计网Lesson7 - 超网与路由概述

文章目录

一、构造超网
- 1 概念解析
- 2 路由聚合
- - 判断网段
- 3 实例演示
- - 几个配置问题：
  - 传输过程中的若干问题
  - - 包的问题
    - 传输时丢包的问题
- 4 判断是子网还是超网
二、路由概述
- 1. 路由的作用
- 2. 多个网段进行联络
- 3. 数据包的传输

一、构造超网

1 概念解析

与划分子网相反，将网络号划出来几位作为主机号，这就是构造超网。
由上图分析可得，两个 $I P$ 属于同一网段：192.168.0.0

2 路由聚合

路由聚合

$R 2$ 的路由表如果一个一个存目标 $I P$ 的话，对资源消耗极大，我们可以利用目标网络的共同点：最大公共前缀，对路由表进行路由聚合。

聚合过程

判断网段

我们给路由器一个数据包，它怎么判断是发向那个网段的呢？
就如上图所示，若一个主机向 $I P$ 为172.1.7.0发送数据，路由器收到这个 $I P$ 后并不知道这个网段的子网掩码是多少，也就不清楚它的网段，那将如何是好呢？

路由器拿到之后会将 $I P$ 与自己的路由表的子网掩码进行&操作，然后看对应网段是否在路由表中。

3 实例演示

网络连接

几个配置问题：

路由器0：
- Fa0/0：这个口的 $I P$ 是 $PC 0$ 的网关，所以两个 $I P$ 应该在同一网段。
- Fa1/0：这个口的 $I P$ 是 $PC 1$ 的网关，所以两个 $I P$ 应该在同一网段。
路由器1：
- 同理。
两路由器串口Se2/0：
- 串行接口（ $Serial\ Interface$ ），是区别于与以网卡为底层、用以太网接口的另一种组网方式，串口通常是点对点的交流，所以不需要区分不同设备，所以串口是没有 $M A C$ 地址的！，串口只有 $I P$ 地址。
- 这种组网方式多用于骨干网中，在家用网中不常见。
- 图中的两路由通过串口直连，所以应该在同一网段。
静态路由：
- 路由器中的路由表分为：静态路由、动态路由。
  - 动态路由：由路由器系统自己处理记录，动态存储，存储时间不长。
  - 静态路由：由人为添加，存储时间长。
  - 动态路由一般不会自动路由聚合，但是静态路由我们可以手动路由聚合。

传输过程中的若干问题

包的问题

以 $PC 0$ 为例：

向 $PC 1$ 发送数据：发送 $A RP$ 包广播，然后再发送数据。
向 $PC 2$ 发送数据：发送 $A RP$ 包广播，然后直接丢给网关，由网关在路由表中找到对应地址，然后输送到对应的网段路由上，再由路由广播 $A RP$ 包拿到对应的 $M A C$ 地址后再输送数据。

总的来说，输送逻辑是这样的：

当主机需要向同一网段的另一台主机发送数据时:
- 首先检查 $A RP$ （地址解析协议）表以找到目标主机的 $M A C$ 地址。如果 $A RP$ 表中没有相应的条目，主机会广播一个 $A RP$ 请求包以获取目标主机的 $M A C$ 地址。
如果目标主机位于不同的网络（或子网）中:
- 发送主机会将数据包发送到配置的网关（或默认网关）。在这种情况下，主机会查找网关的 $M A C$ 地址，而不是目标主机的 $M A C$ 地址。这是因为在不同的网络之间进行通信需要路由器的帮助，而路由器通常是作为网关配置的。

所以说：数据包的链路层 $M A C$ 地址的源地址和目的地址在传输过程中一直会变，但是 $I P$ 的源与目的地址不变。

传输时丢包的问题

从 $PC 0$ 向 $PC 2$ 传输分组时，首先解析出目标 $I P$ 不在同一网段，此时广播 $A RP$ 包拿到网关的 $M A C$ 地址，此时数据包才刚刚构建好，然后向网关发送数据，网关查表把包发到对应网段的路由1上，但是此时路由1并不认识目的 $I P$ 对应的 $M A C$ 地址，这个包构建不了，所以会广播 $A RP$ 拿到对应的 $M A C$ ，此时却出问题了：停留在路由1上的数据包被丢弃了！

为什么路由1会丢包？
- 当路由器丢弃数据包时，这通常是因为它无法确定下一跳的MAC地址。如果ARP请求没有得到响应，路由器可能会选择丢弃数据包，以防止队列中的数据包过多。这是为了防止资源耗尽，因为每个数据包都需要一定的内存来存储。
- 在广播一次拿到对应 $M A C$ 地址后路由就会学习记忆到动态路由中，之后的包就不会再丢掉了，这也是为什么第一次ping某地址时第一次回应超时但是后续都有回应的原因。
  - 在接收到 $A RP$ 请求之后，主机和路由都会对其进行缓存以便下次使用，这也就是为什么第一次的响应很慢，但是后续的响应较快。
为什么 $PC 0$ 广播时候不会丢包？
- 主机和路由器在处理 $A RP$ 请求时的行为可能会有所不同。
  - 当主机发送 $A RP$ 请求时，如果没有立即收到响应，它通常会缓存该请求并等待一段时间。这是因为网络延迟或其他因素可能会导致 $A RP$ 响应的延迟。因此，主机通常会等待一段时间以接收可能的 $A RP$ 响应。
  - 然而，路由器在处理 $A RP$ 请求时的行为可能会有所不同。当路由器收到一个数据包，它需要确定如何将该数据包转发到其目的地。如果路由器没有目标主机的 $M A C$ 地址，它可能会发送一个 $A RP$ 请求。然而，如果路由器没有立即收到 $A RP$ 响应，它可能会选择丢弃该数据包。这是因为路由器通常处理大量的数据包，如果它们等待每一个 $A RP$ 响应，可能会导致性能问题。