Samuel_luo。
Samuel_luo。

计网——网络层

四、网络层

网络层服务

在发送主机和接收主机之间对传送段（segment）

在发送端将段封装到数据报中

在接收端，将段上交给传输层实体

网络层协议存在于每一个主机和路由器

路由器检查每一个经过它的IP数据报头部

网络层关键功能

转发

数据平面（实施怎么走）

将分组从路由器的输入接口转发到合适的输出接口

路由

控制平面（决定怎么走）

使用路由算法来决定分组从发送主机到目标接收主机的路径

  • 路由选择算法
  • 路由选择协议

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传统方式

在每一路由器中的单独路由器算法原件，在控制平面进行交互

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SDN方式

一个不同的（通常是远程的）控制器与本地控制代理（CAs）交互

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网络服务模型

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连接建立

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网络层服务模型

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网络层：数据平面

路由器组成

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输入端口功能

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输入端口缓存

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交换结构

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通过内存交换

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通过总线交换

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通过互联网络的交换

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输出端口功能

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输出端口排队

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调度机制

调度：选择下一个要通过链路传输的分组

丢弃策略：
  • tail drop：丢弃刚到达的分组
  • priority：根据优先权丢失/移除分组
  • random：随机地丢弃/移除
FIFO scheduling：

按照分组到来的次序发送

优先权调度：

发送最高优先权分组

分为多类，不同类别有不同的优先权

  • 类别可能依赖于标记或者其他的头部字段
  • 先传高优先级的队列中的分组，除非没有
  • 每类中的分组按照FIFO次序传输

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Round Robin scheduling：

将分组分为多类

循环扫描不同类型的队列，发送完一类的一个分组，再发送下一个类的一个分组，循环所有类

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Weighted Fair Queuing：

一般化的Round Robin

在每段时间内，每个队列得到的服务是和权重成正比的

每个类在每一个循环中获得不同权重的服务量

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IP：Internet Protocol

网络层功能

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IP数据报格式

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IP分片和重组（Fragmentation & Reassembly）

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例子

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IP编址

IP地址：32位表示，对主机或者路由器的接口编址

接口：主机/路由器和物理链路的连接处

  • 路由器通常有多个接口
  • 主机也有可能有多个接口
  • IP地址和每一个接口关联

一个IP地址和一个接口想关联

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子网（Subnets）

IP地址：

  • 子网部分（高位bits）
  • 主机部分（低位bits）

一个子网内的节点它们的IP地址高位部分相同，这些节点构成的网络的一部分叫做子网

无需路由器介入，子网内各主机可以在物理上相互直接到达

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例子

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上述网络有6个子网

IP地址分类

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全0和全1的地址有特殊定义，这里需要去掉

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特殊IP地址

约定

  • 子网部分：全0——本网络
  • 主机部分：全0——本主机
  • 主机部分：全1——广播地址，这个网络的所有主机

特殊IP地址

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127.x.x.x表示回路（测试）地址，该地址会在到达IP层时，会反转朝上，表示本机

内网（专用）IP地址

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CIDR（Classless InterDomain Routing）

无类域间路由

  • 子网部分可以在任意位置
  • 地址格式a.b.c.d/x，x表示地址中子网号的长度

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与子网掩码进行与操作就可以得到一个网络号，主机号全为零（因为不需要）

子网掩码（subnet mask）

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转发表和转发算法

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如何获取一个IP地址

系统管理员将地址配置在一个文件中

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）：从服务器中动态获得一个IP地址

DHCP

允许主机再加入网络的时候，动态地从服务器那里获得IP地址

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工作概况

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DHCP client-server scenario

建立在UDP之上

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如何获得一个网络的子网部分

从ISP获得地址块中分配一个小地址块

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层次编址：路由聚集（route aggregation）

层次编址允许路由信息的有效广播

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IPX的路由器将IP0-IPN的IP聚集起来之后，再向外通告路由

当组织进行了迁移，例如组织7从IPX迁移到IPY时，IPY路由器将会更改通告

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这样后就需要进行最长前缀匹配，因为IPX和IPY都对200.23.18.0进行了成功的匹配，但是IPY通告的前缀最长，更精准，所以下一跳将会是IPY路由器

ISP如何获得一个地址块

ICANN：Internet Corporation for Assigned Names and Numbers

  • 分配地址
  • 管理DNS
  • 分配域名

NAT：网络地址转换（Network Address Translation）

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动机

本地网络只有一个有效IP地址

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实现

NAT路由器必须具备：

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路由器用端口号区分内网主机

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问题

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NAT穿越

三种方案

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IPV6

动机

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数据报格式

  • 固定的40字节头部
  • 数据报传输过程中，不允许分片
头部

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与IPV4的变化

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从IPV4到IPV6的平移
隧道（Tunneling）

在IPV4路由器之间传输IPV4数据报中携带IPV6数据报

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通用转发和SDN

数量众多、功能各异的中间盒

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网络设备控制平面的实现方式特点

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传统方式实现网络功能的问题

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SDN的主要思路

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SDN控制平面和数据平面分离的优势

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垂直集成和水平集成的差异

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SDN特点

1、通用“flow-based”基于流的匹配+行动（OpenFlow）

2、控制平面和数据平面分离

3、控制平面功能在数据交换设备之外实现

4、可编程控制应用，在控制器之上以网络应用形式实现各种网络功能

SDN架构

数据平面交换机

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SDN控制器

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控制应用

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OpenFlow数据平面抽象

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流表的表项结构

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抽象

match+action：统一化各种网络设备提供的功能

路由器、防火墙、交换机、NAT都能由match+action实现相关功能

例子

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网络层：控制平面

概念

路由的概念

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网络的图抽象

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边和路径的代价

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最优化原则（optimality principle）

汇集树（sink tree）

  • 此节点到所有其它节点的最优路径形成的树
  • 路由选择算法就是为所有路由器找到并使用汇集树

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路由的原则

路由选择算法的原则

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路由选择算法的分类

①全局

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①分布式

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②静态

路由随时间变化缓慢

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②动态

路由变化很快

  • 周期性更新
  • 柑橘链路代价的变化而变化

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路由选择算法

Link State

LS路由工作过程

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链路状态路由选择（link state routing）

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1、发现相邻节点，获知对方网络地址

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2、测量到相邻节点的代价（延迟、开销）

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3、组装一个分组，描述相邻节点的情况

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4、将分组通过扩散的方法发送到所有其它路由器

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5、通过Dijkstra算法找出最短路径

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Dijkstra算法缺点

可能会引起震荡

LS应用情况
  • OSPF协议是一种LS协议，被用于Internet上
  • IS-IS（Internet system-intermediate system）：被用于Internet主干中，Netware

Distance Vector

距离矢量路由选择（distance vector routing）

动态路由算法之一

DV应用情况

ARPANET、Internet（RIP）、DECnet

基本思想

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具体实现

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例子

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Bellman-Ford例子

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距离矢量算法

核心思路

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无穷计算问题

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水平分裂（split horizon）算法

一种对无穷计算问题的解决办法

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LS和DV算法的比较

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因特网中自治系统内部的路由选择

RIP（Routing Information Protocol）

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RIP通告（advertisements）

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例子

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链路失效和恢复

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RIP进程处理

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OSPF（Open Shortest Path First）

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高级特性（RIP没有）

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层次性OSPF路由

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ISP之间的路由选择：BGP

层次路由

一个平面的路由

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平面路由的问题

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层次路由：将互联网分成一个个AS（路由器区域）

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路由变成了：2个层次路由

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层次路由的优点

解决了规模问题

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解决了管理问题

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互联网AS间路由：BGP

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eBGP、iBGP连接

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BGP基础

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路径的属性 & BGP路由

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BGP路径通告

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BGP报文

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BGP、OSPF、转发表表项

路由器是如何设置到这些远程子网前缀的转发表表项的

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BGP路径选择

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热土豆路由

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BGP：通过路径通告执行策略

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内部网关协议和外部网关协议差异很大

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SDN（Software Defined Network）控制平面

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SDN特点

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SDN架构

数据平面交换机

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SDN控制器

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控制应用

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SDN控制器里的元件

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OpenFlow协议

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控制器到交换机的报文

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交换机到控制器的报文

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例子

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计网——网络层_第125张图片

OpenDaylight（ODL）控制器

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ONOS控制器

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SDN面临的挑战

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网络管理和SNMP

网络管理

  • 自治系统（autonomous system）：1000多个相互的软件和硬件部件
  • 其它复杂的系统也需要被监视和控制

“网络管理”包括了硬件、软件和人类元素的设置，综合和协调，以便监测，测试，轮询，配置，分析，评价和控制网络和网元资源，用合理的成本满足实时性，运行能和服务质量的要求

网络管理的五大功能

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网络管理架构

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SNMP协议

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报文类型

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网课视频以及资料来源

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    文章目录【计算机网络】（一）计算机网络概述前言1.1计算机网络在信息时代中的作用1.2互联网概述1.2.1网络的网络1.2.2互联网基础结构发展的三个阶段1.2.3互联网标准化工作1.3互联网的组成1.3.1互联网的边缘部分1.3.2互联网的核心部分1.4计算机网络的类别1.4.1计算机网络的定义1.4.2几种不同类别的计算机网络1.5计算机网络的性能1.5.1计算机网络的性能指标1.5.2计算机
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    从某网上爬了数千万的数据，存在文本中。 然后要导入mysql数据库。 悲剧的是数据库和我存数据的服务器不在一个内网里面。。 ping了一下， 19ms的延迟。 于是下面的代码是没用的。 ps = con.prepareStatement(sql); ps.setString(1, info.getYear())............; ps.exec
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    这是第三篇关于java.io的文章了，从开始对io的不了解-->熟悉--->模糊，是这几天来对文件操作中最大的感受，本来自己认为的熟悉了的，刚刚在回想起前面学的好像又不是很清晰了，模糊对我现在或许是最好的鼓励 我会更加的去学 加油！： JAVA的API提供了另外一种数据保存途径，使用字符流来保存的，字符流只能保存字符形式的流   字节流和字符的难点：a,怎么将读到的数据
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    下面是五个关于前端相关的基础问题，但却很能体现JavaScript的基本功底。 问题1：Scope作用范围 考虑下面的代码：  (function() { var a = b = 5; })(); console.log(b); 什么会被打印在控制台上？  回答：         上面的代码会打印 5。 &nbs
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    都知道如果使用Http访问，那么在Connector中增加URIEncoding即可，其实使用AJP时也一样，增加useBodyEncodingForURI和URIEncoding即可。 最大连接数也是一样的，增加maxThreads属性即可，如下，配置如下： <Connector maxThreads="300" port="8019" prot
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      最近在论坛上看到很多贴子在讨论网络执法官的问题。菜鸟我正好知道这回事情.人道"人之患好为人师" 手里忍不住,就写点东西吧. 我也很忙.又没有MM,又没有MONEY....晕倒有点跑题. OK,闲话少说,切如正题. 要了解网络执法官的原理. 就要先了解局域网的通信的原理. 前面我们看到了.在以太网上传输的都是具有以太网头的数据包. 
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    Spring Boot 1.2.4已于6.4日发布，repo.spring.io and Maven Central可以下载(推荐使用maven或者gradle构建下载)。   这是一个维护版本，包含了一些修复small number of fixes,建议所有的用户升级。   Spring Boot 1.3的第一个里程碑版本将在几天后发布，包含许多
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