恋词强化2

计网C4

这一章知识点比较复杂而且相对来说可能比较难，先在脑里面形成知识框架吧，别乱了

4.1 网络层功能概述

• 网络层主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报
• 功能1：路由选择与分组转发
• 异构网络互联
• 拥塞控制。若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态，因此一定要采取这种措施，缓解这种拥塞（开环控制，闭环控制）。

4.2 IP 数据包格式

• IP 数据包分为两部分，首部（头部） + 数据部分（不是网络层的重点），首部分为固定部分（一定要有）和可变部分（可有可无）

• 固定部分长度固定为20字节（1字节=8比特）
• 版本字段4位（IPv4/IPv6）IPversion的意思
• 首部长度4位，可以表示16个十进制数0~15。单位是 4B，最小为5
• 填充字段的意义上把首部长度填充为4字节的整数倍
• 总长度=首部+数据，单位是1B
• 生存时间TTL：IP分组的保质期，经过一个路由器-1，变成0则丢弃。设置TTL的意义是防止无法交付的数据报在网络中兜圈子
• TCP所对应的协议字段值为6（牛牛牛），UDP所对应的协议字段值为17（遗弃）
• 可选字段，用来支持排错、测量以及安全等措施

4.3 IP 数据片分报

• 数据链路层的 MTU 严格地限制着 IP 数据包的长度
• IP 首部中的标志位有3位，但只有后2比特有意义。
  • 中间位：DF。DF=1，禁止分片；DF=0，允许分片
  • 最低位：MF。MF=1，后面“还有分片”；MF=0，代表最后一片/没分片
  • 也就是只有 DF=0 即允许分片的时候，MF才有意义
• 片偏移：来确定片应该放在原始 IP 数据报的哪个位置
• 一种8片的首饰

4.4 IPv4 地址

• A类地址可用的网络数为$2^7-2$，减2的原因是
  • 网络号字段全为0的 IP 地址是保留地址，即本网络
  • 网络号为127的IP地址是环回自检地址
• B类地址可用网络数为$2^14-1$，减1的原因是128.0这个网络号是不可指派的（即网络号全为0）
• C类地址可用网络数为$2^21-1$，减1的原因是192.0.0这个网络号是不可指派的（即网络号全为0）
• ABC类地址的最大主机数都减2，一个是网络号全一，是广播分组；一个是全为0，即本网络

4.5 网络地址转换

网络地址转换（NAT）是指通过专用网络地址转换为公用地址，从而对外隐藏内部管理的IP地址。它使得整个专用网只需要一个全球IP地址就可以与因特网联通。

! 比如一个宿舍办理了 2 Mbit/s 的电信宽带，那么这个宿舍就获得了一个全球IP地址（比如说是 138.76.29.7），而宿舍内4台主机使用私有地址（如192.168.0.0网段）。宿舍的网关路由器应该开启NAT功能，并且某时刻路由器上的NAT转换表如下表。

那么，当路由器从LAN端口收到源IP及源端口号为192.168.0.2:2233的数据报时，就将其映射为138.76.29.7：5001，然后从WAN端口发送到因特网上，以此类推。这需要一个全球地址，就可以让多台主机同时访问因特网。

4.6 子网划分和子网掩码

一个问题：在不划分子网时，既然没有子网，为什么还要使用子网掩码？

做几道例题就差不多，记住几个重要的进制转换特殊数。

那么使用子网掩码时路由器的分组转发算法：

1. 提取目的IP地址
2. 判断是否直接交付
3. 特定主机路由
4. 检测路由表中有无路径
5. 默认路由为 0.0.0.0
6. 丢弃，报告转发分组出错

4.7 无分类编址 CIDR

划分子网虽然在一定程度上提高了IP地址空间的利用，但是在2011年，整个IPv4的地址空间最终被消耗殆尽。为了解决这个问题，提出了无分类编址的方法。

无分类编址又称无分类域间路由选择CIDR（读音“sider”），CIDR将32位IP地址划分为前后两个部分，前面的部分称为网络前缀或简称为前缀，用来指明网络，后面的部分则用来指明主机。

IP地址：{<前缀部分>,<主机号>}

• CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念。
• CIDR还使用“斜线记法”，或称为CIDR记法，即在IP地址后面加上“/”，然后写上网络前缀所占的位数。如128.14.35.7/20。
• 为了方便路由选择，CIDR使用32位地址掩码。地址掩码由一串1和一串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。如上图所示，斜线记法中，斜线后的数字就是地址掩码中1的个数。所以CIDR融合了子网地址和子网掩码，方便子网的划分。

路由聚合（构成超网）

将多个子网聚合成一个较大子网，叫做构成超网，或路由聚合。
方法：将网络前缀缩短。

例如网络1：203.1.0.0/17和网络2：206.1.128.0/17，可以将这两个子网聚合成一个更大的子网206.1.0.0/16，如下图所示。

路由聚合最大的优点就是大大提高路由效率。

最长前缀匹配

考虑上图这种情况，如果网络3同样满足上面的超网前缀，但是它不再R2所连接的网络内，如果此时一个数据报的地址为206.1.1.1/17，可以知道这个数据报是要发送给网络3的某台主机，如果仅仅使用图中的路由表会导致数据报送错了地方，所以，需要为路由转发表中添加网络3的网络地址。

添加了网络3的IP地址后，在路由转发表中这两个表项都满足目的地址的前缀，这时路由器该如何选择呢？路由器会从匹配结果中选择具有最长的网络前缀的路由——最长前缀匹配。这是因为前缀越长，地址块越小，路由越具体。如上图中，206.1.1.0./17网络前缀有17位，并且都能够匹配17位，另一个网络前缀只有16位，只能匹配前16位，所以会选择下一跳地址为R3。

4.8 ARP 协议

4.9 DHCP 协议

动态主机配置协议。
配置IP后一般不能变，配置一个服务端的机器还可以，但如果是客户端的机器呢？

我抱着一台笔记本电脑在公司里走来走去，或者白天来晚上走，每次使用都要配置IP地址，那可怎么办？还有人事、行政等非技术人员，如果公司所有的电脑都需要IT人员配置，肯定忙不过来啊。

需要有一个自动配置的协议，即动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），简称DHCP

那网管就轻松多了。只需要配置一段共享的IP地址

每一台新接入的机器都通过DHCP协议，来这个共享的IP地址里申请，然后自动配置好就可

等用完了，还回去，这样其他的机器也能用。

数据中心里面的服务器，IP一旦配置好，基本不会变

这就相当于买房自己装修。DHCP的方式就相当于租房。你不用装修，都是帮你配置好的。你暂时用一下，用完退租就可以了。**

4.10 ICMP 协议

ICMP和IGMP协议处于网络层和传输层中间的协议，起一个桥梁的作用，更加有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会。

对于出错的报文在网络层丢弃掉之后，要发送一个ICMP差错报告报文，有五种类型

• 终点不可达。即无法交付
• 源点抑制。即拥塞丢数据
• 时间超过。即TTL=0
• 参数问题。即首部字段有问题
• 改变路由（重定向）。即可通过更好的路由

4.11 IPv6

CIDR 和 NAT 技术只是延缓了 IPv4 消耗殆尽的时间，这是一种治标不治本的方法。因此，使用 IPv6 从根本上解决地址耗尽的问题。

IPv6 和 IPv4区别如下：

4.12 路由算法与路由协议概述

4.13 RIP协议与距离向量算法

• 距离向量算法
  • 对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文，全部修改，把下一跳字段中的地址改为X，并把所有距离+1
  • 对原来路由表没有的目的网络，整条更新进去
  • 对原来路由表有的网络，且下一跳地址是X，不用判断距离，就更新最新的
  • 对原来路由表有的网络，但下一跳地址不是X，就要判断距离，选择比原来路由表距离小的进行更新

4.14 OSPF协议与链路状态算法

4.15 BGP协议 & 三种路由协议比较

• BGP发言人
• BGP报文时通过TCP传送的

BGP的特点

• BGP支持CIDR，因此 BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。
• 在BGP刚刚运行时，BGP的邻站是交换整个的BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销都有好处。

4.16 IP组播

4.17 移动IP

• 移动结点
• 本地代理
• 外部代理
• 主地址
• 转交地址

4.18 网络层设备

今天真tm累。