高等计算机网络期末复习
二.网络体系结构
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网络体系结构
将计算机互连的功能划分为有明确定义的层次，并规定同层实体通讯的协议和相邻层间通信的接口与服务，这种层和协议的集合称之为网络体系结构 -
网络体系结构的设计原则
（1）开放性原则
（2）分组交换原则
（3）端到端原则
（4）透明性原则
（5）异构性原则
（6）结构分层原则 -
接口，协议，对等层，对等实体，协议栈
接口：相邻层之间交互的界面，接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。接口告诉上层进程应当如何来访问
协议：通信双方在通信中必须遵守的规则
对等层：两个不同系统的同级层次
对等实体：位于不同系统对等层中的两个实体
协议栈：某系统所使用的层次及协议集合 -
封装与拆封的过程（以TCP/IP协议为例）
封装：
应用层将应用层数据向下传输至传输层
传输层先将数据流分段，再为每个数据分段加上TCP/UDP头以及一些控制信息
网络层为每一个运输层报文段添加IP头，标明其发送主机和接收主机，封装成数据包
数据链路层在数据包前加上数据帧头，后面封装上校验信息，封装成数据帧
物理层将数据帧转换成电/光信号，传递给数据收发设备
拆封：
目的主机在物理层接收到数据后，将电/光信号组装成帧
在数据链路层、网络层和传输层对帧头、IP包头和TCP头进行层层剥离，同时检查目的地之与校验，在传输层重新整合这些分段为数据流，将数据流传递给某个应用层的接口 -
对等层通信的实质
（1）对等层实体之间实现的是虚拟的逻辑通信
（2）实际通信在最底层完成
（3）下层向上层提供服务，上层依赖下层提供的服务与其他主机上的对等层通信 -
对OSI/RM与TCP/IP各层功能的理解（6个设计原则）
（1）应用层：网络应用程序以及他们的应用层协议存留的地方
（2）运输层：运输层负责在端点之间传送应用层报文（报文段）
（3）网络层：网络层负责将分组（数据报）从源主机移动到目的主机，负责节点间的通信
（4）链路层：链路层沿着路径将数据报（帧）传递给相邻节点，在下个节点，链路层将数据报上传给网络层
（5）物理层的任务就是将数据帧中的比特从一个节点移动到相邻的下一个节点
三.无线和移动网络
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无线链路存在的问题(隐藏终端、暴露站等)；无线链路的特点；SNR，BER和传输率之间的关系。
隐藏终端问题：检测到信道空闲时，可能不空闲。
暴露终端问题：检测到信道忙，其实并不忙。
无线链路的特点：
（1）信号衰减严重
（2）来自其他信号源的干扰
（3）多路径传播，同相增加，反相则抵消
（4）更高的比特差错率
（1）SNR（信噪比）越大，BER（比特差错率）越低
（2）SNR（信噪比）固定，比特传输率越高，BER（比特差错率越高） -
802.11无线Lan工作模式：基础设施模式和自组织模式
基础设施模式：无线主机利用基站实现与有线网络的连接，无线主机间不可直接通信
自组织模式：无线主机间相互直接发送数据 -
理解胖瘦AP的区别
胖AP：除拥有无线接入功能外，还拥有自带的完整操作系统，可以独立进行工作，如无线路由器
瘦AP：仅拥有无线接入功能，作为无线局域网的一个部件，如无线交换机或者集线器 -
关联和切换，信道(ISM频段，不同国家对该信道的划分使用）
关联：无线主机监听AP发送的信标帧，无线主机搜索11个信道，选择一个AP，利用802
.11的关联协议进行关联，关联后，无线主机加入了选定AP的子网。
切换：移动主机从与一个基站相关联，改变为与另一个基站相关联，所涉及的一系列处理过程
802.11信道:2.4GHz-2.485GHz频谱被分成部分重叠的11个信道，每个channel的宽度为22MHz，Ch1、Ch6、Ch11：三个非重叠信道。 -
主动扫描和被动扫描的基本过程
被动扫描：（1）AP周期发送信标帧（2）主机扫描11个信道找出所有AP发出的信标帧（3）主机向选择的AP发送关联请求帧（4）AP向主机发送关联响应帧
主动扫描：（1）无线广播发送探测响应帧（2）AP发送探测响应（3）无线主机向选定的AP发送关联请求帧（4）选定的AP向主机发送关联响应帧 -
CSMA/CA协议描述及应用，CSMA/CD协议不适用于802.11无线Lan的原因
发送方：（1）如果信道空闲了DIFS，则发送整个Frame，等待确认
（2）如果信道忙，确定一个随机数后退，设定计时器（信道空闲时计数值减少，信道忙时，计数值不变）
（3）计数值为0时，发送整哥Frame，等待确认
（4）如果收到ACK，Frame发送完毕，如继续发送，从（2）开始
（5）如未收到ACK，则选取更大的计数器值进行后退阶段
接收方：成功收到Frame，等待SIFS后发送ACK
原因：（1）信号衰减、干扰等使得接收信号的强度远远小于发送信号的强度，实现硬件成本高（2）冲突检测要求站点是全双工（3）wlan中的隐藏终端和衰减等问题（4）因为无法检测冲突，所以即使发生碰撞也会完整发送一帧 -
802.11帧结构中三个地址字段的含义及其用法、对802.11的高级特性的理解：速率适应与功率管理。
address1：帧接收方的MAC地址
address2：帧发送方的MAC地址
address3：基础设施模式下，AP连接路由器接口的MAC地址
速率适应：
功率管理：
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外部代理和归属代理
（1）移动节点MN
（2）归属网络：移动节点MN的固定居所
（3）归属代理：HA，代替移动节点处理与移动性相关功能的实体
（4）通信者
（5）外部网络：MN所漫游到的网络
（6）外部代理：FA，外部网络中处理移动事物的实体 -
永久地址和外部地址
（1）永久地址：MA，MN在归属网络中的地址
（2）外部地址（转交地址COA）：外部地址为MN分配的临时地址 -
移动节点的直接选路和间接选路过程；直接选路和间接选路中需要增加的网络层协议各有哪些？
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间接选路：
（1）通信者利用MN永久地址作为目的地址
（2）归属代理HA截获发往MN的分组，将原始数据包封装后发给外部代理FA
（3）外部代理FA将收到的分组转发给MN
（4）MN直接将数据包发送给通信者 -
网络层协议：
（1）MN到FA的注册/取消注册协议
（2）FA到HA的注册协议
（3）HA数据报的封装协议
（4）FA数据报的拆装协议 -
直接选路：
（1）通信者CN或CN代理向移动节点MN的归属代理HA请求其转交地址
（2）通信者CN代理利用隧道机制将分组发往外部代理FA
（3）FA将分组转发给MN
（4）MN直接向CN发送分组 -
网络层协议：
（1）MN到FA的注册/取消注册协议
（2）FA到HA的注册协议
（3）HA数据报的封装协议
（4）FA数据报的拆装协议
（5）移动用户定位协议
- 移动节点在外部网络之间移动时，直接选路和间接选路的处理过程。
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间接选路：
（1）MN向新外部代理FA注册
（2）新外部代理FA向MN的HA注册
（3）HA更新MN的转交地址COA
（4）分组可不被中断地转发到新转交地址COA -
直接选路：
（1）当移动节点到达一个新的外部网络后，移动节点向新的外部代理注册
（2）新的外部代理向锚外部代理提供MN的新COV
（3）当锚外部代理收到一个发往已经离开的MN的封装数据后，它用新的COV重新封装该数据报并发向MN
（4）如MN在通信过程中再次移动至另一个网络，该网络的外部代理也将与该锚外部代理联系建立连接
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GSM的组成及切换过程
组成：
（1）移动台MS
（2）移动子系统NSS
（3）基站子系统BSS
（4）操作支持子系统OSS
切换过程：
（1）旧基站通知被访MSC要进行切换和新基站信息
（2）被访MSC建立到新基站的通路（分配资源）
（3）新基站为MN分配无线信道
（4）新基站通知被访MSC和旧基站，专备切换就绪
（5）旧基站通知MN准备切换
（6）MN和新基站交换信息，激活到新基站的信道
（7）切换完成信息沿“MN-新基站-MSC-旧基站”传播
（8）释放从MSC-旧基站间的资源 -
移动IP的主要组成
（1）代理发现：FA/HA向MN发送代理通告，或MN发送代理请求
（2）代理注册：FA/MN向HA注册/注销COA
（3）数据报间接选路：数据报被归属代理转发给MN的方式 -
无线和移动网络技术对协议栈各层功能的影响
（1）对数据链路层协议的影响：信号衰减、多路径传播、隐藏终端等问题使得无线链路层协议需要特殊机制来应对
（2）对网络层协议的影响：结点移动时会改变网络接入点，地址也可能改变，网络层协议需要附加处理移动性的相关机制
（3）对传输层协议的影响：分组跌势/超时会引发TCP重传，TCP无法分辨丢失的原因（网络拥塞、切换过程或比特错误）
（4）对应用层协议的影响：无线链路带宽一般较低，应用层协议必须意识到，并将链路带宽当做稀有物品对待
四.MANET和WSN
- ad-hoc网络定义，ad-hoc网络节点功能。
- 定义：Ad Hoc网络是一个由若干个无线终端构成临时性的、无中心的网络，该网络中不需要任何基础设施
- 节点：每个节点既可作为主机（运行相关应用程序来获取或处理数据），也可作为中间路由设备（作为路由器，进行路由发现、维护以及转发分组等操作）
- ad-hoc网络拓扑结构。
- 对等式结构：平面结构，所有节点平等
- 分级结构：分为多个簇，一个簇头负责数据转发，多个簇成员
- 单频分级：所有节点使用同一通信频率，需网关节点支持
- 多频分级：不同级采用不同通信频率
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MANET路由算法：AODV和DSDV。
（1）DSDV路由算法
（2）AODV路由算法
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MANET地址分配方案。
（1）基于伙伴系统的分布式动态地址分配协议
（2）改进的DHCP协议
（3）基于硬件地址的IP地址分配 -
WMN定义、组成结构；与其他各种无线网络的技术特点对比（书表格6.13）。
无线网状网：一种从Ad Hoc网络中发展起来的新型网络技术，也是一种动态、自组织、自配置的多跳宽带无线网络
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WSN定义、与传统无线网络区别。理解WSN特点。
定义：
区别：
（1）节点数目庞大、分布密集、易故障
（2）网络拓扑多变化
（3）无线传感器节点的处理、存储、通信能力和电池电量都十分有限
（4）能源的高效利用
特点：
（1）自组织性
（2）网络规模大
（3）低速率
（4）低功耗
（5）低成本
（6）短距离
（7）可靠性
（8）动态性 -
WSN宏观架构、WSN网络结构及协议栈。
- 宏观架构：传感器节点（大量，监测）、汇聚节点（网关/信宿节点）、管理节点
- 网络结构：（由基站和大量结点组成、节点往往任意部署）
（1）平面结构：中小网络
（2）分级结构：较大网络 - 协议栈
（1）物理层：负责数据调制、发送与接收。
（2）数据链路层：负责数据帧封装、帧检测、介质访问和差错控制等。
（3）网络层：负责数据的路由转发、节点间通信、支持多传感器协作完成大型感知任务。
（4）传输层：负责维护数据流，保证通信质量。
（5）应用层：提供各种实际应用，解决各种安全问题。
能量管理平台：负责能量使用。
移动管理平台：记录节点移动。
任务管理平台：平衡和规划监测区域的感知任务。
- DD定义、基本过程、路径加强过程、负加强应用、协议特点。
- 定向扩散路由协议：是一种面向平面网络结构、以数据为中心、查询驱动的经典路由协议
- 路径加强过程：
1）探索梯度：
（1）源节点以较低速率建立的梯度。
（2）源节点采集到匹配数据后，先沿探索梯度方向从多路径发向汇聚节点。
（3）汇聚节点开始接收数据信息后，利用路径加强机制建立优化路径，并根据网络拓扑变化修改数据转发的梯度关系。
2）数据梯度：
（1）一旦数据源检测到匹配目标，它们会沿多路径以低速率向sink发送这些事件。
（2）Sink收到这些低速率事件后，它会以某种标准对某个特殊邻居进行加强，以高速率从这个邻居处拉取高质量的数据。
（3）假定以数据传输时延作为路由加强的标准，汇聚节点就选择首先发来最新数据的邻节点作为加强路径的下一跳，并向邻节点发送路径加强信息。消息中包含新设定的较高发送 数据速率值。 - 负加强：
（1）接收节点先加强了邻居A，而后从邻居B收到一个新事件，然后加强邻居B。这种情况下的路径加强机制会导致多余一条路径被加强。
（2）因此，如果来自B的路径更好，需要对A进行负加强，使通过A的路径被降至很低的 速率。即，当一条路径未定期被明显加强时，就终止相应梯度，降低其链路传输速率。
（3）方法：通过向A重新发送低速率兴趣显式降低通过A的路径梯度，当A的所有梯度都将为低 速率后，A就负加强那些以高速率向它发送数据的邻居。 - 协议特点：
（1）以数据为中心
（2）数据传输是相邻节点间扩散，不同于传统端到端的网络通信
（3）整个过程自适应
（4）梯度使整个网络适应性比较强
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理解S-MAC协议概述。
是一种基于竞争的MAC层协议，利用多跳、短距离通信以节省能量。 -
理解MAC层能量消耗的五种现象（补充），如碰撞冲突、串音、空闲侦听等。
（1）碰撞冲突
（2）串音
（3）空闲侦听
（4）控制消息
（5）重传 -
S-MAC的周期性监听和休眠、虚拟簇机制、冲突减少和串音避免机制及消息传递机制。
（1）周期性监听和休眠：节点空闲时自动转入休眠模式来减少侦听，为减少控制开销，可让节点 之间同步，同时侦听和休眠。
（2）虚拟簇机制：拥有相同调度信息的节点形成了一个虚拟簇，同一虚拟簇内节点周期一致。
部署区域较大的WSN中，可能形成多个不同虚拟簇，使协议具有良好的扩展性。
（3）冲突减少和串音避免机制：
（4）消息传递机制： -
S-MAC协议的不足之处（休眠，时间定长，机械）。
（1）节点活动时间无法适应负载的动态变化
（2）节点休眠带来的时延：通信中断
（3）边界结点能量消耗过快：虚拟簇
五.多媒体网络
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多媒体网络应用的类型（3）
（1）流式存储音频和视频
（2）会话式IP音频和视频
（3）流式实况音频和视频 -
多媒体网络应用的特点（作业）
（1）对时延高度敏感
（2）一般对丢包不敏感 -
客户缓存的作用
（1）吸收服务器到客户时延中的波动
（2）尽力为用户提供连续播放效果 -
掌握流式存储音频视频的三种流：HTTP流特点，及请求过程。
- UDP流
- HTTP流
特点：
（1）使用客户缓存和预取技术，连续播放效果更好
（2）HTTP/TCP使得视频更容易穿越防火墙和NAT
（3）降低了成本 - 适应性HTTP流
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“尽力而为”通常存在哪些限制？
（1）分组丢失
（2）端到端时延
（3）分组时延抖动 -
时延和时延抖动
（1）时延：
（2）分组时延抖动：端到端时延的一个关键成分是分组在路由器中经历的变化的排队时延。 由于这些可变的时延，从源中产生分组到它在接收方收到的这段时间，对于不同的分组 可能会有波动，称为时延抖动(jitter) -
如何在接收方消除时延抖动？如何设置播放时延？
（1）序号：因为分组可能不按序到达，但需要按序播放，所以发送方每产生一个分组，序号加1。
（2）时间戳：发送方按照每个块产生的时刻添加时间戳
（3）设置播放时延：从分组产生后延迟一定的毫秒q后将缓存中的分组按照先后顺序读出。
固定播放时延
自适应播放时延 -
几种丢包恢复方案的过程、特点及比较。（1,2前向纠错低频编码）
（1）前向纠错
过程：增加冗余信息，丢失一块可以恢复，2个及以上不可恢复
特点：增加冗余信息
（2）交织
过程：
特点：（1）明显提高音频质量，开销低（2）无冗余，不增加带宽要求（3）时延较大
（3）差错掩盖
过程：产生类似原始数据的替代数据
特点： -
对几种激励思考的应用场景问题的分析（4主机2路由器）
六.BGP
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什么是自治系统？自治系统之间的种类有几种？在BGP路由协议中，自治系统之间存在哪两种关系？
自治系统：一组处于相同管理与技术控制下的路由器互连集合。
种类：（1）末梢（2）多穴（3）中转
关系：（1）提供者-客户关系（2）对等关系（对等关系不可传递） -
BGP协议的路由通告原则
（1）BGP向邻居公告自己使用的路由(最佳路由)。
到特定目的地存在多条路径时，BGP只选择一条最佳路由供自己使用。
（2）EBGP向其所属AS的所有IBGP邻居公告从AS外(EBGP)获得的路由。
（3）BGP不向IBGP邻居公告从其它IBGP获得的路由。
（4）BGP是否向EBGP邻居公告从IBGP邻居获得的路由取决于同步规则的设置。
（启用同步规则，可以向EBGP公告） -
BGP如何验证next-hop的可达性
当BGP路由的下一跳不可达时，传输路径上某些路由器如果没有到达目标网络下一跳的IGP路由条目，该分组在传输过程中会被丢弃。
BGP在路由器转发表中递归查找。
如果有到这条BGP路由的Next-Hop的路由，则认为路由的Next-Hop可达。 -
BGP路由过滤的应用
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BGP属性的含义和用法
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理解BGP同步
同步就是指AS内的BGP与IGP的同步。
当路由器从IBGP邻居获悉路由时，需等待IGP将其传遍整个AS(即IGP路由表中存在该路由)后才能使用它，或者将其通告给EBGP邻居。
BGP同步规则确保整个AS中信息的一致性，避免路由黑洞。
如果AS的BGP中转路径上存在没有运行BGP的路由器，则应启用同步规则。 -
BGP配置过程及其过程分析（熟悉实验、会写关键配置命令）
第一部分：
利用GNS3©，利用Cisco 7200系列路由器设计如下结构的网络实验拓扑，通过配置，实现路由器之间的互连互通：
1)按下图所示参数配置各路由器接口的IP地址；
2)配置各路由器，建立BGP路由器的对等关系并验证
Figure 2 实验网络拓扑
注意：拓扑图中x为本人学号最后两位，y=x+1，z=y+1。以下步骤提示信息中假设x=1；y=2；z=3。请按要求完成下列实验。
（0）步骤零：x=36；y=37；z=38
（1）步骤一：按照上图参数配置好各个路由器接口的IP地址后，用ping命令来测试各直连路由器之间的连通性。
R2pingR1
R2pingR3
R1pingR2和R3
R3pingR1和R2
- Question1：R1和R3能相互ping通吗？为什么需要先验证各直连路由器之间的连通性后再建立BGP路由器的对等关系？
（1）R1和R3不能相互ping通。
（2）在BGP协议配置之前，应先验证BGP路由器之间能否相互ping通。因为如果不能ping通，则无法正常建立对等关系。
（2）步骤二：在R1和R2之间建立EBGP邻居关系，在R2和R3之间建立IBGP邻居关系。
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Question 2：在R1执行如下命令R1#show ip bgp summary，该命令的主要功能是什么？
（1）显示所有BGP连接的状态
Figure 3 实验截图1 -
观察两次执行show ip bgp summary后，邻居状态的变化。解释一下红色框线显示部分各个字段的含义。
（1）Neighbor：邻居
（2）V：协议版本号
（3）AS：自治系统编号
（4）MsgRcvd：收到的消息数量
（5）MsgSent：发出的消息数量
（6）TblVer：传输给这个 Peer 的最新的 BGP Database 版本。
（7）InQ：显示收到而未被处理的 BGP 信息
（8）OutQ：显示等待送出的 BGP 信息
（9）Up/Down：处于连接状态的时间
（10）State/PfxRcd：代表从这个 Peer 收到的 BGP Route 的数量 -
Question 3：在R1执行如下命令：R1#show ip bgp，查看一下R1的BGP路由信息，会看到什么结果？
（3）步骤三：利用network命令向BGP注入路由。然后在R2执行如下命令：
R2#show ip route，并观察结果：
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Question 4：路由信息旁边的B和C各代表什么意思？
（1）B：直连地址
（2）C：静态路由 -
Question 5：在R2执行如下命令：R2#show ip bgp，回答下列问题：
每个路由旁边的*代表什么意思？每个路由旁边的>代表什么意思？>号后面的i代码什么意思？本地路由器的ID是多少？BGP的版本是多少？各条路由的起源是什么？各条路由的weight是多少？
（1）*表示有效路由，>表示最佳路由，i表示路由的origin为IGP
（2）本地路由器的ID是1.1.1.1，BGP的版本是3
（3）各条路由的起源分别是1i，i，i，各条路由的weight分别是0，32768，0 -
Question 6：在R2执行如下命令：R2#show ip bgp neighbors
1）R2的iBGP邻居的路由器ID是多少？和R2之间是什么BGP状态？该连接已经up了多长时间了？该连接的保持时间和keepalive时间各是多长？
（1）R2的iBGP邻居的路由器ID是38.38.38.38，和R2之间是Established状态，该连接已经up了00：04：46，该连接的保持时间和keepalive时间各是180和60seconds
2）R2的eBGP邻居的路由器ID是多少？和R2之间是什么BGP状态？该连接已经up了多长时间了？该连接的保持时间和keepalive时间各是多长？
（1）R2的eBGP邻居的路由器ID是36.36.36.36，和R2之间是什么Established状态，该连接已经up了00：05：53，该连接的保持时间和keepalive时间各是180和60seconds
（4）步骤四：
验证一下R1和R3能否相互ping通。
R1#ping 3.3.3.3
R1#ping 10.1.1.2
- Question 7：如果不能ping通，为什么？
在同步规则被禁用的情况下，尽管BGP路由38.38.38.38/24已经由IBGP邻居R2通告给其EBGP邻居R1，但是IGP还没有学习到相关的路由或路由的下一跳不可达，所以不能ping通。
（5）步骤五：
配置IGP路由，使R1和R3能够相互ping通。
学习路由
- Question 8：验证BGP协议的路由同步，记录并分析实验结果。
（6）步骤六：路由聚合
在R3上再添加三个loopback接口，然后配置路由器，使R3只向外通告聚合路由，不通告具体路由。
第二部分
路由拓扑图及配置与第一部分相同
利用ACL进行过滤，禁止38.38.38.0网段访问R1
利用2.prefix过滤，只允许聚合后路由38.38.32.0访问R1
