计算机网络知识点整理---网络层（上）（四）

本文章是根据B站的王道计算机考研-计算机网络进行整理
*建议使用电脑观看

计算机网络知识点整理—概述（一）

计算机网络知识点整理—物理层（二）
计算机网络知识点整理—数据链路层 （上）（三）
计算机网络知识点整理—数据链路层 （下）（三）
计算机网络知识点整理—网络层（上）（四）
计算机网络知识点整理—网络层（下）（四）
计算机网络知识点整理—传输层（五）
计算机网络知识点整理—应用层（六）

一、电路交换、报文交换与分组交换

电路交换的阶段：建立连接–通信–释放连接
 特点：独占资源
 优点：通信时延小、有序传输、没有冲突、实时性强
 缺点：建立连接时间长、线路独占，使用效率低、灵活性差、无差错控制能力
报文交换
 报文：源应用发送的信息整体
 优点：无需建立连接、存储转发，动态分配线路、线路可靠性较高、线路利用率较高、多目标服务
 缺点：有存储转发时延、报文大小不定，需要网络节点有较大的空间
分组交换
 分组：把大的数据块分割成小的数据块
 优点：无需建立连接、存储转发，动态分配线路、线路可靠性较高、线路利用率较高、相对于报文交换，存储管理更容易
 缺点：有存储转发时延、需要传输额外的信息量、乱序到目的主机时，要对分组排序重组

 计算报文交换和分组交换时，报文交换是直接将一个直接发送，分组交换按是分组后并 行发送，时间计算方法为最后一通过的时间和最后一个单独通过交换设备的时间之和。
 计算题中要注意的几点：
  1.单位换算：b/B,Mbps,kbps
  2.是否考虑传播延迟
  3.时间至少是多少–选择最少跳数
  4.起始时间（从发送开始到接收完为止/从发送开始到发送完毕）
  5.是否有分组头部大小的开销
  6.报文交换时延更长，分组交换时延可能不是整数

二、 数据报与虚电路

分组交换分为数据报方式和虚电路方式
 数据报方式为网络层提供无连接服务。
  无连接服务：不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。
 虚电路方式为网络层提供连接服务。
  连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接。

几种传输单元名词辨析
应用层	报文
传输层	报文段
网络层	IP数据报、分组
数据链路层	帧
物理层	比特流

	数据报服务	虛电路服务
连接的建立	不要	必须有
目的地址	每个分组都有完整的目的地址	仅在建立连接阶段使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号
路由选择	每个分组独立地进行路由选择和转发	属于同一条虛电路的分组按照同一路由转发
分组顺序	不保证分组的有序到达	保证分组的有序到达
可靠性	不保证可靠通信，可靠性由用户主机来保证	可靠性由网络保证
对网络故障的适应性	出故障的结点丢失分组，其他分组路径选择发生变化，可正常传输	所有经过故障结点的虛电路均不能正常工作
差错处理和流量控制	由用户主机进行流量控制，不保证数据报的可靠性	可由分组交换网负责，也可由用户主机负责

三、IP数据报格式

版本：IPV4
首部长度：单位是4B，最小为5。
区分服务：指示期望获得哪种类型的服务。
总长度：首部+数据，单位是1B。
生存时间（TTL)：1P分组的保质期。经过一个路由器-1，变成0则丢弃。
协议：数据部分的协议。
首部检验和：只检验首部。
源IP地址和目的IP地址：32位。
可选字段：0~40B,用来支持排错、测量以及安全等措施。
填充：全0，把首部补成4B的整数倍。
标识：同一数据报的分片使用同一标识。
标志：只有2位有意义x
中间位DF (Don’t Fragment):
 DF=1，禁止分片
 DF=0，允许分片
最低位MF ( More Fragment)
 MF=1，后面“还有分片”
 MF=0，代表最后一片/没分片
片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍。

四、IPv4地址

IP地址:全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。
IP地址：{<网络号><主机号>}

网络地址转化NAT

 网络地址转换NAT (Network Address Translation)：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。

子网划分和子网掩码

 分类的IP地址的弱点：1、IP地址空间的利用率又是很低2、两级IP地址不够灵活
 例：某主机的IP地址为180.80.77.55，子网掩码为255.255.252.0。若该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是（D）【解析：首先IP地址为B类网址，所以前16位为网络号，由子网掩码的第三字节252为11111100可知第三字节前六位为子网号，后两位为主机号，则IP地址的第三字节的前六位01001101为子网地址01001100即180.80.76.0，因为为广播地址，所以变为01001111，则再加上三。】
A. 180.80.76.0 B. 180.80.76.255 C.180.80.77.255 D.180.80.79.255
路由器转发分组的算法：
1.提取目的IP地址
2.是否直接交付
3.特定主机路由
4.检测路由表中有无路径
5.默认路由 0.0.0.0
6.丢弃，报告转发分组出错

五、无分类编址CIDR

无分类编址CIDR
 无分类域间路由选择CIDR:
 1.消除了传统的A类，B类和C类地址以及划分子网的概念。CIDR记法：IP地址 后加上“/”，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数。e.g.128.14.32.0/20
 2.融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”128.14.35.7/20是某CIDR地址块中的一个地址
 二进制：10000000 00001110 00100011 00000111
 最小地址：10000000 00001110 00100000 00000000
 128.14.32.0
 最大地址：10000000 00001110 00101111 11111111
 128.14.47.255
 地址块：128.14.32.0/20【/20地址块】
 地址掩码（子网掩码）：11111111 11111111 11110000 00000000
构成超网
 将名个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合。
方法：将网络前缀缩短
最长前缀匹配
 使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果，应选择具有最长网络前级的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。

六、ARP协议

由于在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用MAC地址。
ARP协议
 完成主机或路由器1P地址到MAC地址的映射。解决下一跳走哪的问题
ARP协议使用过程：
 检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF -FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目 的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入 ARP缓存（10-20min更新一次）
 ARP协议4种典型情况：
  1.主机A发给本网络上的主机B：用ARP找到主机B的硬件地址：
  2.主机A发给另一网络上的主机B：用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬 件地址：
  3.路由器发给本网络的主机A：用ARP找到主机A的硬件地址：
  4.路由器发给另一网络的主机B：用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。
在本网络上

在另一个网络

七、DHCP协议

 动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP。DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。
 1.主机广播DHCP发现报文 试图找到网络中的服务器，服务器获得一个IP地址。
 2.DHCP服务器广播DHCP提供报文 服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置，先到先得。
 3.主机广播DHCP请求报文 主机向服务器请求提供IP地址。
 4.DHCP服务器广播DHCP确认报文 正式将IP地址分配给主机。

八、ICMP协议

网际控制协议报文

ICMP差错报告报文（5种）
  1终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。无法交付
  【2源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。拥塞丟数据】
  3时间超过：当路由器收到生存时间TTL=0的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。TTL=0
  4参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发口送参数问题报文。首部字段有问题
  5改变路由(重定向)：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器(可通过更好的路由）值得更好的路由
ICMP差错报告报文数据字段

不应发送ICMP差错报文的情况
  1.对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。
  2.对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
  3.对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。
  4.对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.5） 的数据报不发送ICMP差错报 告报文。
ICMP询问报文
  1.回送请求和回答报文
    主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或 路由器发送ICMP回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。
  2时间戳请求和回答报文
    请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。
  3.掩码地址请求和回答报文
  4.路由器询问和通告报文
ICMP的应用
   PING 测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文。
  Traceroute 跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文

九、 IPv6

IPv6数据报格式

IPv6与IPv4的区别
   1.1PV6将地址从32位（4B）扩大到128位（16B），更大的地址空间。
   2.1Pv6将1Pv4的校验和字段彻底移除，以减少每跳的处理时间。
   3.1PV6将1Pv4的可选字段移出首部，变成了扩展首部，成为灵活的首部格式，路 由器通常不对扩展首部进行检查，大大提高了路由器的处理效率
   4.1PV6支持即插即用（即自动配置），不需要DHCP协议。
   5.IPV6首部长度必须是8B的整数倍，1PV4首部是4B的整数倍。
   6.1PV6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片。
   7.ICMPV6：附加报文类型“分组过大”
   8.1PV6支持资源的预分配，支持实时视像等要求，保证一定的带宽和时延的应用。
   9.IPV6取消了协议字段，改成下一个首部宇段。
   10.1PV6取消了总长度字段，改用有效载荷长度字段。
   11.1PV6取消了服务类型字段。
IPv6地址表示形式

IPv6基本地址类型
   单播 一对一通信 可做源地址+目的地址
   多播 一对多通信 可做目的地址
   任播 一对多中的一个通信 可做目的地址
IPv6向IPv4过渡的策略
   双栈协议 双协议栈技木就是指在一合设备上同时启用1PvV4协议栈和PV6协议栈。这样的话，这台设备既能和1Pv4网络通信，又能和1PV6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPV4地址和1PV6地址，并很可能分别连接了1PV4网络和1PV6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有1PV4地址和1PVG地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。
   隧道技术 通过使用工联网络的基的设施在网络之回传进数据的方二。使用隧道传递的数据，（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。