计算机网络第四章第五章网络层知识总结复习

目录

网络层中提供的两种服务

中间设备

IP地址

IP地址表示方法

分类IP地址 

 最长网络前缀匹配原则

IPV6协议

内部网关协议RIP 

 网络地址转换

互联网连接要求

NAT路由器工作原理 

根据路由表进行判断下一跳

IP路由协议

RIP路由表是如何进行更新的？

根据IP地址判断A、B、C、D类，对A、B、C、D类地址进行子网划分

子网划分

举例子：给你一个B类地址，要求划分成四个相同的子网。以B类地址172.19.0.0/16为例。

NAT原理

NAT隐藏内部网络拓扑结构作用

当我们内部主机通过NAT访问Web服务，IP分组源地址和目的地址在内网和外网之间如何变化？

判断CIDR地址中最大地址和最小地址

第五章运输层

流量控制和拥塞控制的主要区别是什么？发送窗口的大小取决于流量控制还是拥塞控制？

TCP连接建立过程

 TCP/UDP的区别

网络层接口四个特性

三种交换方式

三种交换方式区别

数据链路层

以太网交换表生成

ARP协议

数据链路层解决三个问题

HTTP非持续和持续特点

FTP两个连接

 ping的原理

网络常见设备 

PPP协议：零比特填充法

 域名、网络地址、IP地址

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网络层中提供的两种服务

数据报服务与虚电路服务。

两种服务区别与对比

对比方面	虚电路服务	数据报服务
思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通信应当由用户主机来保证
连接的建立	必须有	不需要
终点地址	仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路信号	每个分组都有终点的完整地址，即IP地址
分组的转发	属于同一条虚电路的分组按照同一路由进行转发	每个分组独立查找转发表进行转发
当节点出故障时	所有通过出故障的虚电路均不能工作	出现故障的节点可能丢失分组，一些路由可能发生变化
分组的顺序	总是按发送顺序达到终点	到达终点不一定是按照发送顺序
端到端的差错处理和流量控制	考研由网络负责，也可以由用户主机负责	由用户主机负责

中间设备

四种中间设备
转发器	物理层使用的中间设备
网桥或桥接器、交换机	数据链路层使用的中间设备
路由器	网络层使用设备
网关	在网络层以上使用的设备

IP地址

IP地址表示方法

32位标识符，采用点分十进制的方法可以提高可读性。IP地址由两端组成第一段是网络号，标志此接口所连接的网络。第二个字段是主机号，标志该主机。

IP地址指明的了连接到某个网络上的一个主机。

分类IP地址 

A类（n=8）、B类（n=16）、C类（n=32）地址都是单播地址（一对一通信），D类是多播地址，（一对多通信）

A类：网络号8位，主机号24位。主机号占3个字节，全0和全1的主机和不指派。该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址，例如（主机IP地址为5.6.7.8，则该主机所在的网络号为5，网络地址为5.0.0.0）全1表示该网络上的所有主机。每一个A类网络上中最大主机数：2的24次方-2即16777214个，A类可指派的网络号：2的7次方-2，即126个

B类：网络号16位，主机号16位。网络号字段2个字节。可支配网络数：2的14次方，即16384。B类地址的每一个网络上最大的主机数：2的16次方-2，即65534个

C类：网络号24位，主机号8位。网络号字段占3个字节。C类可指派的网络总数是2的21次方，即2097152个。每个C类地址的最大主机数是2的8次方-2，即254个。

接下来的总结可看  

IP数据报_梁先生✘的博客-CSDN博客_ip数据报

 最长网络前缀匹配原则

在采用CIDR编址时，如果一个分组在转发表中可以找到多个匹配的前缀，那么选择前缀最长的一个作为匹配前缀。（这个原则看最长的还得是最匹配得，很好理解）

IPV6协议

为解决IP地址得耗尽，采取更大地址空间得新版本IP

详细请看

IPv6-互联网协议第六版_梁先生✘的博客-CSDN博客

内部网关协议RIP 

RIP是IGP中最先得到广泛使用得协议。

详细看

RIP协议——互联网的路由选择协议知识总结_梁先生✘的博客-CSDN博客_如果使用rip协议怎么选择路径

 网络地址转换

互联网连接要求

在专用网络连接到互联网得路由器上安装NAT软件。至少有一个有效得外部全球IP地址。

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

NAT路由器工作原理 

NAT 路由器收到从专用网内部的主机 A 发往互联网上主机 B 的IP 数据报①:源地址S= 192.168.0.3，而目的地址 D = 213.18.2.4。NAT 路由器通过内部的 NAT 转换表，把专用网的 IP 地址 192.168.0.3，转换为全球 IP 地址 172.38.1.5 后，改写到数据报的首部中作为新的源地址，然后把新的数据报②转发出去。主机 B 收到 IP 数据报②后，发回应答③，B 发送的 IP 数据报的源地址就是自己的地址: S = 13.18.2.4，目的地址就是刚才收到的数据报的源地址，因此现在 D = 172.38.1.5。请注意，B 并不知道A 的专用地址 192.168.0.3。实际上即使知道了，也不能使用，因为互联网上的路由器不能转发目的地址是任何专用地址的 IP数据报。当 NAT 路由器收到 B 发来的 IP 数据报③时，还要进行一次 IP 地址的转换。通过NAT 转换表，把收到的 IP 数据报使用的目的地址 D = 172.38.1.5 转换为专用网内部的目的地址 D=192.168.0.3(即主机 A 真正的本地IP 地址)，变成了数据报④，然后发送到A。 

 记

        通过NAT路由器的通信必须由专用网内的主机发起

        专用网内部的主机不能直接充当服务器使用

根据路由表进行判断下一跳

两种类型

第一种：目的地址、子网掩码、下一跳

第二中：网络前缀、下一跳

第一种方法求下一跳的时候，目的地址与子网掩码做“AND”运算，得到的就是匹配的下一跳。

第二种方法求下一跳的时候，全部化成二进制，根据网络前缀最长匹配准则进行判断下一跳。

IP路由协议

RIP路由表是如何进行更新的？

举例子：假如有一个路由表B，有已知的路由信息：目的网络，距离，下一跳。

目的网络	距离	下一跳
N1	7	A
N2	2	C
N6	8	F
N8	4	E
N9	4	F

现在收到C发来的路由信息

目的网络	距离
N2	4
N3	8
N6	4
N8	3
N9	5

计算步骤: 将B收到的路由协议中的距离都加1，（从C发出，路由信息里面下一跳固然是C），与B中的路由信息进行对比更新。

更新后的路由表

目的网络	距离	下一跳	变换情况
N1	7	A	无信息，不变
N2	5	C	相同的下一跳，更新距离
N3	9	C	新添加的路由信息
N6	5	F	不同下一跳，距离更短，更新距离
N8	4	E	不同下一跳，距离一样，不更新
N9	4	F	不同下一跳，距离更大，不更新

根据IP地址判断A、B、C、D类，对A、B、C、D类地址进行子网划分

分类在上面的总结中，分类地址

A类地址：1.0.0.0~126.255.255.255

B类地址：128.0.0.0~191.255.255.255

C类地址：192.0.0.0~223.255.255.255

D类地址：224.0.0.0~239.255.255.255

子网划分

A类地址的子网掩码：255.0.0.0

B类地址的子网掩码：255.255.0.0

C类地址的子网掩码：255.255.255.0

D类地址的子网掩码：组播地址

举例子：给你一个B类地址，要求划分成四个相同的子网。以B类地址172.19.0.0/16为例。

要将网络划分为4个子网，先套用子网的计算公式：子网数=2的n次方，即4=2的n次方，n为2。

n为2，即需要在主机位上借2位进行子网的划分，主机位还剩6+8=14位。

机位可以知道网络掩码位数为32-14=18位，即子网掩码为255.255.192.0

每个子网的地址块为256-192=64

所以，每个子网的的地址分别为172.19.0.0/18，172.19.64.0/18，172.19.128.0/18，172.19.192.0/18

等分子网数=2的N次方，其中N是需要划分的子网位位数。

4=2的2次方，所以需要划分为2位子网位。

B类网络16位网络位、16位主机位，划分2位子网位后的子网18位网络位、14位主机位。
四个子网地址分别是前16位不变，第17和18位分别为：00,01,10,11的四个子网。

简单明了。

NAT原理

当私有网主机和公共网主机通信的IP包经过NAT网关时，将IP包中的源IP或目的IP在私有IP和NAT的公共IP之间进行转换。

NAT是解决IP地址不足的关键技术

NAT隐藏内部网络拓扑结构作用

在防火墙上实现NAT后，可以 隐藏受保护网络的内部拓扑结构 ，在一定程度上提高网络的安全性。 

当我们内部主机通过NAT访问Web服务，IP分组源地址和目的地址在内网和外网之间如何变化？

源地址:一个私网的源地址转换为一个公网的地址。

主要还是看那个NAT原理图

判断CIDR地址中最大地址和最小地址

例如：192.168.0.1/24

IP地址192.168.0.1的二进制表示法是：
11000000 10101000 00000000 00000001

前24位是网络前缀，后8位是主机地址，令主机地址分别为全0和全1就可以得到一个CIDR地址块的最小地址和最大地址。

即：
最小地址：11000000 10101000 00000000 00000000 = 192.168.0.0
最大地址：11000000 10101000 00000000 11111111 = 192.168.0.255
令网络前缀全1，主机地址全0，就可以得到子网掩码：
子网掩码：11111111 11111111 11111111 00000000 = 255.255.255.0

第五章运输层

拥塞控制和流量控制

拥塞控制：是作用于网络的，它是防止过多的数据注入到网络中，避免出现网络负载过大的情况常用的方法就是：（ 1 ）慢开始、拥塞避免（ 2 ）快重传、快恢复。

流量控制：流量控制是作用于接收者的，它是控制发送者的发送速度从而使接收者来得及接收，防止分组丢失的。

流量控制和拥塞控制的主要区别是什么？发送窗口的大小取决于流量控制还是拥塞控制？

拥塞控制作用于网络，它是防止过多的数据注入网络中，避免出现负载过大的情况。

流量控制作用于接收者，控制发送者的发送速度从而使接收者来得及接收，防止组丢失。

区别：1、流量控制解决的是发送方和接收方速率不匹配的问题；拥塞控制解决的是避免网络资源被耗尽的问题。 2、流量控制是通过滑动窗口来实现的；拥塞控制是通过拥塞窗口来实现的。

发送窗口的上限值是 Min [rwnd, cwnd]，接收窗口的大小体现了接收端对发送端施加的流量控制，而拥塞窗口的大小则是整个互联网的负载情况对发送端施加的拥塞控制。因此，当接收窗口小于拥塞窗口时，发送窗口的大小取决于流量控制，即取决于接收端的接收能力。但当拥塞窗口小于接收窗口时，则发送窗口的大小取决于拥塞控制，即取决于整个网络的拥塞状况。

TCP连接建立过程

连接建立过程叫做握手。.

三报文握手建立TCP连接过程：

1、服务器进程先创建传输控制块TCB，并处于监听状态；2、客户端创建传输控制块TCB，并向服务器发出连接请求报文段；3、客户端进程收到服务器的确认报文段后，立即回复确认报文段；4、进入已建立连接状态。

 TCP/UDP的区别

在连接上：1、TCP提供的是面向连接的、可靠的数据流传输;UDP提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输。 2、TCP提供可靠的服务，通过TCP连接传送的数据，无差错、不丢失、不重复，按序到达;UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。

 在结构程序方面：TCP的结构较为复杂，而UDP结构较为简单。

在通信上：每一条TCP连接只能是点到点的；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信

网络层接口四个特性

机械特性： 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性： 指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。
功能特性： 指明某条线上出现某一电平的电压意义。
过程特性： 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

三种交换方式

电路交换：整个报文的比特流连续地从源点直达终点，好像在一个管道中传送。

报文交换：整个报文先传送到相邻节点，全部存储下来后查找转发表，转发到下一个结点。

分组交换：单个分组（这只是报文的一部分）传送到相邻结点，存储下来后查找转发表，转发到下一结点。

三种交换方式区别

 电路交换直接一次传输全部数据，报文交换以报文作为传送单元，分组交换以更小的分组作为传送单元。

数据链路层

CRC循环冗余校验

根据多项式判断传输过程是否出错

 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。例如：代码1010111对应的多项式为x6+x4+x2+x+1，而多项式为x5+x3+x2+x+1对应的代码101111。

下面是一个根据一个给定的生成多项式求CRC码的例子

假设使用的生成多项式是G(X)=X3+X+1。4位的原始报文为1010，求编码后的报文。
解：
1、将生成多项式G(X)=X3+X+1转换成对应的二进制除数1011。
2、此题生成多项式有4位（R+1）(注意：4位的生成多项式计算所得的校验码为3位，R为校验码位数)，要把原始报文C(X)左移3（R）位变成1010 000
3、用生成多项式对应的二进制数对左移3位后的原始报文进行模2除（高位对齐），相当于按位异或 得到的余位011，所以最终编码为：1010 011

 

以太网交换表生成

动作	交换表的状态	向哪些接口转发帧	说明
A发送帧给D	写入(A, 1)	所有接口	发送之前为空表，发送之后存入A接口在1
D发送帧给A	写入(D, 4)	A接口	之前有A的信息，发送之后存入D接口在4
E发送帧给A	写入(E, 5)	A接口	之前有A的信息，发送之后存入E接口在5
A发送帧给E	不变	E接口	之前有E的信息和A的信息

ARP协议

地址解析协议，

数据链路层解决三个问题

 封装成帧、透明传输、差错检测

⑴封装成帧就是在一段数据前后分别添加首部和尾部。接收端以便从收到的比特流中识别帧的开始与结束，帧定界是分组交换的必然要求；

⑵ 透明传输避免消息符号与帧定界符号相混淆；

⑶差错检测防止差错的无效数据帧，浪费网络资源。

HTTP非持续和持续特点

非持续连接 ：限制每次连接只处理一个请求，服务器处理完客户的请求，并收到客户的应答后，即断开连接。

持续连接 ：不必为每个web对象创建一个新的连接，一个连接可以传送多个对象，采用这种方式可以节省传输时间。

FTP两个连接

1. 控制连接

客户端希望与FTP服务器建立上传下载的数据传输时，它首先向服务器的TCP 21端口发起一个建立连接的请求，FTP服务器接受来自客户端的请求，完成连接的建立过程，这样的连接就称为FTP控制连接。

2. 数据连接

FTP控制连接建立之后，即可开始传输文件，传输文件的连接称为FTP数据连接。FTP数据连接就是FTP传输数据的过程，它有两种传输模式

FTP两个连接作用是：上传和下载。

客户端首先连接到FTP服务器的21端口，进行用户的认证，认证成功后，当我们要传输文件时，服务器会开一个端口为20来进行传输数据文件。

FTP允许用户以文件操作的方式（如文件的增、删、改、查、传送等）与另一主机相互通信。

然而， 用户并不真正登录到自己想要存取的计算机上面而成为完全用户， 可用FTP程序访问远程资源， 实现用户往返传输文件、目录管理以及访问电子邮件等等， 即使双方计算机可能配有不同的操作系统和文件存储方式。

 ping的原理

ping 程序是用来探测主机到主机之间是否可通信，如果不能ping到某台主机，表明不能和这台主机建立连接。

　ping 使用的是ICMP协议，它发送icmp回送请求消息给目的主机。ICMP协议规定：目的主机必须返回ICMP回送应答消息给源主机。如果源主机在一定时间内收到应答，则认为主机可达。  

网络常见设备 

物理层：中继器、集线器

中继器：主要功能是将信号整形并放大再转发出去，以消除信号经过一长段电缆后，因噪声或其他原因而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需要的要求，进而扩大网络传输的距离。

集线器：集线器(Hub) 实质上是一个多端口的中继器

数据链路层：网桥

网桥：网桥(Bridge)是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。

网络层：路由器

路由器：路由器是一种具有多个输入／输出端口的专用计算机，其任务是连接不同的网络（连接异构网络）并完成路由转发。在多个逻辑网络（即多个广播域）互联时必须使用路由器。

PPP协议：零比特填充法

冒号十六进制记法可以允许零压缩，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代，另外为了保证零压缩有一个不含混的解释，规定在任一地址中只能用一次零压缩。

0：0：0：0：0：0：128.10.2.1

零压缩：

：：128.10.2.1

 域名、网络地址、IP地址

IP地址是你的主机在网络上的地址

网络地址（称呼为网段地址更为准确，不过一般会叫网络地址）是一段IP的集合

域名：网站的名字