计算机网络_第四章知识总结

网络层提供的两种服务

在两个终端设备的逻辑或物理端口之间，通过建立的双向的透明传输通道。虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。

网际协议 IP

虚拟互连网络

网际层的 IP 协议及配套协议：

中间设备又称为中间系统或中继 (relay)系统。有以下五种不同的中间设备：
1、物理层中继系统：转发器 (repeater)。
2、数据链路层中继系统：网桥 或 桥接器 (bridge)。
3、网络层中继系统：路由器 (router)。
4、网桥和路由器的混合物：桥路器 (brouter)。
5、网络层以上的中继系统：网关 (gateway)。

网络互连都是指用路由器进行网络互连和路由选择。
所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。

分类的 IP 地址

分类 IP 地址：
每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。

点分十进制记法：将每 8 位的二进制数转换为十进制数。
IP 地址的一些重要特点：一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。

IP 地址与硬件地址

地址解析协议 ARP

地址解析协议 ARP 的作用：从网络层使用的 IP 地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址。
每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存 (ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
ARP 高速缓存的作用：存放最近获得的 IP 地址到 MAC 地址的绑定，以减少 ARP 广播的数量。

IP 数据报的格式

一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。

IP 层转发分组的流程

划分子网和构造超网

划分子网和构造超网

划分子网只是把 IP 地址的主机号 host-id 这部分进行再划分，而不改变 IP 地址原来的网络号 net-id。

使用子网时分组的转发

1、从收到的分组的首部提取目的 IP 地址 D。
2、先用各网络的子网掩码和 D 逐位相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付。否则就是间接交付，执行(3)。
3、若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行 (4)。
4、对路由表中的每一行，将子网掩码和 D 逐位相“与”。若结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器；否则，执行 (5)。
5、若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行 (6)。
6、报告转发分组出错。

无分类编址 CIDR

CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

最长前缀匹配：

网际控制报文协议 ICMP

ICMP 的应用举例：
PING用来测试两个主机之间的连通性。
Traceroute ：用来跟踪一个分组从源点到终点的路径。

互连网的路由选择协议

内部网关协议 RIP

RIP 是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。 从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。RIP 协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1。
RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。“距离”的最大值为 16 时即相当于不可达。

路由表的建立：
路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为 1）。它的路由表是空的。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。
经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。

内部网关协议 OSPF

“开放”表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。“最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法 SPF采用分布式的链路状态协议 (link state protocol)。
向本自治系统中所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法。发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息。“链路状态”就是说明本路由器都和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”(metric)。
只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息。
OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送。
当互联网规模很大时，OSPF 协议要比距离向量协议 RIP 好得多。

外部网关协议 BGP

BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。
一个 BGP 发言人与其他自治系统中的 BGP 发言人要交换路由信息，就要先建立 TCP 连接，然后在此连接上交换 BGP 报文以建立 BGP 会话(session)，利用 BGP 会话交换路由信息。
使用 TCP 连接能提供可靠的服务，也简化了路由选择协议。
使用 TCP 连接交换路由信息的两个 BGP 发言人，彼此成为对方的邻站(neighbor)或对等站(peer) 。

IPv6

更大的地址空间。IPv6 将地址从 IPv4 的 32 位 增大到了 128 位。 IPv6 首部改为 8 字节对齐。首部长度必须是 8 字节的整数倍。原来的 IPv4 首部是 4 字节对齐。

IPv6 数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一：
单播 (unicast)：传统的点对点通信。
多播 (multicast)：一点对多点的通信。
任播 (anycast)：这是 IPv6 增加的一种类型。任播的目的站是一组计算机，但数据报在交付时只交付其中的一个，通常是距离最近的一个。




ICMPv6：地址解析协议 ARP 和网际组管理协议 IGMP 协议的功能都已被合并到 ICMPv6 中。

IP 多播

IP 多播需要两种协议：为了使路由器知道多播组成员的信息，需要利用网际组管理协议 IGMP 。

网络地址转换 NAT

所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在 NAT 路由器上将其本地地址转换成全球 IP 地址，才能和互联网连接。

多协议标记交换 MPLS： MPLS 并没有取代 IP，而是作为一种 IP 增强技术，被广泛地应用在互联网中。