计算机网络-4网络层-学习笔记

4.0 重点

名词解释

  • “IP 网关” 与 “IP 路由器” 同义
  • “互连网” 与 “互联网” 同义

4.1 网络层的功能

异构网络互联

  • 中继系统
    • 物理层:中继器,集线器
    • 链路层:网桥,交换机
    • 网络层:路由器
    • 网络层以上:网关

路由与转发

  • 路由选择:确定路径
  • 分组转发:处理分组

拥塞控制

  • 开环控制
  • 闭环控制

4.2 路由算法

静态路由与动态路由

  • 静态路由算法
  • 动态路由算法
    • 距离向量路由算法
      • RIP(The Routing Information Protocol) 算法
        • 和邻居交换路由表
        • 计算最短跳数
    • 链路状态路由算法
      • OSPF(Open Shortest Path First) 算法
        • 泛洪发送链路信息
        • 用 Dijkstra 算法计算最短路径
  • 层次路由
    • 内部网关协议(Interior Gateway Protocol, IGP)
      • RIP, OSPF
    • 外部网关协议(Exterior Gateway Protocol, EGP)
      • BGP(Border Gateway Protocol)

4.3 IPv4

IPv4 分组

  • 分组格式
    • 固定头部长度:20B
    • 片偏移单位:8B
    • 总长度单位:1B
    • 首部长度单位:4B
    • MF(More Fragment):为1时代表还有更多分片,0时代表是最后一个分片
    • DF(Don’t Fragment):为1时禁止分片
  • 转发流程
    • 获取目的地址
    • 直接交付或者间接交付
    • 给指明地址的路由,如果存在
    • 给对应网络的路由,如果存在
    • 给默认路由器,如果存在
    • 报告转发分组错误

IPv4 地址

  • A 类
    • 首部 ”0“ 占 1 位
    • 网络号占 7 位
    • 主机号占 24 位
  • B 类
    • 首部 “10” 占 2 位
    • 网络号占 14 位
    • 主机号占 16 位
  • C类
    • 首部“110” 占 3 位
    • 网络号占 21 位
    • 主机号占 8 位
  • D类
    • 多播地址
    • 首部”1110″ 占 4 位
  • E类
    • 保留地址
    • 首部“1111” 占 4 位
  • 特殊地址
    • 主机号全 0 :网络本身
    • 主机号全 1 :本网络广播地址,或称直接广播地址
    • 127.0.0.0 : 环路自检地址
    • 全 0 :表示网络上的本机
    • 全 1 :表示整个网络的广播地址,又称受限广播地址
  • 私有地址
    • A 类:10.0.0.0~10.255.255.255
    • B 类:172.16.0.0~172.31.255.255
    • C 类:192.168.0.0~192.168.255.255

NAT(Network Address Translation)

  • {私有地址:端口} 映射为 {公有地址:端口}

子网划分与子网掩码、CIDR

  • 子网划分
  • 子网掩码
  • 无分类域间路由(Classless Inter-Domain Routing, CIDR)

ARP(Address Resolution Protocol):地址解析协议

  • 获取 IP 至 MAC 的映射

DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol):动态主机配置协议

  • 动态请求和分配主机 IP

ICMP(Internet Control Message Protocol)

4.4 IPv6

4.5 路由协议

自治系统(Autonomous System, AS)

  • 单一技术管理下的一组路由器
  • 使用内部路由选择协议

域内路由与域间路由

  • 内部网关协议(Interior Gateway Protocol, NGP)
    • RIP(Routing Information Protocol)
    • OSPF(Open Shortest Path First)
  • 外部网关协议(External Gateway Protocol, EGP)
    • BGP(Border Gateway Protocol)
      • 传递协议:TCP
      • 路径选择:非最佳
      • 交换节点:相邻路由器
      • 交换内容:第一次整个路由表,之后则交换有变化部分

4.6 组播

IP 组播地址

  • 即 D 类地址(首部”1110″),范围:224.0.0.0~239.255.255.255
  • IP 组播地址映射至 MAC 组播地址
    • MAC 为 “0000 0001 0000 0000 0101 1110 0″+IP组播地址后23位

IGMP 与组播路由算法

  • IGMP(Internet Group Management Protocol)
  • 建立 组播转发树 路由算法
    • 基于链路状态的路由选择
    • 基于距离-向量的路由选择
    • 建立在任意路由协议上(协议无关的组播 Protocol Independent Multicast, PIM)

4.7 移动IP

功能实体

  • 移动节点
  • 本地代理
  • 外部代理

4.8 网络层设备

路由器

  • 组成
    • 交换结构
    • 一组输入端口
    • 一组输出端口
  • 数据表
    • 路由表
      • 目的 IP
      • 子网掩码
      • 下一跳 IP
      • 接口
    • 转发表
      • 目的站
      • 下一跳

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