計算機網(wǎng)絡學習筆記(筆試面試)要點

1、考研課程計算機網(wǎng)絡的學習筆記，比較淺的知識點，用于應付筆試面試中的網(wǎng)絡題一、計算機網(wǎng)絡體系結構1、計算機網(wǎng)絡的概念、組成和功能1. 概念按照網(wǎng)絡協(xié)議（語法，語義，同步），以共享資源和傳遞信息為主要目的，將地理上分散且功能獨立的計算機通過通信線路互連起來構成的集合體。簡言之，計算機網(wǎng)絡就是一些互連的、自治的計算機的集合。2. 組成從邏輯功能上說計算機網(wǎng)絡有如下組成（1）通信子網(wǎng)：由各種傳輸介質、通信設備和相應的網(wǎng)絡協(xié)議組成，它為網(wǎng)絡提供數(shù)據(jù)傳 輸，交換和控制能力，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計算機之間的數(shù)據(jù)通信（2）資源子網(wǎng)：由主機、終端以及各種軟件資源、信息資源組成，負責全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè) 務，向網(wǎng)絡用戶提供各種網(wǎng)

2、絡資源與服務。3. 功能數(shù)據(jù)通信（連接控制、傳輸控制、差錯控制、流量控制、路由選擇、多路復用）；資源共享（軟件、硬件和數(shù)據(jù)資源共享）；信息綜合處理；負載均衡；提高可靠性；分布式處理2. 計算機網(wǎng)絡的分類傳輸技術網(wǎng)絡的作用范圍 網(wǎng)絡的交換功能 網(wǎng)絡的使用者廣播式網(wǎng)絡、點對點網(wǎng)絡廣域網(wǎng)（WAN）、城域網(wǎng)（MAN）、接入網(wǎng)（AN）、局域網(wǎng)（LAN） 電路交換、報文交換、分組交換、混合交換（電路和分組）公用網(wǎng)、專用網(wǎng)分類方式分類3. 計算機網(wǎng)絡的標準化1. 1974年，IBM公司公布了它研制的系統(tǒng)網(wǎng)絡體系結構（SNA）,它是按分層設計的，成為世界上使用的較廣泛的一種網(wǎng)絡體系結構2. 為了使不同體系結構

3、的計算機網(wǎng)絡能夠互連，國際標準化組織ISO成立了專門機構，設計出了開放式系統(tǒng)互聯(lián)基本參考模型（OSI/RM）3. 由于OSI過于復雜，現(xiàn)今的因特網(wǎng)使用的TCP/IP協(xié)議，TCP/IP協(xié)議成為實際上的國際標準4. 計算機網(wǎng)絡體系結構的基本概念1. 網(wǎng)絡協(xié)議網(wǎng)絡協(xié)議是為進行網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定。它規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)格式以及有關的同步問題。由三個要素組成：語法、語義、同步2. 分層結構分成的優(yōu)點：各層之間相互獨立；靈活性好；結構上可分開；易于實現(xiàn)和維護；能促進標準化工作每層具備如下功能：差多控制；流量控制；分段和重裝；復用和分用；建立連接和釋放3. 網(wǎng)絡體系結構計算機網(wǎng)絡的各層以

4、及其協(xié)議的集合成為網(wǎng)絡的體系結構。4. 實體、接口和服務實體：任何可發(fā)送或接受信息的硬件和軟件進程。不同結點上同一層實體稱作對等實體。許多情況下實體就是一個軟件模塊接口 ：表示同一結點相鄰層之間交換信息的連接點，下層通過接口向上層提供服務服務：各層向它的直接上層提供的一組原語或操作。分為面向連接服務和無連接服務。5. 開放系統(tǒng)互連（OSI）參考模型分層理解定義和功能協(xié)議數(shù)據(jù)單位物理層對每一層的每一 步怎樣利用物理 媒介規(guī)定了激活、維持、關閉通信斷點之間 的機械特性、電氣特性、功能特性以及 規(guī)程特性略Bit數(shù)據(jù)鏈路層每一步該怎么走在不可靠的物理介質上提供可靠的傳 輸。作用：物理地址尋址、數(shù)據(jù)成幀

5、、HDLC 、SDLG PPP幀流量控制、數(shù)據(jù)檢錯和重發(fā)。為了保證 傳輸，從網(wǎng)絡層接收到的數(shù)據(jù)被分割成 特定的可被物理層傳輸?shù)膸琒TR幀中繼網(wǎng)絡層/IP層走哪條路可以到 達主要功能是將網(wǎng)絡地址翻譯成對應的 物理地址，并決定如何將數(shù)據(jù)從發(fā)送方 路由到接收方。負責對子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)包 進行路由選擇和為分組交換網(wǎng)上的不 同主機提供通信（主機到主機層次的邏 輯通信），還有擁塞控制、網(wǎng)際互聯(lián)功 能IP、IPX、RIP、OSPF分組/ 數(shù)據(jù) 包傳輸層對方在何處負責將上層數(shù)據(jù)分段并提供端到 端的、可靠的或不可靠的傳輸。 提供差錯控制和流量控制TCR UDP、SPX報文會話層對方是誰管理主機之間的會話進程，即負

6、責建立、管理、終止進程之間的 會話。表示層對方看起來像什么對上層數(shù)據(jù)或信息進行交換以保 證一個主機應用層信息可以被另 一個主機的應用程序理解。表示 層的數(shù)據(jù)轉換包括數(shù)據(jù)的加密、 壓縮和格式轉換應用層做什么為OS或網(wǎng)絡應用程序提供訪問網(wǎng) 絡服務的接口TELNET 、FTP HTTP、SNMP6. TCP/IP體系結構應H1屈衣示層會幫圧1d陽輪G網(wǎng)鋼U網(wǎng)塔互述圧數(shù)期社捋層f門化1詞滸$(IVl r：?？瑴Ｐ蚐t掘戰(zhàn)雜掘包比W虛用atFTP . TELNET . HTTPSNMP . TFTP, NTPTCPUDPIP擊楓到阿踣JSping 11975218.77Pingfing 119-75

7、,218,7? with 32 bytes of data：Reply from 119,75.218-?： hytes=32 tine=?ns TTL=53Reply From 7： bytssv32 tine-7ns TTL-53Replj?119,75.218.77： hijites=32 tine =7ns TTL=53Reply Fram 7= bytes =32 tiMe=7n& TTL=53Pingf statistics For 119 75 b.21B -77Paclketsi 4, Received - 4, Lost 13

8、0kApproxinate round trip tines in nilli-seconds:Hinimuini 7ns, Haxinum 7ns, Average 7nsICMP 的應用-TracerouteTraceroute是用來偵測主機到目的主機之間所經(jīng)路由情況的重要工具，也是最便利的 工具。前面說到，盡管ping工具也可以進行偵測，但是，因為ip頭的限制，ping不能完全的記錄下所經(jīng)過的路由器。所以Traceroute正好就填補了這個缺憾。Traceroute的原理是非常非常的有意思，它受到目的主機的IP后，首先給目的主機發(fā)送一個TTL=1的UDP數(shù)據(jù)包，而經(jīng)過的第一個路由器收到這

9、個數(shù)據(jù)包以后，就自動把TTL減1，而TTL變?yōu)?以后，路由器就把這個包給拋棄了，并同時產(chǎn)生一個 主機不可達的ICMP數(shù)據(jù)報給主機。主機收到這個數(shù)據(jù)報以后再發(fā)一個TTL=2的UDP數(shù)據(jù)報給目的主機，然后刺激第二個路由器給主機發(fā)ICMP數(shù)據(jù) 報。如此往復直到到達目的主機。這樣，traceroute就拿到了所有的路由器ip。從而避開了 ip頭只能記錄有限路由IP的問題。三、物理層四、數(shù)據(jù)鏈路層1. 數(shù)據(jù)鏈路層的功能數(shù)據(jù)鏈路層在物理層提供的服務的基礎上向網(wǎng)絡層提供服務，即將原始的、有差錯的物理線路改進成邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路， 從而向網(wǎng)絡層提供高質量的服務。 一般，包括三種 基本服務：無確認的無連接服

10、務，有確認的無連接服務，有確認的有連接服務功能有：鏈路管理：數(shù)據(jù)鏈路的建立、維持和釋放幀定界：接收方確定收到的比特流中一幀的開始與結束位置，又稱幀同步流量控制：控制發(fā)送發(fā)的發(fā)送數(shù)據(jù)的速率使得接收方來得及接收 差錯控制：在通信信道傳輸?shù)谋忍亓髦邪l(fā)現(xiàn)差錯，并糾正差錯 將數(shù)據(jù)和控制信息區(qū)分開：略透明傳輸：略尋址：保證每一幀都能正確到達目的地2. 組幀（1）字符計數(shù)法：利用頭部的一個域來指定該幀中的字符數(shù)（2）使用字節(jié)填充的首尾定界符法：讓每一幀用一些特殊的字節(jié)作為開始和結束（3） 使用比特填充的首尾標志法（即零比特填充法）：例如以01111110作為每一幀的開始和結束標志，那么發(fā)送方的數(shù)據(jù)鏈路層碰到

11、數(shù)據(jù)中的5個連續(xù)的1時，就要立即添加一個0.（4）違法編碼法：用不合法的編碼作為幀起始標志3. 差錯控制差錯控制存在兩種基本策略：檢錯編碼和糾錯編碼1.檢錯編碼檢錯編碼采用了冗余編碼技術，每個數(shù)據(jù)塊中只附加一定的冗余信息，以便能讓接收方推斷是否發(fā)生差錯，但不足以糾正差錯。發(fā)現(xiàn)差錯之后可以請求重傳（ARQ）。五、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)六、網(wǎng)絡層1. 網(wǎng)絡層的功能（1）異構網(wǎng)絡互聯(lián)將網(wǎng)絡互聯(lián)起來需要一些中間設備（中繼系統(tǒng)/中間系統(tǒng)），根據(jù)中繼系統(tǒng)所在層次可以有以下5種不同的中繼系統(tǒng)：中繼器一一物理層網(wǎng)橋或橋接器一一數(shù)據(jù)鏈路層路由器一一網(wǎng)絡層橋路器（網(wǎng)橋和路由器的混合物）網(wǎng)關一一網(wǎng)絡層以上只用中繼器或者網(wǎng)橋

12、時，不稱為網(wǎng)絡互連，它仍是單個網(wǎng)絡。 互聯(lián)網(wǎng)都是指用路由器進行互聯(lián)的網(wǎng)絡。（2 ）路由選擇與轉發(fā)網(wǎng)絡層的主要功能是通過路由選擇算法，為分組從源節(jié)點到目的節(jié)點選擇適當?shù)穆窂健?路由選擇 是指按照復雜的分布式算法， 根據(jù)從各相鄰路由器所得到的關于整個網(wǎng)絡的拓撲變 化情況，動態(tài)的改變所選擇的路由。轉發(fā)就是路由器根據(jù)轉發(fā)表將用戶的IP數(shù)據(jù)報從合適的端口轉發(fā)出去。（3 ）擁塞控制在某段時間，若對網(wǎng)絡中的某資源（包括帶寬、交換結點中的緩存和處理機）的需求超過了該資源所能提供的可用部分，網(wǎng)絡的性能就會變壞一一產(chǎn)生擁塞。用于監(jiān)測網(wǎng)絡擁塞的一些指標有：由于缺少緩存空間而被丟棄的分組的百分比；平均隊列長度；超時重

13、傳的分組數(shù)；平均分組時延；分組時延的標準差擁塞控制是一個全局性的過程，涉及所有的主機、路由器，以及與降低網(wǎng)絡傳輸性能有 關的所有因素。擁塞控制有兩種方法：（1）開環(huán)控制：在設計網(wǎng)絡時事先將發(fā)生擁塞的因素考慮周到，力求網(wǎng)絡在工作時不產(chǎn)生擁塞。這種方式根據(jù)用戶的協(xié)定限制進入網(wǎng)絡的交通，從而阻止擁塞的發(fā)生。 如果服務質量不能被保證，那么網(wǎng)絡不得不拒絕交通流。（2） 閉環(huán)控制：基于反饋的概念，主要措施包括檢測擁塞， 報告擁塞和調整措施。（閉 環(huán)的缺點是在負載較小時影響網(wǎng)絡吞吐量）。這種方式是在擁塞已經(jīng)發(fā)生或者即將發(fā)生時對它做出反應，典型的是根據(jù)網(wǎng)絡的狀態(tài)調節(jié)交通流，因此必須把網(wǎng)絡的狀態(tài)反饋到調節(jié)交通的

14、地點，所以人們把這種算法稱為閉環(huán)。注意比較兩個概念：擁塞控制：必須確保通信子網(wǎng)能夠傳送帶傳送的數(shù)據(jù)，是一個全局性的問題，設計所有的主機和路由，以及導致網(wǎng)絡傳輸能力下降的所有因素。流量控制：只與給定的發(fā)送端和接收端之間的點對點通信量有關，其任務是使發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的速率不能快得讓接收端來不及接受。2路由選擇算法（1）分類靜態(tài)路由選擇算法一一即非自適應路由選擇， 其特點是簡單和開銷小， 但不能及時適應網(wǎng)絡 狀態(tài)的變化。不能根據(jù)當前測量或者估計的流量和結構來調整路由決策，但它也是可以通過用戶配置路由表來改變的。動態(tài)路由選擇算法一一即自適應路由選擇，其特點是能較好地適應網(wǎng)絡狀態(tài)的變化。但實現(xiàn)起來較復雜，

15、開銷也比較大。（2）距離-向量路由算法它要求每個路由器維持一張路由表，該表給出了到達每個目的地已知的最佳距離（距離可以有不同的度量，如跳數(shù)、帶寬、時延、負載）和輸出路線。在距離-路由選擇算法中，每個路由器都定期地與所有相鄰路由器交換整個路由表，并 以此更新自己的路由表項。缺陷：當網(wǎng)絡中出現(xiàn)故障時會出現(xiàn)慢收斂現(xiàn)象。舉例：RIP算法，它采用跳數(shù)作為距離的度量。（3）鏈路狀態(tài)路由算法每個路由器在自己的鏈路狀態(tài)變化時，將鏈路狀態(tài)信息用洪泛法傳送給網(wǎng)絡中其他的路由 器。發(fā)送的鏈路狀態(tài)信息包括該路由器的相鄰路由器以及所有相鄰鏈路的狀態(tài)。由于一個路由器的鏈路狀態(tài)只涉及與相鄰路由器的連通狀態(tài)，因而與整個互聯(lián)網(wǎng)

16、的規(guī)模并無直接關系。因此鏈路狀態(tài)路由算法可以用于大型的或路由器變化劇烈的互聯(lián)網(wǎng)絡環(huán)境。舉例：OSPF（4）層次路由路由選擇協(xié)議分為兩大類：a. 一個自治系統(tǒng)內部所使用的路由選擇協(xié)議稱為內部網(wǎng)關協(xié)議IGP,具體的協(xié)議有 RIP何OSPFb. 自治系統(tǒng)之間使用的路由選擇協(xié)議稱為外部網(wǎng)關協(xié)議EGP主要在不同的自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息，并負責為分組在不同自治系統(tǒng)之間選擇最優(yōu)的路徑。具體的協(xié)議有BGP。3. IPV4分組15 帖31斗位 版本4位首部 肉度g怔服畀類型 （TOS）応宦總長度仔節(jié)數(shù)）詁竝標識標志13位片偏移g位生存時間 （TTIJM惱曾部檢驗和號位淘IP地址貯位目的IP地址堆項如果

17、有）圖*1 IP數(shù)據(jù)報格式及首部中的各銀（1）IPV4數(shù)據(jù)報格式首部的第一部分是固定長度的，共20字節(jié)，是所有IPV4分組必須具有的。在首部的固定部分后面是一些可選字段，其長度是可變的，用來支持排錯、測量以及安全等措施。首部長度指的是首部占32bit字的數(shù)目，包括任何選項。服務類型（TOS）字段（基本不用了）包括一個3bit的優(yōu)先權子字段（現(xiàn)在已被忽略），4bit的TOS子字段和1bit未用位但必須置0。4bit的TOS分別代表：最小時延、最大吞吐量、最 高可靠性和最小費用?？傞L度字段是指整個IP數(shù)據(jù)報的長度，以字節(jié)為單位。由于該字段長16比特，所以IP數(shù)據(jù)報最長可達65535字節(jié)。標識字段唯

18、一地標識主機發(fā)送的每一份數(shù)據(jù)報。通常每發(fā)送一份報文它的值就會加1。在11.5節(jié)介紹分片和重組時再詳細討論它。同樣，在討論分片時再來分析標志字段和片偏移字段。當數(shù)據(jù)報的長度超過IP的最大傳送單元MTU寸，必須分片。標識字段的值會被復制到各 個分片的標識字段中，以便最后能正確重裝成原來的數(shù)據(jù)報。標志：占3 bit ,最低位MF=俵示后面還有分片，MF=0說明是最后一個分片。中間位DF=1意思是不能分片。片偏移：分片后，該片在原分組中的相對位置。TTL （time-to-live ）生存時間字段設置了數(shù)據(jù)報可以經(jīng)過的最多路由器數(shù)。它指定了數(shù) 據(jù)報的生存時間。TTL的初始值由源主機設置（通常為 32或

19、64）, 旦經(jīng)過一個處理它的路 由器，它的值就減去1。當該字段的值為0時，數(shù)據(jù)報就被丟棄，并發(fā)送 ICMP報文通知源主 機。第8章我們討論Traceroute程序時將再回來討論該字段。協(xié)議字段 在第一章已經(jīng)介紹，并在圖 1-8中示出了它如何被IP用來對數(shù)據(jù)報進行分用。根據(jù)它可以識別是哪個協(xié)議向 IP傳送數(shù)據(jù)。首部檢驗和字段 是根據(jù)IP首部計算的檢驗和碼。它不對首部后面的數(shù)據(jù)進行計算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它們各自的首部中均含有同時覆蓋首部和數(shù)據(jù)檢驗和碼。（2）IPV4分組轉發(fā)流程路由器的IP層所執(zhí)行的分組轉發(fā)算法：1） 從數(shù)據(jù)報的首部提取目的站的IP地址D,得出目的網(wǎng)絡地址為 N

20、;2） 若網(wǎng)絡N與此路由器直接相連，則直接將數(shù)據(jù)報交付給目的站D,否則是間接交付，執(zhí) 行3）3） 若路由表中有目的地址為 D的特定主機路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一 跳路由器；否則執(zhí)行 4）4）若路由表中有到達網(wǎng)絡 N的路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表指明的下一跳路由器，否則 執(zhí)行5）5）若路由表中有一個默認路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的默認路由器；否則執(zhí) 行6）6）報告轉發(fā)分組出錯。4. IPV4地址與NAT（1）分類的IP地址ip地址= 網(wǎng)絡號 ，主機號D |區(qū)彩和號主機號|14位B類1 | |網(wǎng)絡尋主機號匚類1 | 1號M機號|口類1屮127&E 矣 |1 1111 1（

21、留持右用）|7 位24.IYI1-5圧類址聯(lián)網(wǎng)1 也ill范田AO.O.OjO 劍 12755J255.2&3B12.00 到 191,255.25555C 刮 223,255255.255D2240.0,0 i. 239.255255-Z55E1jO,0,0 ：cl 217.25555.255I噺W%英IP地址的范闊幾點注意：1）A類、B類和C類的網(wǎng)絡號分別為1,2,3個字節(jié)，主機號為3,2,1個字節(jié)。2） A類地址的網(wǎng)絡號不包括 0 （保留地址，本網(wǎng)絡）和 127 （保留為本地軟件的換回測試本 主機用）。3） A類、B類、C類地址，主機號字段全 0標識該IP地址是本主機所

22、連接的單個網(wǎng)絡地址； 全1表示該網(wǎng)絡上的所有主機（廣播）。IP 地址具有以下特點：1）IP地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級的好處是：A. IP地址管理結構在分配IP地址時只分配網(wǎng)絡號，方便管理。B. 路由器僅根據(jù)目的主機所連接的網(wǎng)絡號來轉發(fā)分組（而不考慮目的的主機號），從而減少了路由表所占的存儲空間。2） 當一個主機連接到兩個網(wǎng)絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的IP地址。3）用中繼器或網(wǎng)橋連接起來的若干個局域網(wǎng)仍為一個網(wǎng)絡，所以其網(wǎng)絡號相同。（ 2）網(wǎng)絡地址轉換（ NAT, Network Address Translation）（1 ）虛擬專用網(wǎng)當一個機構內的主機并不需要接入因特網(wǎng)

23、時，其內部仍可以采用TCP/IP協(xié)議進行通信，此時，可以讓這些主機僅使用在本機構內有效的IP地址（稱為本地地址），而無需向因特網(wǎng)的管理結構申請全球唯一的 IP 地址。因特網(wǎng)規(guī)定從 IP 地址中指定一些作為專用地址，它們只能用作本地地址，在因特網(wǎng)中 的所有路由器對目的地址為專用地址的數(shù)據(jù)包一律不做轉發(fā)。 這些專用 地址是： 55、55、55（2）NAT功能NAT就是將專用網(wǎng)內部使用的本體IP地址轉換成有效的外部全球IP地址，使得整個專用網(wǎng)只需要一個全球IP地址就可以

24、與因特網(wǎng)連通。 因為這些本體的IP地址是可重用的，所以NAT 技術可以大大節(jié)省IP地址的消耗。5. 子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼（1）從兩級 IP 地址到三級 IP 地址兩級IP地址的缺點：A. IP地址空間的利用率有時很低B. 給每一個物理網(wǎng)絡分配一個網(wǎng)絡號會使路由表變得太大而使得網(wǎng)絡性能變壞C. 兩級個IP地址不夠靈活劃分子網(wǎng)的思路：A. 劃分子網(wǎng)純屬一個單位內部的事情，單位對外仍然表現(xiàn)為沒有劃分子網(wǎng)的網(wǎng)絡B. 從主機號借用若干個比特作為子網(wǎng)號，而主機號相應減少了若干bit，網(wǎng)絡號不變?？梢杂洖镮P地址=網(wǎng)絡號 ，子網(wǎng)號 ，主機號C. 凡是從其他網(wǎng)絡發(fā)給本單位某個主機的 IP數(shù)據(jù)包，仍然是根據(jù)IP數(shù)

25、據(jù)報的目的網(wǎng)絡號先找到連接在本單位網(wǎng)絡上的路由器。然后此路由器在收到IP 數(shù)據(jù)報之后，再按目的的網(wǎng)絡號和子網(wǎng)號找到子網(wǎng)。最后就將 IP數(shù)據(jù)報直接交付給目的主機。（ 2 ）子網(wǎng)掩碼子網(wǎng)掩碼中的1對應于IP地址中的網(wǎng)絡號和子網(wǎng)號， 0對應于主機號。 好處：只要將子網(wǎng)掩碼和 IP 地址按位與運算就可以得到網(wǎng)絡地址。因此即使沒有劃分 子網(wǎng)，使用子網(wǎng)掩碼也可以簡化路由選擇算法。如果一個網(wǎng)絡沒有劃分子網(wǎng)就采用默認子網(wǎng)掩碼。ABC 類地址子網(wǎng)掩碼分別為、、（3）使用子網(wǎng)掩碼的分組轉發(fā)過程使用子網(wǎng)劃分后，路由表每行所包括的主要內容是：目的網(wǎng)絡地

26、址、子網(wǎng)掩碼和下一跳地址。分組轉發(fā)算法如下：1） 從數(shù)據(jù)報的首部提取目的站的IP地址D2） 用和路由器直接相鄰的網(wǎng)絡的子網(wǎng)掩碼和D按位與，看是否和相應的網(wǎng)絡地址匹配，若匹配則將分組直接交付。否則是間接交付，執(zhí)行3）3）若路由表中有目的地址為 D的特定主機路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的下一 跳路由器；否則執(zhí)行 4）4） 對路由表中的每一行的子網(wǎng)掩碼和D按位與，若其結果與該行的目的網(wǎng)絡地址匹配，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表指明的下一跳路由器，否則執(zhí)行5）5）若路由表中有一個默認路由，則將數(shù)據(jù)報傳送給路由表中所指明的默認路由器；否則執(zhí) 行6）6）報告轉發(fā)分組出錯。6. 構造超網(wǎng)-無分類編址 CID

27、R（1）網(wǎng)絡前綴無分類編址的特點：1）CIDR采用各種長度的網(wǎng)絡前綴來代替分類地址中的網(wǎng)絡號和子網(wǎng)號，其地址格式如下：IP地址=網(wǎng)絡前綴 ，主機號采用斜線記法，舉例：4/20表示這32個bit中，前20個bit是網(wǎng)絡前綴， 后12bit是主機號。2） 將網(wǎng)絡前綴都相同的連續(xù)的IP地址組成CIDR一個CIDR地址塊可以表示很多地址，這種地址的聚合常稱為路由聚合（也稱為構成超 網(wǎng)），可以縮短路由表，減少路由器之間選擇信息的交換，提高網(wǎng)絡性能。CIDR同樣適用了掩碼來確定其網(wǎng)絡前綴，對于/20的地址塊，其掩碼由連續(xù)的20個1和后續(xù)12個0組成。（2）最長前綴匹配在查找路由表時可

28、能會得到不止一個匹配結果，此時應當從匹配結果中選擇具有最長網(wǎng)絡前綴的路由。（3）使用二叉線索樹查找路由表為了查找最長前綴匹配，通常將無分類編址的路由表存放到一種層次的數(shù)據(jù)結構中，最常用的就是二叉線索。7. ARP協(xié)議（1） IP地址和MAC地址（1）二者關系硬件地址（48位）是主機唯一的表示，放在MAC幀的首部；IP地址（32位）是主機在抽象的網(wǎng)絡層中的地址，放在IP分組的首部。IP地址作用是使得連接在互聯(lián)網(wǎng)上的主機間的通信就像連接在一個網(wǎng)絡中那樣方便。而IP地址是不能直接用來通信的，因為在鏈路層必須使用硬件地址才能將數(shù)據(jù)發(fā)送到實際的網(wǎng)絡上。此外，在一個網(wǎng)絡上增加主機或者主機更換網(wǎng)卡導致的硬件

29、地址改變，導致IP地址和硬件地址之間的映射關系也改變。所以IP地址獨立于硬件地址，它們之間不是簡單的映射關系。（2 ）二者區(qū)別 在IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)上只能看到IP分組；路由器只根據(jù)目的站的IP地址的網(wǎng)絡號進行路由選擇，傳送過程中并不改變IP分組的源地址和目的地址。在具體的物理網(wǎng)絡的鏈路層，只能看到MAC幀而看不見IP分組。MAC幀在不同的網(wǎng)絡上傳送時，其 MAC幀首部中的源地址和目的地址要發(fā)生變化。IP層抽象的互聯(lián)網(wǎng)屏蔽了下層很復雜的細節(jié)。在抽象的網(wǎng)絡層上討論問題，就能夠使用統(tǒng)一的、抽象的IP地址研究主機和主機或者主機和路由器之間的通信。注：路由器不僅有多個 IP地址也有多個 MAC地址。（2

30、）地址解析協(xié)議（ARP, Address Resolution Protoc）每個主機中都有一個 ARP高速緩存，里面是所在局域網(wǎng)上的各主機和路由器的IP地址到硬件地址的映射表， ARP協(xié)議的職責就是動態(tài)的維護該表。當源主機欲向本局域網(wǎng)上的某個目標主機發(fā)送IP分組時，就先在其 ARP高速緩存中查看有無目標主機的IP地址。如有則就可以查出其對應的硬件地址，再將此硬件地址寫入 MAC幀，然后通過局域網(wǎng)將該 MAC幀發(fā)往此硬件地址。 如果沒有，則先通過廣播 ARP請求分組， 在獲得目標主機的 ARP響應（單播）分組后，將目標主機的硬件地址寫入ARP高速緩存中目標主機的IP地址到硬件地址的映射。ARP

31、是解決同一個局域網(wǎng)上的主機或路由器的 IP地址和硬件地址的映射問題。如果所 要找的主機和源主機不在同一個局域網(wǎng)上，那么就要通過ARP找到一個位于本局域網(wǎng)上的某個路由器的硬件地址， 然后把分組發(fā)給這個路由器， 讓這個路由器把分組轉發(fā)給下一個網(wǎng) 絡。剩下的工作就由下一個網(wǎng)絡來做。ARP是IP層的協(xié)議|。8. DHCP協(xié)議動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）常用語給主機動態(tài)的分配 IP地址。它提供了即插即用聯(lián)網(wǎng) 的機制，這種機制允許一臺計算機加入新的網(wǎng)絡和獲取IP地址而不用手工參與。DHCP是應用層協(xié)議,DHCP報文使用UDP傳輸。DHCP使用客戶服務器方式。需要IP地址的主機在啟動時想 DHCP服務器廣播

32、發(fā)送發(fā)現(xiàn)報文，這時該主機就成 DHCP的客戶。DHCP服務器先在其數(shù)據(jù)庫中查找該計算機的配置信 息。若找到，則返回找到的信息。若找不到，則從服務器的IP地址池中取一個地址分配給該計算機。DHCP服務器的回答報文叫做提供報文。DHCP服務器分配給DHCP客戶的IP地址是臨時的。因此，DHCP客戶只能在一段有限 的時間內使用這個分配到的IP地址。DHCP協(xié)議稱這段時間為租用期。9. ICMP協(xié)議為了提高ip數(shù)據(jù)報交付成功的機會，因特網(wǎng)在網(wǎng)絡層中使用了因特網(wǎng)控制報文協(xié)議（ICMP）|。ICMP允許主機或路由器報告差錯情況和有關異常情況。ICMP是IP層的協(xié)議，ICMP報文作為IP層數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)，加上

33、數(shù)據(jù)報的首部，組成IP分組發(fā)送出去。ICMP報文的種類有兩種：ICMP差錯報告報文：有終點不可達、源站抑制、時間超過、參數(shù)問題、改變路由五種ICMP詢問報文：有回送請求和回答、時間戳請求和回答、掩碼地址請求和回答、路由 器詢問和報告四種。應用層的PING用來測試兩主機間的連通性。PING使用了 ICMP回送請求和回送回答報文。PING是應用層直接使用網(wǎng)絡層 ICMP的例子，他沒有通過傳輸層的TCP或UDP。10. 下一代網(wǎng)際協(xié)議（IPV6）IPV6的特點：不允許分片，數(shù)據(jù)包過大則丟棄；頭部長度固定（40字節(jié)）取消“首部檢驗和”字段，TTL改為“跳數(shù)限制字段”地址將從32bit增大到128bit

34、支持即插即用11. 內部網(wǎng)關協(xié)議：RIP路由協(xié)議（1）工作原理RIP協(xié)議工作在應用層|oRIP支持最大跳數(shù)為15,跳數(shù)16相當于不可達。路由器在剛剛開始工作時，只知道它到與它直接連接的網(wǎng)絡的距離（為1）o以后，每一個路由器也之和數(shù)目非常有限的相鄰路由器交換并更新路由信息。經(jīng)過若干次更新后， 所有的路由器最終都會知道到達本自治系統(tǒng)中任何一個網(wǎng)絡的最短距離和下一跳路由器的地 址。具體過程： 假設路由表中的項目格式為：目標網(wǎng)絡，距離，下一跳 。一個RIP報文的內容就是源路由器的路由表。假設當前路由器收到相鄰路由器X的一個RIP報文。1） 修改RIP報文，將接受到的路由信息中的所有項目的“下一跳”字段

35、中的地址改為X, 并將距離+1.2）更新自己的路由表。如果項目不在表中，則直接添加。如果下一跳字段相同，則不管大小直接用最新的信息替換原有的。如果下一跳字段不同，則比較大小，優(yōu)先選擇距離短的。3 ）判定不可達：若 3分鐘還沒收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路由器的距離設 置為16.4）返回（2） RIP協(xié)議的優(yōu)缺點優(yōu)點：實現(xiàn)簡單、開銷小、收斂過程速度快 缺點：（好消息傳的快,網(wǎng)絡故障時，要經(jīng)過比較長的時間才能將此信息傳送到所有路由器。壞消息傳的慢）；限制了網(wǎng)絡的規(guī)模，它能使用的最大距離為16;路由器之間交換的是完整的的路由表，隨著因特網(wǎng)規(guī)模的擴大開銷也會增加。12. 內部網(wǎng)關協(xié)議（OSP

36、F）（1）OSPF協(xié)議的基本特點開放最短路徑優(yōu)先 OSPF協(xié)議也是內部網(wǎng)關協(xié)議 IGP的一種，其核心是使用鏈路狀態(tài)協(xié) 議和Dijkstra的最短路徑優(yōu)先算法。通過鏈路狀態(tài)協(xié)議，各路由器之間頻繁地交換鏈路狀態(tài)信息，因此所有的路由器最終都能建立一個鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫實際上就是全網(wǎng)的拓撲結構圖，它在全網(wǎng)范圍內是一致的，每個路由器應用Dijkstra最短路徑算法從該拓補圖生成最短路徑樹，從而得到自己的路由表。OSPF特 點：更新過程收斂得快直接用IP數(shù)據(jù)報傳送且構成的數(shù)據(jù)報很短，可見OSPF的位置在網(wǎng)絡層。OSPF對不同的鏈路可根據(jù)IP分組的不同服務類型 TOS而設置成不同的代價。因此，OSP

37、F 對于不同類型的業(yè)務可以計算出不同的路由。如果到同一個目的網(wǎng)絡有多條相同代價的路徑，那么可以將通信量分配給這幾條路徑。這就叫做多路徑間的負載均衡。所有在OSPF路由器之間交換的分組都具有鑒別的功能。支持可變長度的子網(wǎng)劃分和無分類編址CIDR每一個鏈路狀態(tài)都帶上一個 32bit的序號，序號越大就越新。OSPF的五種分組類型：類型1問候分組：用來發(fā)現(xiàn)和位置鄰站的可達性類型2.數(shù)據(jù)庫描述分組：想鄰站給出自己的鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的所有鏈路狀態(tài)項目的 摘要信息。類型3.鏈路狀態(tài)請求分組：向對方請求發(fā)送某些鏈路項目的詳細信息。類型4.鏈路狀態(tài)更新分組，用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。類型5.鏈路狀態(tài)確認分組：

38、對鏈路更新分組的確認。工作原理：通常每隔10秒，每兩個相鄰路由器要交換一次問候分組，以便知道哪些站可達。在路由器開始工作時，OSPF讓每一個路由器使用 數(shù)據(jù)庫描述分組 和相鄰路由器交換本地數(shù)據(jù)庫 中一有的鏈路狀態(tài)摘要信息。然后，路由器就使用 鏈路狀態(tài)請求分組，向對方發(fā)送自己所缺少的某些鏈路狀態(tài)項目的詳細信息。經(jīng)過一系列的這種分組交換，全網(wǎng)同步的鏈路數(shù)據(jù)庫就建立了。在網(wǎng)絡運行過程中， 只要一個路由器的鏈路狀態(tài)發(fā)生變化，該路由器就使用 鏈路狀態(tài)更新分組，用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。其他路由器在更新后， 發(fā)送鏈路狀態(tài)確認分組對更新分組進行確認。OSPF還規(guī)定每隔一段時間，如 30分鐘就要刷新一次數(shù)據(jù)

39、庫中的鏈路狀態(tài)了。13. 外部網(wǎng)關協(xié)議：（BGP）BGP（ Border Gateway Protocol ）邊界網(wǎng)關協(xié)議它是在不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。由于：1）因特網(wǎng)的規(guī)模太大，使得自治系統(tǒng)之間的路由選擇非常困難;2 ）對于自治系統(tǒng)之間的路由選擇，要尋找最佳路由是很不現(xiàn)實的；3）自治系統(tǒng)之間的路由選擇必須考慮有關策略。邊界網(wǎng)關協(xié)議 BGP只是力求尋找到一條能夠到達目的地的網(wǎng)絡且比較好的路由（不能兜圈子），而并非要尋找到一條最佳路由。BGP采用的是路徑向量路由選擇協(xié)議。基本原理：每一個自治系統(tǒng)的管理員要選擇至少一個路由器作為該自治系統(tǒng)的“BGP發(fā)言人”。一個BGP發(fā)言人要與

40、其他自治系統(tǒng)中的BGP發(fā)言人交換路由信息，就要先建立TCP鏈接，然后在此連接上交換BGP報文以建立BGP會話，再利用BGP會話交換路由信息。眾 BGP發(fā)言人互相 交換網(wǎng)絡可達性信息后，各BGP發(fā)言人就可以找出到達各自治系統(tǒng)的比較好的路由。BGP協(xié)議的特點：1）BGP協(xié)議交換路由信息的結點數(shù)量級是自治系統(tǒng)數(shù)的量級，這要比這些自治系統(tǒng)中的網(wǎng) 絡書少很多。2）每一個自治系統(tǒng)中的 BGP發(fā)言人（或邊界路由器）的數(shù)目是很少的。這樣就使得自治系 統(tǒng)之間的路由選擇不至于過分復雜。3）BGP支持CIDR因此BGP的路由表也就應當包括目的網(wǎng)絡前綴、下一跳路由器、至U達該 目的網(wǎng)絡所要經(jīng)過的各個自治系統(tǒng)序列。4）

41、在BGP剛剛運行時，BGP的鄰站是交換整個 BGP路由表。但以后只需要在發(fā)生變化時更 新有變化的部分。這樣做對節(jié)省網(wǎng)絡帶寬和減少路由器的處理開銷方面都有好處。BGP-4共使用四種報文：1） 打開（Open）報文：用來與相鄰的另一個BGP發(fā)言人建立關系；2）更新（Update）報文：用來發(fā)送某一路由的信息，以及列出要撤銷的多條路由；3）?；睿↘eepalive）報文：用來確認打開報文和周期性地證實鄰站關系；4）通知（Notification ）報文：用來發(fā)送檢測到的差錯。14. IP組播和因特網(wǎng)組管理協(xié)議（IGMP）ip組播思想：源主機只發(fā)送一份數(shù)據(jù)， 該數(shù)據(jù)中的目的地址為組播的組地址。 組地址

42、中的所有接受者 都可以接收到同樣的數(shù)據(jù)副本， 并且只有組播內的主機可以接受數(shù)據(jù)， 網(wǎng)絡中其他主機接收 不到。與廣播不同的是，主機組播時僅發(fā)送一份數(shù)據(jù)， 組播的數(shù)據(jù)僅在傳送路徑分岔時才將數(shù)據(jù)報復制后繼續(xù)轉發(fā)。 所以，采用組播協(xié)議可以明顯地減輕網(wǎng)絡中各種資源的消耗。組播需要路由器的支持才能實現(xiàn)，能夠運行組播協(xié)議的路由器稱為組播路由器。ip組播地址：使用D類地址支持組播。 每一個D類地址標志一組主機。組播地址只能用于目的地址，不 能用于源地址。因特網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP:IGMP是在組播環(huán)境下使用的協(xié)議，主要用于IP主機向任何一個直接相鄰的路由器報告其組 員情況。IGMP使用IP分組傳遞其報文（即IGMP報文加上IP首部構成IP分組），但它也向 IP提供服務。因此，不把 IGMP看成一個單獨的協(xié)議，而是把它看成屬于整個網(wǎng)際協(xié)議IP的一個組成部分。組播路由算法：組播路由選擇實際上就是要找出以源主機為根節(jié)點的組播樹。在組播樹中，每一個數(shù)據(jù)報在每條鏈路上只傳送一次（不兜圈子）。15. 移動 IP（1）移動 IP 的概念支持移動性的因特網(wǎng)體系結構與協(xié)議被共同稱為移動IP。它是為了滿足移動節(jié)點（計算機、服務器、網(wǎng)段等）在移動中保持其連接性而設計的。移動IP 技術可以使移動節(jié)點以固定的網(wǎng)絡IP地址，實現(xiàn)跨越不同網(wǎng)段的漫游功能，并保證了基于網(wǎng)絡