计网Lesson7 - 超网与路由概述

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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 $IP$ 属于同一网段：192.168.0.0

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2 路由聚合

• $R2$ 的路由表如果一个一个存目标 $IP$ 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。

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 $IP$ 为172.1.7.0发送数据，路由器收到这个 $IP$ 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 $IP$ 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。

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3 实例演示

几个配置问题：

• 路由器0：
  • Fa0/0：这个口的 $IP$ 是 $PC0$ 的网关，所以两个 $IP$ 应该在同一网段。
  • Fa1/0：这个口的 $IP$ 是 $PC1$ 的网关，所以两个 $IP$ 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（$SerialInterface$），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 $MAC$ 地址的！，串口只有 $IP$ 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。

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传输过程中的若干问题

包的问题

以 $PC0$ 为例：

• 向 $PC1$ 发送数据：发送 $ARP$ 包广播，然后再发送数据。
• 向 $PC2$ 发送数据：发送 $ARP$ 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 $ARP$ 包拿到对应的 $MAC$ 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 $ARP$（地址解析协议）表以找到目标主机的 $MAC$ 地址。如果 $ARP$ 表中没有相应的条目，主机会广播一个 $ARP$ 请求包以获取目标主机的 $MAC$ 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 $MAC$ 地址，而不是目标主机的 $MAC$ 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 $MAC$ 地址的源地址和目的地址在传输过程中一直会变，但是 $IP$ 的源与目的地址不变。

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传输时丢包的问题

从 $PC0$ 向 $PC2$ 传输分组时，首先解析出目标 $IP$ 不在同一网段，此时广播 $ARP$ 包拿到网关的 $MAC$ 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 $IP$ 对应的 $MAC$ 地址，这个包构建不了，所以会广播 $ARP$ 拿到对应的 $MAC$ ，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 $MAC$ 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 $ARP$ 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 $PC0$ 广播时候不会丢包？
  • 主机和路由器在处理 $ARP$ 请求时的行为可能会有所不同。
    • 当主机发送 $ARP$ 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 $ARP$ 响应的延迟。因此，主机通常会等待一段时间以接收可能的 $ARP$ 响应。
    • 然而，路由器在处理 $ARP$ 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 $MAC$ 地址，它可能会发送一个 $ARP$ 请求。然而，如果路由器没有立即收到 $ARP$ 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 $ARP$ 响应，可能会导致性能问题。

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4 判断是子网还是超网

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二、路由概述

1. 路由的作用

2. 多个网段进行联络

路由器用于骨干网中多个网段的数据传输。

3. 数据包的传输