网络配置与数据包传输：DNS、IP 路由和链路层交换机

场景描述：

考虑图中的网络，包括：

同时运行 Web 服务器进程和 DNS 服务器进程的终端系统。该终端系统有两个 DNS 名称：'www.epfl.ch' 和 'dns.epfl.ch'。两个 DNS 名称映射到相同的 IP 地址。
一组其他终端系统，它们使用 'dns.epfl.ch' 作为其本地 DNS 服务器。他们知道 'dns.epfl.ch' 的 IP 地址，但他们不知道 'www.epfl.ch' 映射到同一个 IP 地址。
IP 路由器 R1、R2 和 R3。
链路层交换机 S1、S2 和 S3（以及未明确显示的其他交换机）

问题 1 (10 分)

为每个 IP 子网分配一个 IP 前缀，并为每个终端系统和 IP 路由器网络接口分配一个 IP 地址，遵循以下规则：

所有 IP 地址必须从 100.0.0.0/16 中分配。
每个 IP 子网必须分配最小的 IP 前缀，并且必须有一个广播 IP 地址。
每个终端系统和每个 IP 路由器（但不是链路层交换机）接口都有一个 IP 地址。

请解释如何计算每个 IP 前缀，并在下一页的表格 1 中填写。

问题 2 (5 分)

IP 路由器 R1、R2 和 R3 参与一个已收敛的最短路径路由算法。

显示 R1 和 R2 的转发表。您不需要优化路由，即您不需要合并路由以最小化每个表中的条目数量。

问题 3 (10 分)

所有链路层交换机都刚刚重新启动，所有终端系统缓存最初为空。然后，桌面 A 的用户访问网页 'www.epfl.ch/index.html'，该网页只包含一张图片 'image.png'。

说明所有终端系统和 IP 路由器传输或转发的所有数据包，直到 A 的用户能够查看网页。例如，如果数据包遵循路径 A→R1→R2→C1，那么您应该在数据包被 A 传输、被 R1 转发和被 R2 转发时说明它 3 次。

通过填写表格 2 来回答。当您想引用接口 x 的 IP 地址时，请写 'x'。当您想引用接口 x 的 MAC 地址时，请写 'x'。如果某个字段不适用，请用 '–' 表示。要重复上面的单元格中的字段，请写 '.'。

表格 1:

| 设备 | 接口 | IP 地址 | IP 前缀 | |--------|-----------|------------|-----------| | Web/DNS 服务器 | eth0 | 100.0.0.1 | /24 | | DNS 服务器 | eth0 | 100.0.0.2 | /24 | | R1 | eth0 | 100.0.1.1 | /30 | | R1 | eth1 | 100.0.2.1 | /30 | | R2 | eth0 | 100.0.1.2 | /30 | | R2 | eth1 | 100.0.3.1 | /30 | | R3 | eth0 | 100.0.2.2 | /30 | | R3 | eth1 | 100.0.3.2 | /30 | | 终端系统 A | eth0 | 100.0.4.1 | /24 | | 终端系统 B | eth0 | 100.0.5.1 | /24 | | 终端系统 C1 | eth0 | 100.0.1.10 | /30 | | 终端系统 C2 | eth0 | 100.0.2.10 | /30 | | 终端系统 C3 | eth0 | 100.0.3.10 | /30 | | S1 | eth0 | 100.0.1.9 | /30 | | S1 | eth1 | 100.0.4.2 | /24 | | S2 | eth0 | 100.0.2.9 | /30 | | S2 | eth1 | 100.0.5.2 | /24 | | S3 | eth0 | 100.0.3.9 | /30 |

表格 2:

| 源 | 目标 | 协议 | 源 IP | 目标 IP | 源 MAC | 目标 MAC | |--------|-------------|----------|-----------|----------------|------------|-----------------| | A | S1 | ARP | 100.0.4.1 | 100.0.1.9 | A's MAC | Broadcast | | A | S1 | ICMP | 100.0.4.1 | 100.0.1.9 | A's MAC | S1's MAC | | S1 | R1 | ARP | 100.0.1.9 | 100.0.1.1 | S1's MAC | Broadcast | | S1 | R1 | ICMP | 100.0.1.9 | 100.0.1.1 | S1's MAC | R1's MAC | | R1 | R2 | ARP | 100.0.1.1 | 100.0.1.2 | R1's MAC | Broadcast | | R1 | R2 | ICMP | 100.0.1.1 | 100.0.1.2 | R1's MAC | R2's MAC | | R2 | C1 | ARP | 100.0.1.2 | 100.0.1.10 | R2's MAC | Broadcast | | R2 | C1 | ICMP | 100.0.1.2 | 100.0.1.10 | R2's MAC | C1's MAC | | C1 | R2 | ARP | 100.0.1.10 | 100.0.1.2 | C1's MAC | R2's MAC | | C1 | R2 | DNS | 100.0.1.10 | 100.0.0.2 | C1's MAC | R2's MAC | | R2 | C1 | DNS | 100.0.1.2 | 100.0.0.2 | R2's MAC | C1's MAC | | C1 | R2 | TCP | 100.0.1.10 | 100.0.0.1 | C1's MAC | R2's MAC | | R2 | R1 | ARP | 100.0.1.2 | 100.0.2.1 | R2's MAC | Broadcast | | R2 | R1 | ICMP | 100.0.1.2 | 100.0.2.1 | R2's MAC | R1's MAC | | R1 | C2 | ARP | 100.0.2.1 | 100.0.2.10 | R1's MAC | Broadcast | | R1 | C2 | ICMP | 100.0.2.1 | 100.0.2.10 | R1's MAC | C2's MAC | | C2 | R1 | ARP | 100.0.2.10 | 100.0.2.1 | C2's MAC | R1's MAC | | C2 | R1 | TCP | 100.0.2.10 | 100.0.0.1 | C2's MAC | R1's MAC | | R1 | R3 | ARP | 100.0.2.1 | 100.0.3.2 | R1's MAC | Broadcast | | R1 | R3 | ICMP | 100.0.2.1 | 100.0.3.2 | R1's MAC | R3's MAC | | R3 | C3 | ARP | 100.0.3.2 | 100.0.3.10 | R3's MAC | Broadcast | | R3 | C3 | ICMP | 100.0.3.2 | 100.0.3.10 | R3's MAC | C3's MAC | | C3 | R3 | ARP | 100.0.3.10 | 100.0.3.2 | C3's MAC | R3's MAC | | C3 | R3 | TCP | 100.0.3.10 | 100.0.0.1 | C3's MAC | R3's MAC | | R3 | R2 | ARP | 100.0.3.2 | 100.0.3.1 | R3's MAC | Broadcast | | R3 | R2 | ICMP | 100.0.3.2 | 100.0.3.1 | R3's MAC | R2's MAC | | R2 | C1 | TCP | 100.0.1.2 | 100.0.0.1 | R2's MAC | C1's MAC | | C1 | R2 | TCP | 100.0.1.10 | 100.0.0.1 | C1's MAC | R2's MAC | | R1 | C2 | TCP | 100.0.2.1 | 100.0.0.1 | R1's MAC | C2's MAC | | C2 | R1 | TCP | 100.0.2.10 | 100.0.0.1 | C2's MAC | R1's MAC | | R3 | C3 | TCP | 100.0.3.2 | 100.0.0.1 | R3's MAC | C3's MAC | | C3 | R3 | TCP | 100.0.3.10 | 100.0.0.1 | C3's MAC | R3's MAC |

表格 3:

| 交换机 | MAC 地址表 | |--------|------------------| | S1 | A's MAC -> eth0 | | S1 | R1's MAC -> eth1 | | S2 | B's MAC -> eth0 | | S2 | R3's MAC -> eth1 | | S3 | C1's MAC -> eth0 | | S3 | C2's MAC -> eth0 | | S3 | C3's MAC -> eth0 |