计算机网络期末复习总结——第四章

计算机网络期末复习总结——第四章

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一、网络层提供的两种服务

虚电路服务、数据报服务

1.1 网际协议IP配套使用的四个协议

地址解析协议 ARP（IP地址—>物理地址）
逆地址解析协议 RARP（物理地址—>IP地址）
网际控制报文协议 ICMP
网际组管理协议 IGMP

1.2中间设备：

物理层中继系统：转发器、
数据链路层中继系统：网桥或桥接器、
网络层中继系统：路由器、
网桥和路由器的混合物：桥路器(brouter)、
网络层以上的中继系统：网关

1.3IP地址

IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。
MAC地址与IP地址的区别与联系：
“二层基于MAC地址转发数据帧，三层基于IP地址转发报文”
MAC地址是烧录在网卡或者接口上的物理地址，具有二层意义和全球唯一性，一般不能被改变。IP地址是网络中的主机或者三层接口在网络中的逻辑地址，在同一个网络内具有唯一性。路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址

IP地址的三种编址方式：
①分类的IP地址；②子网划分；③构成超网；

①IP 地址 ::= { <网络号>, <主机号>}
IP地址的分类划分：
A类地址：8位网络号和24位主机号；
B类地址：16位网络号和16位主机号；
C类地址：24位网络号和8位主机号；
D类地址：1110 多播地址；
E类地址：1111 保留今后使用

IP 地址两个重要特点：
1、IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。
2、路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转0000000000000000000000000000000000000000000000000间

A/B/C三类IP地址私有IP地址范围：

1.4IP 数据报的格式

各分段详细意义：
数据报最大长度为216-1= 65535 字节
IP 的首部长度的最大值是 60 字节
MF  1 表示后面“还有分片”。MF  0 表示最后一个分片4、只有当 DF  0 时才允许分片
首部检验和(16 位)字段只检验数据报的首部，不检验数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的反码算术运算求和计算方法

1.5ARP协议

ARP协议：IP地址—》物理地址。不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。

协议思想：
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。当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。
当路由器收到待转发的数据报，不是将下一跳路由器的 IP 地址填入 IP 数据报，而是送交下层的网络接口软件。网络接口软件使用 ARP 负责将下一跳路由器的 IP 地址转换成硬件地址，并将此硬件地址放在链路层的 MAC 帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。

1.6IP数据报的分片

分片思想：
IP数据报在互联网上传输时，可能要经过多个物理网络才能从源端传输到目的端。不同的网络由于链路层和介质的物理特性不同，因此在进行数据传输时，对数据帧的最大长度都有一个限制，这个限制值即最大传输单元MTU（Maximum Transmission Unit）.
同一个网络上的两台主机之间通信时，该网络的MTU值是确定的，不存在分片问题。分片问题一般只存在于具有不同MTU值的互联网中。由于现在互联网主要使用路由器进行网络连接，因此分片工作通常由路由器负责。
当两台主机之间的通信要通过多个具有不同MTU值的网络时，MTU的瓶颈是通信路径上最小的MTU值，它被称为路径MTU。由于路由选择不一定是对称的（从A到B的路由可能与从B到A的路由不同），因此，路径MTU在两个方向上不一定是一致的，下表是几种常用网络的MTU值：

分片：
把一个数据报为了适合网络传输而分成多个数据报的过程称为分片，被分片后的各个IP数据报可能经过不同的路径到达目标主机。
一个IP数据报在传输过程中可能被分片，也可能不被分片。如果被分片，分片后的IP数据报和原来没有分片的IP数据报结构是相同的，即也是由IP头部和IP数据区两个部分组成：
分片后的IP数据报，数据区是原IP数据报数据区的一个连续部分，头部是原IP数据报头部的复制，但与原来未分片的IP数据报头部有两点主要不同：标志和片偏移：
(1)标志：在IP数据报头部有一个叫“标志”的字段，用3位二进制数表示：
不分片DF（Do not Fragment）标志如果被置1，则数据报在传输过程中不能被分片，如网络连通性测试命令ping就可以用-F参数设置为在数据传输时不分片，但这样当数据不能通过MTU较小的网络时，将产生数据不可达的错误。
片未完MF（More Fragment）标志如果被置1，说明该数据报不是分片后的最后一个数据报，最后一个数据报的该位被置0。

1.7片偏移

片偏移：
IP数据报被分片后，各片数据区在原来IP数据区中的位置用13位片偏移来表示。片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。另外，当数据报被分片后，每个片的总长度值要改为该片的长度值。
当IP数据报被分片后，每一片都成为一个分组，具有自己的IP首部，并在选择路由时与其他分组独立。这样，当数据报的这些片到达目的端时有可能会失序，但是在IP首部中有足够的信息让接收端能正确组装这些数据报片。

1.8划分子网

划分子网的原因：
因为IP 地址的设计确实不够合理
IP地址 ::= {<网络号>, <子网号>, <主机号>}
方法：从网络的主机号借若干位作为子网号。
使用子网掩码可以找出 IP 地址中的子网部分
(IP 地址) 与运算(子网掩码) =网络地址

1.8默认子网号：

A类地址：255.0.0.0；
B类地址：255.255.0.0；
C类地址：255.255.255.0

1.9分类编址 CIDR

IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}

 在 IP 地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数（这个数值对应于三级编址中子网掩码中 1 的个数）。
128.14.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。这个地址块的起始地址是 128.14.32.0。在不需要指出地址块的起始地址时，也可将这样的地址块简称为“/20 地址块”。
128.14.32.0/20 地址块的最小地址：128.14.32.0
128.14.32.0/20 地址块的最大地址：128.14.47.255
全 0 和全 1 的主机号地址一般不使用。
使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，这时候用最长前缀匹配就okk

1.10网际控制报文协议 ICMP：

为了提高IP数据报交付成功的机会

分类： ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文

格式：ICMP 报文的前 4 个字节是统一的格式，共有三个字段：类型、代码和检验和。

ICMP 差错报告报文共有 5 种：终点不可达、源点抑制、时间超过 、参数问题、 改变路由（重定向）
ICMP询问报告报文一共有两种：回送请求和回答；时间戳请求和回答

二、理想的路由算法：

算法必须是正确的、完整的；算法能适应通信量和网络拓扑的变化；算法应具有稳定性；算法应是公平的；算法应是最佳的；

2.1内部网关协议 IGP（RIP 和 OSPF 协议） 外部网关协议EGP（BGP-4）

OSPF 协议：开放式最短路径优先

特点：
（1）向本自治系统中的所有路由器发送信息。
（2）发送的信息是于本路由器相邻的所有路由器的链路状态
（3）只有当链路状态发生变化时，才向所有路由器用洪泛法发送此信息。
更新过程收敛得快。
五种分组：问候；数据库描述；链路状态请求；链路状态更新、链路状态确认。

RIP协议：分布式基于距离向量的路由选择协议。
(距离向量指从一路由器到直接连接的相邻路由器之间的距离为“1”，又称“跳数”.)
RIP协议允许一条路径最多只能包含15个路由器，该协议只适用于小型网络，实现简单，开销小。

特点：
（1）仅和相邻路由器交换信息；
（2）交换的信息是自己的路由表；
（3）按固定的间隔时间交换路由表，即更新路由表；
”好消息传播的快，坏消息传播的慢”：当网络出现故障时，要经过较长时间才能将此消息传送到所有路由器

自治系统之间的路由选择也叫做：域间路由选择；在自治系统内部的路由选择叫做：域内路由选择

2.2“转发”和“路由选择”的区别：

1、“转发”(forwarding)就是路由器根据转发表将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。
2、“路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由。
3、 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的。

三、BGP-4 ：

BGP-4 共使用四种报文：
(1) 打开(OPEN)报文，用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系。
(2) 更新(UPDATE)报文，用来发送某一路由的信息，以及列出要撤消的多条路由。
(3) 保活(KEEPALIVE)报文，用来确认打开报文和周期性地证实邻站关系。
(4) 通知(NOTIFICATION)报文，用来发送检测到的差错。

四、网络地址转换 NAT：

至少有一个有效得外部全球IP地址，将所有使用本地地址得主机在和外部通信时都将本机得地址转换为全球IP地址，才能和互联网连接。

五、虚拟专用网 VPN：

利用公用得互联网作为本机构各专用网之间得通信载体得专用网。