計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四章總結(jié)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第四章（網(wǎng)絡(luò)層）總結(jié)4.1 網(wǎng)絡(luò)層概述：1網(wǎng)絡(luò)層的主要功能：網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)了端到端的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián):在不同的網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，向傳輸層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)傳輸主機(jī)/路由器編址:每個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口有一個(gè)唯一的IP地址路由選擇:根據(jù)數(shù)據(jù)攜帶的目的主機(jī)地址為數(shù)據(jù)包選擇一條的路徑，以到達(dá)目的主機(jī)分段:當(dāng)數(shù)據(jù)包長度超過輸出接口所連接的網(wǎng)絡(luò)的限制時(shí)，應(yīng)拆分成多個(gè)數(shù)據(jù)包.網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)層次: 從網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的層次觀點(diǎn)來考察，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)可在四個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)：物理層: 中繼器/集線器 數(shù)據(jù)鏈路層: 網(wǎng)橋/交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)層: 路由器 網(wǎng)絡(luò)層以上: 網(wǎng)關(guān)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的歸納:物理層：使用中繼器或集線器在不同的電

2、纜段之間復(fù)制位信號(hào)，無尋址功能；數(shù)據(jù)鏈路層：使用網(wǎng)橋或交換機(jī)在局域網(wǎng)之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀，用MAC地址尋址；網(wǎng)絡(luò)層：使用路由器在不同的網(wǎng)絡(luò)之間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組，用IP地址尋址；傳輸層及應(yīng)用層：用網(wǎng)關(guān)提供更高層次的互連，用端口號(hào)或其他特定標(biāo)識(shí)尋址。2虛電路網(wǎng)絡(luò)(提供面向連接的服務(wù))面向連接:發(fā)送數(shù)據(jù)之前，源主機(jī)和目的主機(jī)之間首先要建立一條虛連接，只是邏輯上的連接.整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程分為：建立虛連接、傳輸數(shù)據(jù)、拆除虛連接三個(gè)階段虛電路表:輸入接口 輸入VCI（標(biāo)識(shí)）輸出接口 輸出VCI輸入接口和輸入VCI唯一標(biāo)識(shí)一條虛電路，后續(xù)的數(shù)據(jù)報(bào)只需攜帶VCI 無需攜帶完整的目的地址.虛電路表示例3數(shù)據(jù)報(bào)網(wǎng)絡(luò)（提供

3、無連接服務(wù)）盡最大努力交付路由器對(duì)于每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)包單獨(dú)進(jìn)行處理路由表包含了目的地址和輸出接口的對(duì)應(yīng)關(guān)系每個(gè)數(shù)據(jù)包必須包含完整的目的地址來自相同源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)的兩數(shù)據(jù)報(bào)可能被轉(zhuǎn)發(fā)到不同的接口，不保證順序?qū)W(wǎng)絡(luò)狀況和目的主機(jī)狀況一無所知，可能出現(xiàn)丟失路由表示例：4. 數(shù)據(jù)報(bào)vs 虛電路4.2 路由選擇算法（簡稱“選路”）：根據(jù)數(shù)據(jù)包中攜帶的目的地址，為數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中選擇一條路徑，以到達(dá)目的主機(jī)。路由器查找路由表，完成選路。選路到下一跳（Next Hop，或輸出接口），而不是完整路由轉(zhuǎn)發(fā)：將數(shù)據(jù)從路由器的輸入接口轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的輸出接口路由選擇：根據(jù)路由表確定應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)輸出接口的過程靜態(tài)選路算法（

4、非自適應(yīng)選路算法）路由表預(yù)先設(shè)定（不考慮網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前狀況）路由表基本不變，一般不能保證是最佳路由。動(dòng)態(tài)選路算法（自適應(yīng)選路算法）根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和負(fù)載，（周期性）動(dòng)態(tài)，更新路由表。1. 靜態(tài)選路算法固定路由表選路法：根據(jù)事先設(shè)置的靜態(tài)路由表，查表選路。靜態(tài)路由表的生成：Dijakstra算法算法原理1）定義一個(gè)集合N，包含所有最短路徑已確定的節(jié)點(diǎn)，在初始時(shí)，該集合中只包含一個(gè)源節(jié)點(diǎn)（設(shè)為S）2）如果S和某個(gè)節(jié)點(diǎn)之間有一條邊相連，距離就是該邊上的權(quán)值；否則，距離值設(shè)為無窮大（）3）從集合N外的節(jié)點(diǎn)中選擇一個(gè)和S距離最小的節(jié)點(diǎn)（設(shè)為T）加入集合4）重新計(jì)算S到其他集合N外的節(jié)點(diǎn)的距離，如果經(jīng)過T

5、的路徑更短，則更新距離值5）重復(fù)3-4步，直到所有節(jié)點(diǎn)都加入集合N洪泛法：路由器收到數(shù)據(jù)包后，向除了輸入接口之外的所有接口轉(zhuǎn)發(fā)缺點(diǎn)：一個(gè)數(shù)據(jù)包將產(chǎn)生大量的副本（copy）給網(wǎng)絡(luò)增加大量負(fù)載優(yōu)點(diǎn)：至少有一個(gè)副本將到達(dá)目的主機(jī)，健壯性強(qiáng)，至少有一個(gè)副本選擇的是最優(yōu)路由，所有的路由器都會(huì)收到副本，可用于傳播路由信息。隨機(jī)走動(dòng)選路法：路由表中，一個(gè)表項(xiàng)有多條候選路由，路由器收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，按照預(yù)定的概率隨機(jī)地選擇其中一條路由。應(yīng)用：無線網(wǎng)絡(luò)2動(dòng)態(tài)選路算法：動(dòng)態(tài)選路算法：DVR（Distance Vector Routing）距離：兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)的開銷矢量：距離AB距離BA每個(gè)路由器都知道自己到

6、鄰居節(jié)點(diǎn)的距離動(dòng)態(tài)選路：路由器通過周期性地與鄰居節(jié)點(diǎn)交換路由信息來更新路由表與誰交換：鄰居節(jié)點(diǎn)交換什么：路由表中的距離項(xiàng)（目的地、距離）何時(shí)交換：周期性交換DVR的路由計(jì)算示例（基于Bellman-Ford算法）前提：到鄰居節(jié)點(diǎn)的距離已知 eg. AB=2, AC=4, AD=3動(dòng)態(tài)選路算法：LSR(Link State Routing)鏈路狀態(tài)：鏈路連通/中斷、鏈路開銷又稱最短路徑優(yōu)先（SPF）選路,使用Dijkstra算法來計(jì)算最短路徑路由器發(fā)現(xiàn)自己和鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路狀態(tài)及開銷路由器之間通過交換路由信息，構(gòu)造出全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并計(jì)算出到其他節(jié)點(diǎn)的最短路徑與誰交換：網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)交換什么：一

7、個(gè)節(jié)點(diǎn)到各鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路開銷何時(shí)交換：網(wǎng)絡(luò)初啟或鏈路狀態(tài)變化時(shí)LSR計(jì)算路由的過程:發(fā)現(xiàn)鄰居節(jié)點(diǎn)周期性地發(fā)送“Hello”包，獲知鄰居的IP地址測量到鄰居節(jié)點(diǎn)的鏈路開銷發(fā)送ECHO包，測試開銷構(gòu)造路由通告消息洪泛法發(fā)布鏈路狀態(tài)包計(jì)算最短路徑: Dijkstra算法LSR的特點(diǎn)：路由器向網(wǎng)絡(luò)中的所有其他路由器節(jié)點(diǎn)發(fā)送路由信息，而不僅僅是鄰居節(jié)點(diǎn)路由器所發(fā)送的信息是自己到鄰居節(jié)點(diǎn)的距離，實(shí)際上就是自己已知的部分網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；這種信息發(fā)送的頻率比距離矢量選路算法低很多，一般是在網(wǎng)絡(luò)初啟、網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化或者網(wǎng)絡(luò)中有較大的數(shù)據(jù)量變化時(shí)；根據(jù)自己已知的部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和來自網(wǎng)絡(luò)中其他路由器節(jié)點(diǎn)的信息，

8、路由器可以構(gòu)造出全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此不會(huì)出現(xiàn)“無窮計(jì)算”問題。LSR構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠?.3 因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議1.IP地址:定義：我們把整個(gè)因特網(wǎng)看成為一個(gè)單一的、抽象的網(wǎng)絡(luò)。IP 地址就是給每個(gè)連接在因特網(wǎng)上的主機(jī)（或路由器）分配一個(gè)在全世界范圍是唯一的32 位的標(biāo)識(shí)符。每個(gè)連接到網(wǎng)絡(luò)的接口（如網(wǎng)卡）都有一個(gè)全球唯一的地址標(biāo)識(shí)筆記本電腦的無線網(wǎng)卡和有線網(wǎng)卡各有一個(gè)IP地址地址劃分有兩類：分類編址；無類別編址。分類編址：每一類地址都由兩個(gè)固定長度的字段組成，其中一個(gè)字段是網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id，它標(biāo)志主機(jī)（或路由器）所連接到的網(wǎng)絡(luò)，而另一個(gè)字段則是主機(jī)號(hào)host-id，它標(biāo)志該主機(jī)（或路由器）。

9、兩級(jí)的IP 地址可以記為：IP 地址:= <網(wǎng)絡(luò)號(hào)>, <主機(jī)號(hào)>點(diǎn)分十進(jìn)制記法：各類網(wǎng)絡(luò)的地址空間大小：IP 地址的一些重要特點(diǎn)：(1) IP 地址是一種分等級(jí)的地址結(jié)構(gòu)。分兩個(gè)等級(jí)的好處是：第一，IP 地址管理機(jī)構(gòu)在分配IP 地址時(shí)只分配網(wǎng)絡(luò)號(hào)，而剩下的主機(jī)號(hào)則由得到該網(wǎng)絡(luò)號(hào)的單位自行分配。這樣就方便了IP 地址的管理。ICANN分配給國家網(wǎng)管理機(jī)構(gòu)（如我國的CNNIC）CNNIC分配給ISP第二，路由器僅根據(jù)目的主機(jī)所連接的網(wǎng)絡(luò)號(hào)來轉(zhuǎn)發(fā)分組（而不考慮目的主機(jī)號(hào)），這樣就可以使路由表中的項(xiàng)目數(shù)大幅度減少，從而減小了路由表所占的存儲(chǔ)空間。(2) 實(shí)際上IP 地址是標(biāo)志

10、一個(gè)主機(jī)（或路由器）和一條鏈路的接口。第一，當(dāng)一個(gè)主機(jī)同時(shí)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)上時(shí)，該主機(jī)就必須同時(shí)具有兩個(gè)相應(yīng)的IP 地址，其網(wǎng)絡(luò)號(hào)net-id 必須是不同的。這種主機(jī)稱為多歸屬主機(jī)。第二，由于一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)連接到兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)（這樣它才能將IP 數(shù)據(jù)報(bào)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)），因此一個(gè)路由器至少應(yīng)當(dāng)有兩個(gè)不同的IP 地址。網(wǎng)絡(luò)地址：網(wǎng)絡(luò)號(hào)部分保留、主機(jī)號(hào)部分為全0的IP地址。作用：代表全網(wǎng)的所有設(shè)備，選路主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址。劃分子網(wǎng)： IP 地址中增加一個(gè)“子網(wǎng)號(hào)字段”，使兩級(jí)的IP 地址變成為三級(jí)的IP 地址。這種做法叫作劃分子網(wǎng)(subnetting) 。從主機(jī)號(hào)借用若干個(gè)位作為子網(wǎng)號(hào)sub

11、net-id，而主機(jī)號(hào)host-id 也就相應(yīng)減少了若干個(gè)位。子網(wǎng)掩碼：網(wǎng)絡(luò)號(hào)+子網(wǎng)號(hào)部分為全1，主機(jī)號(hào)部分為全0的特殊IP地址。作用是可以找出IP 地址中的子網(wǎng)部分。網(wǎng)絡(luò)/子網(wǎng)地址：將網(wǎng)內(nèi)任一個(gè)IP地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行“與”操作所獲得的地址IP 地址的各字段和子網(wǎng)掩碼：(IP 地址) AND (子網(wǎng)掩碼) =網(wǎng)絡(luò)地址：默認(rèn)子網(wǎng)掩碼：子網(wǎng)掩碼是一個(gè)重要屬性：路由器在和相鄰路由器交換路由信息時(shí)，必須把自己所在網(wǎng)絡(luò)（或子網(wǎng)）的子網(wǎng)掩碼告訴相鄰路由器。路由器的路由表中的每一個(gè)項(xiàng)目，除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址外，還必須同時(shí)給出該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。若一個(gè)路由器連接在兩個(gè)子網(wǎng)上就擁有兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和兩個(gè)子網(wǎng)掩碼。例

12、已知IP 地址是141.14.72.24，子網(wǎng)掩碼是255.255.192.0。試求網(wǎng)絡(luò)地址。注：不同的子網(wǎng)掩碼可以得出相同的網(wǎng)絡(luò)地址。但不同的掩碼的效果是不同的。在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的過程：(1) 從收到的分組的首部提取目的IP 地址D。(2) 對(duì)路由器直接相連的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查，先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和D 逐位相“與”，看是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則就是間接交付，執(zhí)行(3)。(3) 若路由表中有目的地址為D 的特定主機(jī)路由，則將分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(4)。(4) 對(duì)路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和D 逐位相“與”，若其結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地

13、址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行(5)。(5) 若路由表中有一個(gè)默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行(6)。(6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯(cuò)。無類別地址:CIDR（無類別域間選路）:不再對(duì)于地址分類,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的需要，將IP地址劃分為任意2n（1<n<32）大小的地址塊,采用CIDR后，根據(jù)CIDR子網(wǎng)掩碼來判定網(wǎng)絡(luò)大小CIDR的地址格式:CIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-(networkprefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號(hào)和子網(wǎng)號(hào)。無分類的兩級(jí)編址的記法是：IP地址:=網(wǎng)絡(luò)地址/x,x為網(wǎng)絡(luò)號(hào)的位數(shù)，即子網(wǎng)掩碼中1的

14、個(gè)數(shù)子網(wǎng)掩碼表示法：/x.如/27，即255.255.255.224CIDR：路由聚合：將連續(xù)劃分的子網(wǎng)聚合成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，從而可以顯著減小路由表的規(guī)模，提高查表選路的效率最長前綴匹配:使用CIDR 時(shí)，路由表中的每個(gè)項(xiàng)目由“網(wǎng)絡(luò)前綴”和“下一跳地址”組成。在查找路由表時(shí)可能會(huì)得到不止一個(gè)匹配結(jié)果。應(yīng)當(dāng)從匹配結(jié)果中選擇具有最長網(wǎng)絡(luò)前綴的路由： 最長前綴匹配(longest-prefixmatching)。網(wǎng)絡(luò)前綴越長，其地址塊就越小，因而路由就越具體(more specific) 。最長前綴匹配又稱為最長匹配或最佳匹配。2. IP包結(jié)構(gòu):協(xié)議字段: 表示IP包內(nèi)的數(shù)據(jù)屬于哪個(gè)協(xié)議.TCP=6;

15、UDP=17;ICMP=1;IGMP=2;OSPF=89包頭校驗(yàn)和（由源主機(jī)填加，沿途路由器和目的主機(jī)都要進(jìn)行校驗(yàn)）IP包頭校驗(yàn)和計(jì)算示例:IP包的分段和重裝:原IP包：IP數(shù)據(jù)報(bào)分段原因：底層網(wǎng)絡(luò)所允許的最大數(shù)據(jù)塊長度（MTU）不同分段相關(guān)字段:標(biāo)識(shí)：所有屬于同一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的片段（IP包）都使用相同的標(biāo)識(shí)DF：不要分段，DF=1的IP數(shù)據(jù)報(bào)不允許分段MF：更多片段，MF=0的IP包是最后一個(gè)片段段偏移量：本片段在原IP數(shù)據(jù)報(bào)中的位置，單位為8字節(jié)IP包頭的選項(xiàng)字段:用來支持排錯(cuò)、測量以及安全等措施，內(nèi)容很豐富。長度可變，從0 個(gè)字節(jié)到40 個(gè)字節(jié)不等，取決于所選擇的項(xiàng)目。如果選項(xiàng)字段的長度

16、不是4字節(jié)的整數(shù)倍，用全0進(jìn)行填充。增加首部的選項(xiàng)字段是為了增加IP 數(shù)據(jù)報(bào)的功能，但這同時(shí)也使得IP 數(shù)據(jù)報(bào)的首部長度成為可變的。這就增加了每一個(gè)路由器處理數(shù)據(jù)報(bào)的開銷。實(shí)際上這些選項(xiàng)很少被使用。3. 差錯(cuò)處理：ICMPICMP概念：因特網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議。IP沒有差錯(cuò)處理機(jī)制，由ICMP補(bǔ)充。提供差錯(cuò)報(bào)告機(jī)制只報(bào)告，不強(qiáng)制處理。ICMP 不是高層協(xié)議，而是IP 層的協(xié)議。ICMP 報(bào)文作為IP 層數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報(bào)的首部，組成IP 數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。IP包頭的協(xié)議字段值=1ICMP的主要消息（RFC792）：差錯(cuò)報(bào)告消息目的地不可達(dá)消息：到目的主機(jī)無連接、IP包超長且不能分段超時(shí)消息：IP

17、包TTL=0參數(shù)錯(cuò)誤：IP包頭參數(shù)有問題控制消息源抑制消息：路由器或者目的主機(jī)的緩存不足，請(qǐng)求源主機(jī)降低發(fā)送速率，用于擁塞控制重定向消息：要求源主機(jī)更換默認(rèn)路由器，用于路由控制查詢消息：源主機(jī)請(qǐng)求、路由器和目的主機(jī)應(yīng)答回聲請(qǐng)求/應(yīng)答：測試路由器或目的主機(jī)是否可達(dá)時(shí)間戳請(qǐng)求/應(yīng)答：用于互聯(lián)網(wǎng)上各個(gè)機(jī)器進(jìn)行時(shí)鐘同步的ICMP的規(guī)則：對(duì)于攜帶ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文的IP報(bào)文，不再產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文對(duì)于組播的IP報(bào)文，不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文對(duì)于具有特殊地址（如127.0.0.1或0.0.0.0）的IP報(bào)文，不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文對(duì)于攜帶分段的IP報(bào)文，如果不是第一個(gè)分段，不產(chǎn)生ICMP差錯(cuò)

18、報(bào)告報(bào)文4. 路由選擇協(xié)議：RIP、OSPF、BGP因特網(wǎng)有兩大類路由選擇協(xié)議：內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP (Interior GatewayProtocol) ：即在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議。目前這類路由選擇協(xié)議使用得最多，如RIP 和OSPF 協(xié)議。外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP (External GatewayProtocol) ：若源站和目的站處在不同的自治系統(tǒng)中，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)傳到一個(gè)自治系統(tǒng)的邊界時(shí)，就需要使用一種協(xié)議將路由選擇信息傳遞到另一個(gè)自治系統(tǒng)中。在外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議中目前使用最多的是BGP-4。IGP和EGP相互獨(dú)立。RIP（路由信息協(xié)議）: 基于距離矢量算法;距離：跳數(shù)RIP路由通告消息:發(fā)送給鄰居節(jié)點(diǎn)命令（ 1-5）： 1請(qǐng)求，2應(yīng)答，3-4廢棄，5保留版本號(hào)：1或2地址族標(biāo)識(shí)：標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)層的地址類型，因特網(wǎng)為2采用UDP傳輸，端口號(hào)520OSPF消息問候（Hello）消息：獲知其鄰居節(jié)點(diǎn)的IP地址、檢測鄰居節(jié)點(diǎn)是否可達(dá)。鏈路狀態(tài)通告（LSA）消息：通告路由器已知的網(wǎng)絡(luò)