相应的通信服务连接起来 。站点
L A N L A N
站点桥 桥通信服务（点到点链路或分组交换网等）
远程网桥站点 站点桥 桥通信服务（点到点链路或分组交换网等）
远程网桥习题
6.4
6.6
6.8
6.9
