【计算机网络】复习荟萃（四）

【计算机网络】复习荟萃（四）
虚电路服务
数据报服务
国际协议IP
路由器
IP 地址
分类 IP 地址
IP地址意义
IP 地址与MAC地址
地址解析协议 ARP
IP 数据报的格式
IP数据报分片
划分子网
构造超网 CIDR
网际控制报文协议 ICMP
互联网路由选择协议
内部网关协议IGP
外部网关协议EGP
IP多播
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据包服务，不提供服务质量保证

虚电路服务
面向连接
逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接，全双工
不需要包含目的地址，分组信息比特数较少，差错可以由网络负责控制

数据报服务
无连接服务（不事先为分组的传输确定传输路径，不同分组传输路径可能不同）
每个分组携带源和目的地址
路由器根据分组的目的地址转发分组。

国际协议IP
网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一
地址解析协议 ARP
网际控制报文协议 ICMP
网际组管理协议 IGMP

路由器
一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，任务是转发分组
直接交付：
目的主机 B 与源主机 A 连接在同一个网络（付不需要使用路由器）
间接交付：
将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器
特定主机路由：为特定的目的主机指明一个路由，便于管理人员测试
默认路由：用以减少路由表空间，除了表内内容一律走默认路由
结构划分：路由选择部分、分组转发部分
分组丢弃：路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，当进入队列的分组没有存储空间时被丢弃。输入输出队列溢出是造成分组丢弃的重要原因。
交换结构：通过存储器、通过总线、通过纵横交换结构

IP 地址
IP 地址就是给每个连接在互联网上的**主机（或路由器）**分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符
在这里插入图片描述

分类 IP 地址
两个固定长度的字段组成，网络号 net-id，主机号host-id
A类：8-24，0开始，最大可指派网络数2 8 − 1 − 2 2^{8-1}−22
8−1
−2 ，每个网络最大主机数2 24 − 2 2^{24}−22
24
−2
B类：16-16，10开始，最大可指派网络数 2 16 − 2 − 1 2^{16-2}−12
16−2
−1 ，每个网络最大主机数 2 16 − 2 2^{16}−22
16
−2
C类：24-8，110开始，最大可指派网络数2 24 − 3 − 1 2^{24-3}−12
24−3
−1 ，每个网络最大主机数 2 8 − 2 2^8−22
8
−2
D类：1110开始，多播地址
E类：1111开始，保留今后使用

主机号全0表示该IP地址是本主机，全1表示所有，所有主机不可做源地址
网络号为全0，是保留地址，表示本网络不可做目的地址，127·为本地软件的环路测试

IP地址意义
（1）IP 地址是一种分等级的地址结构
网络号单位分配主机号，方便单位管理
路由器只根据网络号转发分组，减少了路由表所需存储空间
（2）IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口
一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址
（3）用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络
同一个局域网都具有同样的网络号 net-id
（4）局域网都是平等的

IP 地址与MAC地址
网络层以上使用 IP 地址（32位），链路层以下使用MAC地址（48位：24位厂商+24位厂家确定）

地址解析协议 ARP
每个接口都有两个地址，IP 地址，MAC 地址
ARP 作用：已知IP，求MAC
每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存，有各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表，并且能动态更新（设有TTL）
如有，则通过局域网将MAC帧发送到硬件地址
如没有，本局域网上广播发送ARP请求分组，等待主机B发送的ARP响应分组，写入ARP高速缓存
ARP请求/响应分组的内容：
发送方硬件地址；发送方IP地址；目标方硬件地址（未知填0）；目标方IP地址
ARP请求分组是广播，ARP相应分组是单播
使用 ARP 的四种典型情况
主机，本网络上的另一个主机——用 ARP 找到目的主机的硬件地址
主机，另一个网络上的一个主机—— ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址，剩下的工作由这个路由器来完成
路由器，本网络上的一个主机——同1
路由器，另一个网络上的一个主机——同2
为什么不直接使用硬件地址进行通信？
使用不同的硬件地址，转换麻烦

IP 数据报的格式
首部（20）

版本：ipv4、ipv6等
首部长度：以4字节为单位
区分服务：不常用
总长度：以字节为单位
标识：计数器
标志：MF more fragment，DF don’t fragment
片偏移：以8字节为单位
生存时间TTL（倒计时）
协议：记录上层协议（TCP等）
首部检验和：反码运算求和（高位溢出加低位）
源地址和目的地址
可选字段：不常用，不足1字节需要填充
在这里插入图片描述

IP数据报分片
以太网MTU=1500字节
首部+数据部分=1500字节
标识（16bit）：同一数据报的分片，与原来一样
标志字段（3bit），2位有意义x__：
中间：DF（不许分片）最后MF（还有分片）
片偏移：（16-3=13bit）较长分组分片后，某片在原分组的相对位置，以8字节为单位
在这里插入图片描述

划分子网
使用子网掩码可以找出 IP 地址中的子网部分，1：网络号和子网号，0：主机号
在这里插入图片描述
优点：
减少IP地址的浪费
使网络组织更加灵活
便于维护管理
使用子网时分组的转发
（1）用各网络子网掩码和目的IP地址相与，结果一致直接交付
（2）检查是否有特定主机路由
（3）与路由表各项子网掩码相与，寻找匹配目的网络
（4）由默认路由转发

构造超网 CIDR
无分类编址 CIDR
网络前缀+主机号：IP地址/网络前缀位数
主机号全0全1不使用，最大最小还是0全1？？？？
CIDR的子网号可以全0，全1

CIDR地址块：将有相同网络前缀的连续IP地址组成CIDR地址块
路由聚合（构成超网）：
多个子网聚合成较大的子网，构成超网，路由聚合：下一跳是一样的，缩短网络前缀
找到最匹配的网络：最长前缀匹配
路由表有多个匹配结果，找最长网络前缀的路由，前缀越长，路由越具体

网际控制报文协议 ICMP
路由器向源点发送ICMP报文
种类：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文
格式：类型（1个字节）、代码（1个字节）、校验和（2个字节）
ICMP 差错报告报文：
终点不可达，时间超过（TTL=0），参数问题（首部问题），改变路由（更好的路由）
询问报文分类：
回答请求和回答报文，时间戳请求和回答报文
PING测试两个主机之间的连通性（询问报文）
Tracerouten 用来跟踪一个分组从源点到终点的路径(时间超过差错报文)

互联网路由选择协议
静态路由选择（手工配置）：简单开销小，但不能适应网络动态和变化
动态路由选择：自适应但开销大
分层次的路由选择协议：
自治系统 AS：在自制系统内部使用的路由选择协议（如RIP和OSPF）

内部网关协议IGP
一个AS内使用的：
RIP：路由信息协议，基于距离向量，简单
通过路由器数目最少
只保存一条路由，跳数为唯一评判标准，直接交付：距离=1，距离16表示不可达
RIP特点：
仅和相邻路由器交换信息
交换全部信息（即自己的路由表）
定期交换路由信息
广播UDP报文来交换
优点：简单开销小；缺点：坏消息传播的慢
距离向量算法：
（1）修改RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1
（2）若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表
（3）若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替
换原路由表中的项目(可能增大，可能减小)
（4）项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新
在这里插入图片描述
OSPF：
开放最短路径优先OSPF：最短路径优先
采用分布式的链路状态协议
采用洪泛法：每个路由器和相邻路由器交换链路状态（度量信息）（广播）
链路状态发送变化时才交换
直接使用IP数据报发送
分类：问候、数据库描述、链路状态请求、链路状态更新、链路状态确认
优点：收敛速度快，能用于大规模网络

外部网关协议EGP
AS之间使用：BGP
外部网关协议BGP：
BGP发言人将到达某个网络所要经过的一系列AS（路径）传递到另一个自制系统中的协议（BGP-4），发生变化就更新，以此找到AS间比较好的路由（无环）
BGP发言人：建立TCP连接，并交换BGP报文以建立BGP会话
采用TCP

BGP的四种报文：打开、更新、保活（周期性确认与邻站关系）、通知
在这里插入图片描述

IP多播
目的：更好的支持一对多通信，节省网络资源
只需发送一次到多播组，路由器复制分组。
局域网具有硬件多播功能，不需要复制分组
方式：多播路由器传播D类IP地址数据报，不产生ICMP差错
IP多播地址：
使用 D 类 IP 地址作为目的地址
不可靠交付，UDP
不产生ICMP差错报文
D类也不是全部用
MAC地址：01-00-5E打头+0+D类最后23位地址（9-32）
需要的协议：网际组管理协议IGMP、多播路由选择协议

第四章（重点）
IP地址的分类（网络地址、广播地址，全0全1不分配）、划分子网、构成超网
CIDR网络地址的聚合
IP数据分组的首部格式（标识、总长度、数据长度、MF、DF、片偏移量）
ARP协议（重点）
ICMP协议（ping命令，tracert命令）
IP数据报的分片（已知TCP数据部分、UDP的数据部分、TCP数据段大小、UDP报文或IP数据部分，甚至应用层的报文，那还要知道其对应使用UDP还是TCP）封装后
的分片， IP多播地址（与MAC地址的关系）
RIP、OSPF、BGP协议
路由表的更新

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