L2 L3 路由器知識

1、歷史老照片不能說的秘密慈禧軍閥明末清初文革晚清用48位網(wǎng)絡(luò)地址，這種地址全球唯一。 3.1.2 CSMA/CD 以太網(wǎng)采用帶沖突檢測的載波幀聽多路訪問（CSMA/CD）機(jī)制。以太網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)都可以看到在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送的所有信息，因此，我們說以太網(wǎng)是一種廣播網(wǎng)絡(luò)。 CSMA/CD過程如下： 1、幀聽信道上是否有信號在傳輸：如果有的話，表明信道處于忙狀態(tài)，就繼續(xù)幀聽 ，直到信道空閑為止； 2、若沒有幀聽到任何信號，就傳輸數(shù)據(jù)； 3、傳輸?shù)臅r候繼續(xù)幀聽，如發(fā)現(xiàn)沖突則執(zhí)行退避算法，隨機(jī)等待一段時間后，重新 執(zhí)行步驟1（當(dāng)沖突發(fā)生時，涉及沖突的計(jì)算機(jī)會發(fā)送一個擁塞序列，以警告所有的 節(jié)點(diǎn)）； 4、若未發(fā)現(xiàn)沖突則

2、發(fā)送成功，計(jì)算機(jī)會返回到幀聽信道狀態(tài)。 3.1.3 Ethernet幀結(jié)構(gòu) 以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)單元稱為幀，在幀中使用MAC地址來標(biāo)記發(fā)送方和接收方。發(fā)送方在發(fā)送數(shù)據(jù)時，將接收方的MAC地址和本方的MAC地址封裝在幀中進(jìn)行發(fā)送，接收方收到數(shù)據(jù)后對幀中的目的MAC地址進(jìn)行判斷，如果和自己的MAC地址相符，就接收并處理這個幀；如果和自己的MAC地址不符，就丟棄這個幀。（兩種幀格式，802.3和EthernetII，其中現(xiàn)在常用的是EthernetII） l 以太網(wǎng)幀前12字節(jié)分別標(biāo)識出發(fā)送數(shù)據(jù)幀的源節(jié)點(diǎn)MAC地址和接收數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)MAC地址； l 接下來的2個字節(jié)標(biāo)識出以太網(wǎng)幀所攜帶的上層數(shù)據(jù)類型，如

3、16進(jìn)制數(shù)0x0800代表IP協(xié)議數(shù)據(jù)； l 數(shù)據(jù)字段長度為461500字節(jié)，用來承載第三層數(shù)據(jù)包，如果字段中沒有承載數(shù)據(jù)包，則用“0”來補(bǔ)足； l 在不定長的數(shù)據(jù)字段后是4個字節(jié)的幀校驗(yàn)序列（FCS），采用32位CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)對從目標(biāo)MAC地址字段到數(shù)據(jù)字段的數(shù)據(jù)進(jìn)行 3.1.4 Ethernet類型 傳統(tǒng)以太網(wǎng)：IEEE802.3是傳統(tǒng)的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸率是10Mbps，采用10BaseT或10 BaseF物理標(biāo)準(zhǔn)連接各節(jié)點(diǎn)?！?0BaseT”的含義是：最大瞬時理論數(shù)據(jù)傳輸速率為10Mbps，采用基帶傳輸，物理介質(zhì)是雙絞線。 快速以太網(wǎng)：IEEE802.3u規(guī)定了快速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，也

4、叫做百兆以太網(wǎng)。IEEE802.3u在物理層使用100BaseTX或100BaseFX標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3中規(guī)定物理層采用4B/5B編碼，可以適應(yīng)半雙工或全雙工工作方式。工作在半雙工狀態(tài)下時，在數(shù)據(jù)鏈路層同樣采用CSMA/CD介質(zhì)占用規(guī)則。100M以太網(wǎng)在采用光纖連接時物理標(biāo)準(zhǔn)為100BaseFX。 千兆以太網(wǎng)：IEEE802.3ab規(guī)定了在銅纜介質(zhì)上的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3ab在物理層使用1000BaseT標(biāo)準(zhǔn)，采用8B/10B編碼。千兆以太網(wǎng)一般使用交換機(jī)連接各節(jié)點(diǎn)，工作于全雙工工作方式下。IEEE802.3z規(guī)定了在光纜介質(zhì)上的千兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。IEEE802.3z在物理層

5、使用1000BaseLX或1000BaseSX標(biāo)準(zhǔn)，采用8B/10B編碼。一般用于光交換或骨干網(wǎng)段對端連接。802.3z還定義了一種幀突發(fā)方式，使得一個站可連續(xù)發(fā)送多個幀。 萬兆以太網(wǎng)：IEEE802.3ae規(guī)定了萬兆以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，通過不同的編碼方式或波分復(fù)用支持10Gbps的傳輸速率。與千兆以太網(wǎng)類似，萬兆以太網(wǎng)基本應(yīng)用于點(diǎn)到點(diǎn)線路，不再共享帶寬，沒有沖突檢測，載波監(jiān)聽和多路訪問技術(shù)也不再重要。 3.2 IP網(wǎng)絡(luò) 3.2.1 IP數(shù)據(jù)報(bào)包含報(bào)頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩部份： 數(shù)據(jù)區(qū)： 高層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 報(bào)頭區(qū)： 為了正確傳輸高層數(shù)據(jù)而增加的控制信息。 報(bào)頭中各主要字段的功能 1、版本與協(xié)議類型 版本：數(shù)據(jù)

6、報(bào)對應(yīng)的IP協(xié)議版本號（目前使用的IP協(xié)議版本號為4） 協(xié)議類型：數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)的高級協(xié)議類型（如TCP），指出數(shù)據(jù)報(bào)攜帶的運(yùn)輸層數(shù)據(jù)使用的協(xié)議。 2、長度 報(bào)頭長度：報(bào)頭區(qū)的長度（以 32bits為單位），若不是4字節(jié)的整數(shù)倍，用最后一個填充字段填充。 總長度：整個IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度（以8bits為單位）。頭長度與數(shù)據(jù)之和的長度。 3、服務(wù)類型 轉(zhuǎn)發(fā)過程中對該數(shù)據(jù)報(bào)的處理方式。 它為路由器提供服務(wù)信息，服務(wù)類型字段的前三個比特表示優(yōu)先級。 4、生存周期 即 TTL（Time To Live），數(shù)據(jù)包每經(jīng)過一個路由器，其TTL值減1，當(dāng)TTL為0時，路由器將丟棄該數(shù)據(jù)包。建議值為32秒。 IP

7、數(shù)據(jù)報(bào)在互聯(lián)網(wǎng)中的存活時間（避免死循環(huán)）。 5、頭部校驗(yàn)和 采用CRC校驗(yàn)碼，只校驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)的首部。 保證IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭的完整性。 6、地址 源IP地址（4字節(jié)）：數(shù)據(jù)報(bào)的發(fā)送者 。 目的IP地址（4字節(jié)）：數(shù)據(jù)報(bào)的接收者 。 3.2.2 IP封裝 IP數(shù)據(jù)報(bào)在各個物理網(wǎng)絡(luò)中需要重新封裝 3.2.3 MTU與分片 1、 MTU MTU：網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的一個幀最多能夠攜帶的數(shù)據(jù)量 IP數(shù)據(jù)報(bào)的長度只有小于或等于網(wǎng)絡(luò)的MTU，才能在這個網(wǎng)絡(luò)傳輸 與路由器連接的各個網(wǎng)絡(luò)的MTU可能不同 2、分片：IP數(shù)據(jù)報(bào)的尺寸大于將發(fā)往網(wǎng)絡(luò)的MTU值時，路由器將IP數(shù)據(jù)報(bào)分成若干較小的部分的過程每個分片由報(bào)頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩

8、部分構(gòu)成每個分片經(jīng)過獨(dú)立的路由選擇等處理過程，最終到達(dá)目的主機(jī)3.2.4重組重組：在接收到所有分片的基礎(chǔ)上，主機(jī)對分片進(jìn)行重新組裝的過程目的主機(jī)進(jìn)行重組減少了中間路由器的計(jì)算量路由器可以為每個分片獨(dú)立選路路由器不需要對分片進(jìn)行重組，也不可能對分片進(jìn)行重組3.2.5分片控制1、標(biāo)識源主機(jī)賦予IP數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識符該域需要復(fù)制到新分片的報(bào)頭中目的主機(jī)利用此域和目的地址判斷分片屬于哪個數(shù)據(jù)報(bào)標(biāo)志標(biāo)識是否已經(jīng)分片，是否是最后一個分片2、片偏移本片數(shù)據(jù)在初始IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)區(qū)的位置偏移量以8個字節(jié)為單位8.3IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)功能：主要用于控制和測試用戶可以使用也可以不使用IP選項(xiàng)。但所有實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議的設(shè)備必須能

9、處理IP選項(xiàng)IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)由選項(xiàng)碼、長度和選項(xiàng)數(shù)據(jù)三部分組成1、源路由選項(xiàng)源路由：IP數(shù)據(jù)報(bào)穿越互聯(lián)網(wǎng)所經(jīng)過的路徑是由源主機(jī)指定的應(yīng)用場合：測試某特定網(wǎng)絡(luò)的吞吐率、使數(shù)據(jù)報(bào)繞開出錯網(wǎng)絡(luò)等源路由選項(xiàng)分為嚴(yán)格源路由選項(xiàng)：規(guī)定IP數(shù)據(jù)報(bào)要經(jīng)過路徑上的每一個路由器松散源路由選項(xiàng)：只給出IP數(shù)據(jù)報(bào)必須經(jīng)過的一些“要點(diǎn)”2、記錄路由：記錄下IP數(shù)據(jù)報(bào)從源主機(jī)到目的主機(jī)所經(jīng)過路徑上各個路由器的IP地址應(yīng)用場合：查看IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過程中所經(jīng)過的路徑，測試路由器的路由配置是否正確時間戳：記錄IP數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過每一路由器時的當(dāng)?shù)貢r間應(yīng)用場合：分析網(wǎng)絡(luò)吞吐率、擁塞情況、負(fù)載情況等3.3差錯與控制報(bào)文IP互聯(lián)網(wǎng)利用ICM

10、P傳輸控制報(bào)文和差錯報(bào)文ICMP報(bào)文的封裝：封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中3.3.1ICMP差錯控制ICMP的基本功能之一是提供差錯報(bào)告ICMP協(xié)議不嚴(yán)格規(guī)定對出現(xiàn)的差錯采取的處理方式ICMP差錯報(bào)告都是采用路由器到源主機(jī)的模式IP數(shù)據(jù)報(bào)本身只包含源主機(jī)地址和目的主機(jī)地址，錯誤報(bào)告給目的主機(jī)沒有意義（有時也不可能）路由器獨(dú)立選路，發(fā)現(xiàn)錯誤的路由器不知道該數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過的路徑，無法將錯誤通知相應(yīng)路由器ICMP差錯報(bào)告作為一般數(shù)據(jù)傳輸，不享受特別優(yōu)先權(quán)和可靠性ICMP差錯報(bào)告數(shù)據(jù)中除包含故障IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭外，還包含故障IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)區(qū)的前64bit數(shù)據(jù)ICMP差錯報(bào)告是伴隨著拋棄出錯IP數(shù)據(jù)報(bào)而產(chǎn)生的1、目的地不

11、可達(dá)報(bào)告網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)、主機(jī)不可達(dá)、協(xié)議和端口不可達(dá)等2、超時報(bào)告3、參數(shù)出錯報(bào)告3.3.2ICMP控制報(bào)文1、擁塞控制與源抑制報(bào)文2、路由控制與重定向報(bào)文1、擁塞（1）什么是擁塞？路由器被大量涌入的IP數(shù)據(jù)報(bào)“淹沒”的現(xiàn)象（2）擁塞產(chǎn)生的原因路由器的處理速度太慢，不能完成數(shù)據(jù)報(bào)排隊(duì)等日常工作路由器傳入數(shù)據(jù)速率大于傳出數(shù)據(jù)速率。（3）擁塞控制：源站抑制利用ICMP源抑制報(bào)文抑制源主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)的速率2、發(fā)送源站抑制報(bào)文策略路由器的某輸出隊(duì)列溢出后，拋棄新來的數(shù)據(jù)報(bào)，發(fā)送ICMP源抑制報(bào)文為路由器的輸出隊(duì)列設(shè)置閾值，超過域值后拋棄新來的數(shù)據(jù)報(bào)，發(fā)送ICMP源抑制報(bào)文有選擇地抑制IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送率較高的

12、源主機(jī)接收源站抑制報(bào)文收到源抑制報(bào)文后，源主機(jī)可以降低發(fā)送IP數(shù)據(jù)報(bào)的速率注意：擁塞解除后路由器不主動通知源主機(jī)3、ICMP重定向機(jī)制主機(jī)在啟動時具有一定的路由信息，但不一定是最優(yōu)的路由器檢測到IP數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)非優(yōu)路由傳輸，就通知主機(jī)去往該目的地的最優(yōu)路徑功能：保證主機(jī)擁有動態(tài)的、既小且優(yōu)的路由表ICMP重定向機(jī)制只能在同一網(wǎng)絡(luò)的路由器與主機(jī)之間使用2、分片：IP數(shù)據(jù)報(bào)的尺寸大于將發(fā)往網(wǎng)絡(luò)的MTU值時，路由器將IP數(shù)據(jù)報(bào)分成若干較小的部分的過程每個分片由報(bào)頭區(qū)和數(shù)據(jù)區(qū)兩部分構(gòu)成每個分片經(jīng)過獨(dú)立的路由選擇等處理過程，最終到達(dá)目的主機(jī)3.2.4重組重組：在接收到所有分片的基礎(chǔ)上，主機(jī)對分片進(jìn)行重新組裝

13、的過程目的主機(jī)進(jìn)行重組減少了中間路由器的計(jì)算量路由器可以為每個分片獨(dú)立選路路由器不需要對分片進(jìn)行重組，也不可能對分片進(jìn)行重組3.2.5分片控制1、標(biāo)識源主機(jī)賦予IP數(shù)據(jù)報(bào)的標(biāo)識符該域需要復(fù)制到新分片的報(bào)頭中目的主機(jī)利用此域和目的地址判斷分片屬于哪個數(shù)據(jù)報(bào)標(biāo)志標(biāo)識是否已經(jīng)分片，是否是最后一個分片2、片偏移本片數(shù)據(jù)在初始IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)區(qū)的位置偏移量以8個字節(jié)為單位8.3IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)功能：主要用于控制和測試用戶可以使用也可以不使用IP選項(xiàng)。但所有實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議的設(shè)備必須能處理IP選項(xiàng)IP數(shù)據(jù)報(bào)選項(xiàng)由選項(xiàng)碼、長度和選項(xiàng)數(shù)據(jù)三部分組成1、源路由選項(xiàng)源路由：IP數(shù)據(jù)報(bào)穿越互聯(lián)網(wǎng)所經(jīng)過的路徑是由源主機(jī)指定的

14、應(yīng)用場合：測試某特定網(wǎng)絡(luò)的吞吐率、使數(shù)據(jù)報(bào)繞開出錯網(wǎng)絡(luò)等源路由選項(xiàng)分為嚴(yán)格源路由選項(xiàng)：規(guī)定IP數(shù)據(jù)報(bào)要經(jīng)過路徑上的每一個路由器松散源路由選項(xiàng)：只給出IP數(shù)據(jù)報(bào)必須經(jīng)過的一些“要點(diǎn)”2、記錄路由：記錄下IP數(shù)據(jù)報(bào)從源主機(jī)到目的主機(jī)所經(jīng)過路徑上各個路由器的IP地址應(yīng)用場合：查看IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸過程中所經(jīng)過的路徑，測試路由器的路由配置是否正確時間戳：記錄IP數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過每一路由器時的當(dāng)?shù)貢r間應(yīng)用場合：分析網(wǎng)絡(luò)吞吐率、擁塞情況、負(fù)載情況等3.3差錯與控制報(bào)文IP互聯(lián)網(wǎng)利用ICMP傳輸控制報(bào)文和差錯報(bào)文ICMP報(bào)文的封裝：封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中3.3.1ICMP差錯控制ICMP的基本功能之一是提供差錯報(bào)告ICM

15、P協(xié)議不嚴(yán)格規(guī)定對出現(xiàn)的差錯采取的處理方式ICMP差錯報(bào)告都是采用路由器到源主機(jī)的模式IP數(shù)據(jù)報(bào)本身只包含源主機(jī)地址和目的主機(jī)地址，錯誤報(bào)告給目的主機(jī)沒有意義（有時也不可能）路由器獨(dú)立選路，發(fā)現(xiàn)錯誤的路由器不知道該數(shù)據(jù)報(bào)經(jīng)過的路徑，無法將錯誤通知相應(yīng)路由器ICMP差錯報(bào)告作為一般數(shù)據(jù)傳輸，不享受特別優(yōu)先權(quán)和可靠性ICMP差錯報(bào)告數(shù)據(jù)中除包含故障IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭外，還包含故障IP數(shù)據(jù)報(bào)數(shù)據(jù)區(qū)的前64bit數(shù)據(jù)ICMP差錯報(bào)告是伴隨著拋棄出錯IP數(shù)據(jù)報(bào)而產(chǎn)生的1、目的地不可達(dá)報(bào)告網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)、主機(jī)不可達(dá)、協(xié)議和端口不可達(dá)等2、超時報(bào)告3、參數(shù)出錯報(bào)告3.3.2ICMP控制報(bào)文1、擁塞控制與源抑制報(bào)文2、路由控制與重定向報(bào)文1、擁塞（1）什么是擁塞？路由器被大量涌入的IP數(shù)據(jù)報(bào)“淹沒”的現(xiàn)象（2）擁塞產(chǎn)生的原因路由器的處理速度太慢，不能完成數(shù)據(jù)報(bào)排隊(duì)等日常工作路由器傳入數(shù)據(jù)速率大于傳出數(shù)據(jù)速率。（3）擁塞控制：源站抑制利用ICMP源抑制報(bào)文抑制源主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)的速率2、發(fā)送源站抑制報(bào)文策略路由器的某輸出隊(duì)列溢出后，拋棄新來的