精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上網(wǎng)絡(luò)層一、網(wǎng)絡(luò)層提供的兩種服務(wù)虛電路服務(wù) 可靠通信應(yīng)當(dāng)由網(wǎng)絡(luò)來保證數(shù)據(jù)報服務(wù) 可靠通信應(yīng)當(dāng)由用戶主機來保證網(wǎng)絡(luò)層向上只提供簡單靈活的、無連接的、盡最大努力交付的數(shù)據(jù)報服務(wù)。二、網(wǎng)際協(xié)議IP1、與 IP 協(xié)議配套使用的還有三個協(xié)議：n 地址解析協(xié)議 ARPn 網(wǎng)際控制報文協(xié)議 ICMPn 網(wǎng)際組管理協(xié)議 IGMP2、網(wǎng)絡(luò)互相連接起來要使用一些中間設(shè)備n 中間設(shè)備又稱為中間系統(tǒng)或中繼(relay)系統(tǒng)。n 物理層中繼系統(tǒng)：轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。n 數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。n 網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器(router)。n 網(wǎng)橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)(gateway)3、互聯(lián)網(wǎng)可以由許多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)組成4、分類的 IP 地址IP 地址定義：就是給每個連接在因特網(wǎng)上的主機（或路由器）分配一個在全世界范圍是唯一的 32 位的標識符。5、IP 地址的編址方法 分類的 IP 地址，子網(wǎng)的劃分，構(gòu)成超網(wǎng)。兩級的 IP 地址 ：IP 地址 := <網(wǎng)絡(luò)號>, <主機號>分類的 IP 地址：A類，B類，C類地址都是單播地址D類地址用于多播，E類地址保留實際上 IP 地址是標志一個主機（或路由器）和一條鏈路的接口。 Ip地址不僅可以指明一個主機，還指明了主機所連接到的網(wǎng)絡(luò)點分十進制記法：192.168.1.1一些特殊的ip地址：保留地址0.0.0.0 本地軟件環(huán)回測試地址127.0.0.1 不指派地址 128.0.0.0 192.0.0.0 6、ip地址與硬件地址的區(qū)別：IP地址放在IP數(shù)據(jù)報首部，硬件地址放在MAC幀首部，在網(wǎng)絡(luò)層及網(wǎng)絡(luò)層以上使用IP地址，在鏈路層及以下使用硬件地址7、解析協(xié)議 ARP每一個主機都設(shè)有一個 ARP 高速緩存(ARP cache)，里面有所在的局域網(wǎng)上的各主機和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表，這個映射表還經(jīng)常動態(tài)更新。ARP 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。8、如何知道同一個局域網(wǎng)內(nèi)其他主機的mac地址？A在局域網(wǎng)內(nèi)廣播arp請求分組，其他主機接收分組，IP地址與報文中一致的主機收下分組，并在自己的arp緩存中寫入主機A的IP地址到mac地址的映射，并發(fā)送arp響應(yīng)報文，A收到響應(yīng)報文后在自己的arp緩存中寫入主機B的IP地址到mac地址的映射。9、生存時間，一般為10-20分鐘10、若主機不在同一個局域網(wǎng)內(nèi)，arp映射表怎樣建立？交給連接不同網(wǎng)絡(luò)的路由器11、使用 ARP 的四種典型情況發(fā)送方是主機，要把IP數(shù)據(jù)報發(fā)送到本網(wǎng)絡(luò)上的另一個主機。這時用 ARP 找到目的主機的硬件地址。 發(fā)送方是主機，要把 IP 數(shù)據(jù)報發(fā)送到另一個網(wǎng)絡(luò)上的一個主機。這時用 ARP 找到本網(wǎng)絡(luò)上的一個路由器的硬件地址。剩下的工作由這個路由器來完成。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到本網(wǎng)絡(luò)上的一個主機。這時用 ARP 找到目的主機的硬件地址。 發(fā)送方是路由器，要把 IP 數(shù)據(jù)報轉(zhuǎn)發(fā)到另一個網(wǎng)絡(luò)上的一個主機。這時用 ARP 找到本網(wǎng)絡(luò)上另一個路由器的硬件地址。剩下的工作由這個路由器來完成。12為什么不直接使用mac地址通信，要加上ip地址為了完成異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的通訊，mac地址比較復(fù)雜，ip方便用戶操作，提高CPU的效率，這樣在網(wǎng)絡(luò)傳輸中就可以由網(wǎng)卡來識別mac地址，不用再上傳到CPU識別13、IP數(shù)據(jù)包格式n 一個 IP 數(shù)據(jù)報由首部和數(shù)據(jù)兩部分組成。n 首部的前一部分是固定長度，共 20 字節(jié)，是所有 IP 數(shù)據(jù)報必須具有的。n 在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的。 14、首部長度占 4 位，可表示的最大數(shù)值是 15 個單位(一個單位為 4 字節(jié))因此 IP 的首部長度的最大值是 60 字節(jié)。固定長度為20字節(jié)15、總長度占 16 位，指首部和數(shù)據(jù)之和的長度，單位為字節(jié)，因此數(shù)據(jù)報的最大長度為 65535 字節(jié)。總長度必須不超過最大傳送單元 MTU16、標志(flag)：占 3 位，目前只有前兩位有意義。標志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF = 1 表示后面“還有分片”。MF = 0 表示最后一個分片。標志字段中間的一位是 DF (Don't Fragment) 。只有當(dāng) DF = 0 時才允許分片。 17、片偏移(13 位)指出：較長的分組在分片后某片在原分組中的相對位置。片偏移以 8 個字節(jié)為偏移單位。18、生存時間(8 位)記為 TTL (Time To Live)數(shù)據(jù)報在網(wǎng)絡(luò)中可通過的路由器數(shù)的最大值。單位為跳數(shù)。數(shù)據(jù)報能在英特網(wǎng)中傳輸?shù)淖畲筇鴶?shù)為255個路由器19、協(xié)議(8 位)字段指出此數(shù)據(jù)報攜帶的數(shù)據(jù)使用何種協(xié)議，以便目的主機的 IP 層將數(shù)據(jù)部分上交給哪個處理過程20、首部檢驗和(16 位)字段只檢驗數(shù)據(jù)報的首部，不檢驗數(shù)據(jù)部分。采用累加法，以16位字為單位加21、IP層分組轉(zhuǎn)發(fā)的流程：分組轉(zhuǎn)發(fā)算法(1) 從數(shù)據(jù)報的首部提取目的主機的 IP 地址 D, 得出目的網(wǎng)絡(luò)地址為 N。(2) 若網(wǎng)絡(luò) N 與此路由器直接相連，則把數(shù)據(jù)報直接交付目的主機 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，則把數(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(luò) N 的路由，則把數(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，則把數(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(zhuǎn)發(fā)分組出錯。 三、劃分子網(wǎng)1、三級IP：IP地址 := <網(wǎng)絡(luò)號>, <子網(wǎng)號>, <主機號> 2、劃分子網(wǎng)純屬一個單位內(nèi)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(luò)。3、從主機號借用若干個位作為子網(wǎng)號 subnet-id，而主機號 host-id 也就相應(yīng)減少了若干個位。4、子網(wǎng)掩碼：使用子網(wǎng)掩碼(subnet mask)可以找出 IP 地址中的子網(wǎng)部分。 5、默認子網(wǎng)掩碼：原來兩級IP時A、B、C類地址使用的網(wǎng)絡(luò)號6、路由器的路由表中的每一個項目，除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址外，還必須同時給出該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼7、不同的子網(wǎng)掩碼得出相同的網(wǎng)絡(luò)地址，但不同的掩碼的效果是不同的8、在劃分子網(wǎng)的情況下路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的算法(1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 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) 若路由表中有一個默認路由，則將分組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(zhuǎn)發(fā)分組出錯。9、無分類編址 CIDRCIDR使用各種長度的“網(wǎng)絡(luò)前綴”(network-prefix)來代替分類地址中的網(wǎng)絡(luò)號和子網(wǎng)號。IP 地址從三級編址（使用子網(wǎng)掩碼）又回到了兩級編址。 IP地址 := <網(wǎng)絡(luò)前綴>, <主機號> 128.14.32.0/20四、 網(wǎng)際控制報文協(xié)議 ICMP：為了提高 IP 數(shù)據(jù)報交付成功的機會1、ICMP 允許主機或路由器報告差錯情況和提供有關(guān)異常情況的報告。2、作用：用于在IP、器之間傳遞控制消息?？刂葡⑹侵覆煌?、是否可達、是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息3、 ICMP 不是高層協(xié)議，而是 IP 層的協(xié)議。4、ICMP 報文作為 IP 層數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)，加上數(shù)據(jù)報的首部，組成 IP 數(shù)據(jù)報發(fā)送出去。 5、ICMP 報文的格式：類型：1字節(jié)，代碼：1字節(jié)，檢驗和：2字節(jié)；接下去四個字節(jié)與類型有關(guān)，數(shù)據(jù)部分（差錯報文）：ip首部+ip數(shù)據(jù)報前8個字節(jié)6、 ICMP 報文的種類有兩種，即 ICMP 差錯報告報文和 ICMP 詢問報文。 7、 ICMP 差錯報告報文共有 5 種：終點不可達 、源點抑制 、時間超過、參數(shù)問題 、改變路由（重定向）8、 不應(yīng)發(fā)送 ICMP 差錯報告報文的幾種情況（1）對 ICMP 差錯報告報文不再發(fā)送 ICMP 差錯報告報文。（2）對第一個分片的數(shù)據(jù)報片的所有后續(xù)數(shù)據(jù)報片都不發(fā)送 ICMP 差錯報告報文。（3） 對具有多播地址的數(shù)據(jù)報都不發(fā)送 ICMP 差錯報告報文。（4）對具有特殊地址（如127.0.0.0 或 0.0.0.0）的數(shù)據(jù)報不發(fā)送 ICMP 差錯報告報文。9、ICMP 詢問報文有兩種：回送請求和回答報文、時間戳請求和回答報文10、ping報文就是icmp報文五、因特網(wǎng)的路由選擇協(xié)議1、路由選擇協(xié)議的核心就是理想的路由算法2、從路由算法的自適應(yīng)性分類靜態(tài)路由選擇策略即非自適應(yīng)路由選擇動態(tài)路由選擇策略即自適應(yīng)路由選擇 3、因特網(wǎng)采用分層次的路由選擇協(xié)議。4、自治系統(tǒng) AS 的定義：在單一的技術(shù)管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種 AS 內(nèi)部的路由選擇協(xié)議和共同的度量以確定分組在該 AS 內(nèi)的路由，同時還使用一種 AS 之間的路由選擇協(xié)議用以確定分組在 AS之間的路由5、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 Gateway Protocol) 即在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議，常用的有RIP，OSPF外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP (External Gateway Protocol) 不在一個自治系統(tǒng)內(nèi)部使用的路由選擇協(xié)議，常用的有BGP6、自治系統(tǒng)之間的路由選擇也叫做，域間路由選擇(interdomain routing)，在自治系統(tǒng)內(nèi)部的路由選擇叫做，域內(nèi)路由選擇(intradomain routing) 7、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 RIP（路由信息協(xié)議）：RIP 是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議。基于UDP的應(yīng)用層協(xié)議n RIP 協(xié)議中的“距離”也稱為“跳數(shù)”(hop count)，因為每經(jīng)過一個路由器，跳數(shù)就加 1。n RIP 允許一條路徑最多只能包含 15 個路由器。n “距離”的最大值為16 時即相當(dāng)于不可達?？梢?RIP 只適用于小型互聯(lián)網(wǎng)。n RIP 不能在兩個網(wǎng)絡(luò)之間同時使用多條路由。RIP 選擇一個具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕還存在另一條高速(低時延)但路由器較多的路由。 8、RIP 協(xié)議的三個要點n 僅和相鄰路由器交換信息。 n 交換的信息是當(dāng)前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。 n 按固定的時間間隔交換路由信息，例如，每隔 30 秒。 9、 距離向量算法收到相鄰路由器（其地址為 X）的一個 RIP 報文：(1) 先修改此 RIP 報文中的所有項目：把“下一跳”字段中的地址都改為 X，并把所有的“距離”字段的值加 1。(2) 對修改后的 RIP 報文中的每一個項目，重復(fù)以下步驟：若項目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則把該項目加到路由表中。否則，若下一跳字段給出的路由器地址是同樣的，則把收到的項目替換原路由表中的項目。否則，若收到項目中的距離小于路由表中的距離，則進行更新，否則，什么也不做。(3) 若 3 分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則把此相鄰路由器記為不可達路由器，即將距離置為16（距離為16表示不可達）。(4) 返回。10、RIP2 的報文由首部和路由部分組成路由部分：地址族標識符，路由標記，網(wǎng)絡(luò)地址、該網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼、下一跳路由器地址以及到此網(wǎng)絡(luò)的距離組成11、RIP 協(xié)議的特點：好消息傳播的快，壞消息傳播的慢網(wǎng)絡(luò)出故障的傳播時間往往需要較長的時間(例如數(shù)分鐘)12、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 OSPF（開放最短路徑優(yōu)先）（1）向本自治系統(tǒng)中所有路由器發(fā)送信息，這里使用的方法是洪泛法。（2）發(fā)送的信息就是與本路由器相鄰的所有路由器的鏈路狀態(tài)，但這只是路由器所知道的部分信息。“鏈路狀態(tài)”就是說明本路由器都和哪些路由器相鄰，以及該鏈路的“度量”(metric)。 （3）只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器才用洪泛法向所有路由器發(fā)送此信息。 13、OSPF 的區(qū)域(area)：為了使 OSPF 能夠用于規(guī)模很大的網(wǎng)絡(luò)，OSPF 將一個自治系統(tǒng)再劃分為若干個更小的范圍，叫作區(qū)域。14、每一個區(qū)域的路由器數(shù)量不超過200個，分成兩種區(qū)域，即主干區(qū)域和其他區(qū)域15、劃分區(qū)域的好處就是將利用洪泛法交換鏈路狀態(tài)信息的范圍局限于每一個區(qū)域而不是整個的自治系統(tǒng)，這就減少了整個網(wǎng)絡(luò)上的通信量。在一個區(qū)域內(nèi)部的路由器只知道本區(qū)域的完整網(wǎng)絡(luò)拓撲，而不知道其他區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)拓撲的情況。OSPF 使用層次結(jié)構(gòu)的區(qū)域劃分。在上層的區(qū)域叫作主干區(qū)域(backbone area)。主干區(qū)域的標識符規(guī)定為0.0.0.0。主干區(qū)域的作用是用來連通其他在下層的區(qū)域。 16、OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 數(shù)據(jù)報傳送。OSPF 構(gòu)成的數(shù)據(jù)報很短。這樣做可減少路由信息的通信量，而17、OSPF協(xié)議中如果到同一個目的網(wǎng)絡(luò)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。這叫作多路徑間的負載平衡。18、OSPF 的五種分組類型：問候(Hello)分組。數(shù)據(jù)庫描述分組。鏈路狀態(tài)請求分組。鏈路狀態(tài)更新分組，用洪泛法對全網(wǎng)更新鏈路狀態(tài)。鏈路狀態(tài)確認分組。 19、OSPF 還規(guī)定每隔一段時間，如 30 分鐘，要刷新一次數(shù)據(jù)庫中的鏈路狀態(tài)。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模很大時，OSPF 協(xié)議要比距離向量協(xié)議 RIP 好得多20、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP：BGP 是不同自治系統(tǒng)的路由器之間交換路由信息的協(xié)議。 六、IP 多播：可明顯地減少網(wǎng)絡(luò)中資源的消耗1、多播使用組地址 IP 使用 D 類地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址2、因此 TCP/IP 協(xié)議使用的以太網(wǎng)多播地址塊的范圍是：從 00-00-5E-00-00-00 到 00-00-5E-FF-FF-FF 3、IP多播需要兩種協(xié)議：網(wǎng)際組管理協(xié)議、IGMP多播路由選擇協(xié)議。 4、多播數(shù)據(jù)包和一般數(shù)據(jù)報的區(qū)別是其使用D類IP地址作為目的地址5、IP多播的分類：在本局域網(wǎng)內(nèi)進行硬件多播（IP地址到mac地址的轉(zhuǎn)換看待）和在因特網(wǎng)的范圍進行多播七、虛擬專用網(wǎng) VPN：利用公用的英特網(wǎng)作為本機構(gòu)各專用網(wǎng)之間的通信載體。通過英特網(wǎng)傳送的數(shù)據(jù)要加密。1、本地地址僅在機構(gòu)內(nèi)部使用的 IP 地址，可以由本機構(gòu)自行分配，而不需要向因特網(wǎng)的管理機構(gòu)申請。2、全球地址全球唯一的IP地址，必須向因特網(wǎng)的管理機構(gòu)申請。 專用地址：只能用于一個機構(gòu)的內(nèi)部通信，而不能用于和因特網(wǎng)上的主機通信，是本地地址n 10.0.0.0 到 10.255.255.255n 172.16.0.0 到 172.31.255.255n 192.168.0.0 到 192.168.255.2553、 內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和外聯(lián)網(wǎng)：看結(jié)果是否屬于同一個機構(gòu)八、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 NAT1、需要在專用網(wǎng)連接到因特網(wǎng)的路由器上安裝 NAT 軟件。裝有 NAT 軟件的路由器叫做 NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球地址 IPG。2、在專用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)使用專用IP地址，僅在連接到英特網(wǎng)上的路由器時使用全球IP地址。并且一定要使用全球IP才能和英特網(wǎng)連接3、通過NAT地址轉(zhuǎn)換表可以把IP數(shù)據(jù)報上的舊目的IP地址轉(zhuǎn)換為新的目的IP地址4、使用端口號的NAT也叫網(wǎng)絡(luò)地址與端口號轉(zhuǎn)換NAPT九、本章中出現(xiàn)的幾個表1、ARP緩存的映射表：主要內(nèi)容是同一局域網(wǎng)內(nèi)的主機路由器的IP地址與MAC地址2、路由表：主要內(nèi)容是目的網(wǎng)絡(luò)，距離，下一跳的路由器3、NAT轉(zhuǎn)換表：主要內(nèi)容是內(nèi)部專用IP地址與公網(wǎng)全球IP地址 整理者：福州大學(xué) 張毅專心-專注-專業(yè)