Classful IP Address Structure

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-0mdNeYWQ-1639587068858)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center.png)]

network size(host数量): A>B>C

类别	主机数
A	2^(24)-2
B	2^(16)-2
C	2^(8)-2

network number : C>B>A

类别	网络数
A	2^(7)-2 [0.和127.不可]
B	2^(14)-1 [128.0被保留]
C	2^(21)-1 [192.0被保留]

IP地址：用来识别network interface的唯一地址

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-eZuOuL3M-1639587068860)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-16393962919744.png)]

为什么IP地址分配给**network interface**而不是物理设备：一个物理设备可能有多个network interface(比如router)(识别物理设备的是MAC address)

Private IP addresses

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GTHNs1ln-1639587068861)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-16393962775182.png)]

10.0.0.0- 10.255.255.255
172.16.0.0- 172.31.255.255
192.168.0.0- 192.168.255.255

NAT:实现公网和私网的转换

169.254.0.0 -169.254.255.255实现自动私有IP寻址

Router——connect different network

一个Router需要两种路由协议

routable protocol:可路由协议，也被称为路由协议，是那些也称为路由协议，是那些将用户信息和数据封装到数据包中的协议，即 IP
routing protocol:路由器会寻找每个packet最佳的路由路径

Internet Protocol（Routable Protocol）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-MlxhSYUC-1639587068863)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-16393971336136.png)]

Two main function：

packet forwarding to their destination
分割PDU(project data unit)

IP Datagram Structure

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-tLA7ep4B-1639587068865)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-16393972123968.png)]

IHL: Internet header length。表明data起始位置（因为header里有可选内容，header的长度并不固定，所以需要记录length, 20 B-60 B）

Total length:总长度(header+data,最小20 B）

TTL: 当前datagram的有效时长（每经过一个router减一）

Protocol: Transport layer中适用哪种协议（TCP【Transmission Control Protocol】/ UDP【User Datagram Protocol】）

上面是protocol, 不是Type of service

Fragmentation

保证IP datagram 能被所有网络中的network所处理

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Hr5N4rIK-1639587068866)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939780307212.png)]

ID：所有片段ID要相同
MF：表示当前片段的last unit是否是原数据的尾部（而不是：是否还有片段，因为片段到达顺序不确定），1表示否；0表示是
DF：表示当前数据能否被分段（设置选项1的原因是：可用来检测network最大容量），0表示可以分段；1表示不能

图中33是id,紧跟的是offset, 然后是MF, 之后的是数据

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Z9ovyNd3-1639587068868)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939730106810.jpeg)]

IP的特点：

两大功能：发送数据表/ 分割数据表
不受MTU（Maximum Transmission Unit）影响
不能保证服务质量
独立于物理网络：与终端结构（mechanism）无关
是逻辑地址

优势:

更少的overhead
上层可以构建更可靠的服务
已经足够用于许多网络

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-9qWroFii-1639587068870)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939842064714.png)]

EGP: (以BGP为代表)

自治系统（Autonomous System），即AS

根据实现方法分类：

source routing：**每个节点根据预先选择的节点**路径经行跳跃。
next-hop routing：每个节点**只关心下一跳**

**Default Route **（默认路由）：默认连接的路由

end-system：出入经由一个router（该router为默认router）
其他：出入经由不只一个router（此时需配置一个默认router）

static routing （静态路由）： 管理员手动配置的路由信息。但是当路由结构发生变化的时候，需要手动修改。

dynamic routing （动态路由）： 路由器能够自动地建立自己的路由表，并且能够根据实际实际情况的变化适时地进行调整。动态路由机制的运作依赖路由器的两个基本功能：对路由表的维护；路由器之间适时的路由信息交换。

Convergence

整个网络中的路由器拥有统一的关于网络连接的更新信息

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DQUqMoLT-1639587068871)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939870122816.png)]

1. Distance Vector Protocols 距离向量协议

DV Algorithms

特点

让每个路由器通过邻居路由器得知network中的其他节点
获取全部信息后，根据DV Algorithms更新Routing Table，计算通向每个可能目的地的最短路径和下一跳
信息将被广播，耗费时间
难以“收敛”（整个网络中的路由器拥有统一的关于网络连接的更新信息）
难以保留正确信息

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-XYBEAjAG-1639587068873)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzUyNTQyNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70-163948714681730.png)]

方框：路由器
实线：network
数字：cost（在本图中，跳数不是评判cost的唯一标准，可能还包括电缆长度和带宽）

Routing Table
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-TqeYUSK1-1639587068874)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939928197920.png)]Updates
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-U88xn7fJ-1639587068876)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939932397422.png)]

Routing Information Protocol (RIP)

通过提供输入参数信息，提供了让网络中路由器发送更新的途径。借此每个路由器生成routing table
是一种 interior gateway protocol (IGP)，实现了DV Algorithms
最多15跳（16代表不可用/ 无限远）（因此适用于小型网络）

format：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-qpPjASVK-1639587068878)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939949490024.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-wShXP7kY-1639587068880)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AUri2UVs-1639587068881)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163939957442327.png)]

通常以广播的形式发送
一条信息最大512 B （entry< dest , cost>）
每个RIP响应最大25条entries（25个相邻节点），大于25需要更多的RIP
当一个初始化的路由器出现，它将向邻居路由器发送request请求RIP信息，计算自己的routing table
路由器定期向邻居发送自己包含routing table entries的响应；当收到请求，也会发送响应（即使没到发送周期）
从相邻节点获得信息的途径：定期广播/ 发送请求（事件驱动）

RIP相关周期

每隔30s路由器向邻居广播自己的路由表信息
180秒未收到RIP更新：标为无限远
又过了**60秒**：从routing table中删除

Four-Step Routing Table Update

检查更新的有效性，如果无效则忽略
寻找对应的目的地
如果目的地已经存在，RIP中的matric更小，更新条目，并重置Timeout。
如果目的地未找到，添加目的地信息

routing table 结构

Destination IP Address（只包含net ID部分，因此不被网络内部的结构改变所影响）
Metric (hop count 1-15, 16 unreachable)(cost)
Next Hop, Advertising Router – split horizons
Timeout (seconds)

两种RIP routers

主动Active Gateways：周期性广播
被动Passive Hosts：不发送更新

RIP的建立和更新过程：

最开始，每个节点连接的都只与自己的neighbors相连接。以A为例，它只知道B和F节点的相关路由表信息，最多也就只能整合成上图那样。（其中距离邻居初始都是 1 hop）
RIP广播request去请求RIP的的相关信息。
路由器比较收到的RIP表和它自己的表。如果已有节点的跳数较少，更新已有目的地的路由；如果节点记录中没有，路由器增加新的入口。
RIP广播响应数据包定期发送

收敛时间的改进4种方式

Split Horizon Update（水平分割）
路由器不会把从某个对象那里接受到的内容重新发给那个对象。
Poison Reverse（毒性逆转）
对于不可到达的节点，路由器在其表中保留这个不可到达的路由的信息两个广播周期(broadcast
periods)，并将目标广播为不可到达。
Triggered Updates（触发更新）
当发生重大变化的时候，会选择触发更新方式，而不是单纯的周期性更新
Hold-Down Timer（抑制计时）
当被通知某个节点不可到达的时候，router不改变这个信息，存下这个信息（持续60秒）

Summary of RIP

广播，不可拓展Broadcasts (not scalable)
跳数限制Infinity of 16
会成环
鲁棒性差。只存储一条路径
无安全保障
收敛过慢

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LJhU2KwH-1639587068883)(D:\photo\photolibrary\image-20211214211417658.png)]

如果c发来路由表，B中如果下一跳就是C的项对于C的此项信息直接更新。如上面的N2，因为B的下一条就是C，所以C发来的信息虽然更大了，但是直接更新。

2. Link State Protocols 链路状态协议

每个节点都知道直接邻居的成本（链接状态）
每个节点的链路状态泛洪(flood)到网络中的所有路由器
节点有足够的信息来使用链接度量构建完整的网络拓扑
链接状态要求：
- 可靠的广播
- 最低成本路径的计算

OSPF与RIP的区别：

OSPF所发送的LSA（link state advertisements）只包含link（到邻居的cost）——RIP发送的routing table包含了dest和cost
LSA只包含邻居的信息，而不是整个网络的路由信息
RIP选择跳数少的，OSPF选择代价小的

OSPF工作步骤

结识邻居(连接到同一个链路的路由器)send Hello packets–> discovery mechanism
邻接adjacency（虚拟的点对点连接）（从邻居关系中选出的为了交换路由信息而形成的关系）
发送LSA(link state advertisements)到邻接
在link state database中记录LSA并原封不动转发
通过将LSA泛洪，所有路由器将构建相同的链路状态数据库
每个路由器使用SPF算法计算一个无环图（SPF树），描述到每个已知目的地的最短（最低成本）路径
根据SPF树构建自己的routing table
两个相邻的路由器通过发报文的形式成为邻居，邻居再相互发送链路状态信息形成邻接，之后各自根据SPF算出路由，放在OSPF路由表

LSA包括：

node ID：谁生成的LSA
Sequence number：判断是否首次收到当前LSA
Dijkstra’s shortest path algorithm

Destination IP地址的不同导致发送对象类型的不同

4张表：

邻居表: 主要记录形成邻居关系路由器
链路状态数据库: 记录链路状态信息
OSPF路由表: routers分别通过链路状态数据库得出
全局路由表: OSPF路由与其他比较得出

OSPF packet 结构

OSPF 更新

LSA只发送一次，拓扑结构变化时才更新
OSPF十分“安静”，发送消息的频率更低（30mins）
所有路由器广播完毕后，开始各自SPF

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6jrBFiCP-1639587068885)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163948939963840.png)]

Hello Messages

周期广播
建立邻接

五种报文

Hello 问候：建立并维护邻居关系
Database Description 数据库描述: 以汇总形式交换拓扑信息
Link State Request 链路状态请求：把从Database Description中找出需要的链路状态头部信息传给邻居，要求更新——例如当数据库信息被认为太旧时
Link State Update 链路状态更新：发送LSA(link state advertisements)
LSACK(Link State Acknowledgement) 链路状态确认应答：收到LSU报文后确认该报文

Scaling缩放

每个链路转换都会导致广播和 SPF 运行

**can build OSPF hierarchy to segregate broadcasts**对OSPF加入层次结构

Subnet

定义：将network在内部分割
优点
1. 提供额外的灵活性，减少拥塞
2. 使多个物理网络共享net ID
3. 隐藏复杂性
4. 对外界隐蔽，相对安全，隐私

子网掩码Subnet Masks

表明了network中是否有subnet
让路由器识别subnet ID

为什么是2046个而不是2048：保留全1和全0的地址作为特殊用途（255.255.255.255/ 0.0.0.0）
主机号全为 1 指定某个网络下的所有主机，用于广播
主机号全为 0 指定某个网络

Variable Length Subnet Mask（VLSM）

支持不同大小的子网

Address Resolution Protocol (ARP)地址解析协议

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4jgJUimO-1639587068886)(D:\photo\photolibrary\image-20211215170558255.png)]

ARP请求是广播的；ARP应答是单播的

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Bjqhas4n-1639587068888)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzUyNTQyNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70-163953232779344.jpeg)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-A8STUXbf-1639587068889)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzUyNTQyNw==,size_16,color_FFFFFF,t_70-163953234086946.png)]

情景一：相同子网通信（通过链路层）

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-10Skzf8e-1639587068891)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center-163955938451950.png)]

IP数据包需要放入一个带有 MAC 地址的以太网帧中
地址解析协议 (ARP) 发送**广播**请求 MAC 地址
通常目标(host)会**单播**回复它自己的 MAC 地址
cached in arp table 缓存在 ARP表中

情景二：不同子网通信

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-8g48sxFn-1639587068892)(D:\photo\photolibrary\image-20211215171429634.png)]

通过子网掩码，得知subnet ID不同，所以属于不同子网
IP 数据包需要像之前一样放入带有 MAC 地址的以太网帧中
不同的子网，因此需要通过路由器
routing table provides address of router– (138.37.35.254 here)此处为了获得router的MAC地址。发送时目的地IP还是之前的目的地，目的地MAC换成router的MAC，将此ARP数据报发给router
如果在cached ARP table表中没有找到，ARP 将查找路由器的 MAC 地址。

RARP

RARP是将MAC物理地址转换成IP地址。

与DHCP的区别：RARP在功能上有点类似于DHCP协议，都是给设备分配IP地址。确切的说DHCP是BOOTP协议的升级，而BOOTP在某种意义上又是RARP协议的升级。BOOTP和RARP的区别在于RARP是在数据链路层实现的，而BOOTP实在应用层实现的，作为BOOTP的升级版DHCP也是在应用层实现的。

RARP工作原理：

将源设备和目标设备的MAC地址字段都设为发送者的MAC地址和IP地址，发送主机发送一个本地的RARP广播，能够到达网络上的所有设备，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址
本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址；
如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用；如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应；
源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Njhjd0vL-1639587068894)(D:\photo\photolibrary\watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L0hlcm1pX2hidw==,size_16,color_FFFFFF,t_70-163955814127948.png)]

RARP请求包被广播；RARP应答包被单播。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xwi0JA94-1639587068895)(D:\photo\photolibrary\image-20211215170745142.png)]

request请求报文只有发送方MAC，其他全部未知

3InternetProtocol

Classful IP Address Structure

Private IP addresses

Router——connect different network

Internet Protocol（Routable Protocol）

IP Datagram Structure

Fragmentation

Convergence

1. Distance Vector Protocols 距离向量协议

DV Algorithms

Routing Information Protocol (RIP)

RIP相关周期

Four-Step Routing Table Update

routing table 结构

Summary of RIP

如果c发来路由表，B中如果下一跳就是C的项对于C的此项信息直接更新。如上面的N2，因为B的下一条就是C，所以C发来的信息虽然更大了，但是直接更新。

2. Link State Protocols 链路状态协议

4张表：

OSPF packet 结构

OSPF 更新

Hello Messages

五种报文

Scaling缩放

Subnet

子网掩码Subnet Masks

Variable Length Subnet Mask（VLSM）

Address Resolution Protocol (ARP)地址解析协议

情景一：相同子网通信（通过链路层）

RARP

感谢学姐Dear Slim.和学姐/长Hermi_Mire分享的自己的笔记！！！本文是他们的再整理，感谢！！

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Four-Step Routing Table Update

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Summary of RIP

如果c发来路由表，B中如果下一跳就是C的项对于C的此项信息直接更新。如上面的N2，因为B的下一条就是C，所以C发来的信息虽然更大了，但是直接更新。

2. Link State Protocols 链路状态协议

4张表：

OSPF packet 结构

OSPF 更新

Hello Messages

五种报文

Scaling缩放

Subnet

子网掩码Subnet Masks

Variable Length Subnet Mask（VLSM）

Address Resolution Protocol (ARP)地址解析协议

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