西北大学计算机网络复习资料(拟)

Word计算机网络复习一、 计算机网络概论 3(一) 计算机的形成与发展 3(二) 计算机网络定义与分类 3(三) 计算机网络结构 4(四) 计算机网络的拓补构型 4(五) 分组交换技术 4(六) 典型的计算机网络 5(七) 计算机网络-类似系统 5二、 网络体系结构与网络协议 5(一) 网络体系结构的基本概念 5(二) OSI参考模型 6(三) TCP/IP参考模型 7(四) OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较 7三、 物理层 8(一) 物理层的定义与功能 8(二) 物理层的特性 8(三) 物理层接口 8(四) 数据编码技术 8(五) 信道速率的极限值 9(六) 多路复用技术 9四、 数据链路层 9(一) 差错产生与差错控制方法 9(二) 数据链路层基本概念 10(三) 面向字符型数据链路层传输协议 10(四) HDLC–面向比特型数据链路层协议实例 11(五) INTERNET中的数据链路层 12(六) 滑动窗口协议 13五、 介质访问控制子层 13(一) 局域网与城域网的基本概念 13(二) ETHERNET局域网 14(三) 令牌总线和令牌环网 15(四) 高速以太网 15(五) 交换式局域网 15(六) 无线局域网 15(七) 虚拟局域网VLAn 16(八) 局域网互联与网桥 16六、 网络层 17(一) 网络层与网络互联的基本概念 17(二) IP地址 17(三) IP协议 20(四) 分组交付与路由选择 21(五) Internet的路由选择协议 22(六) 路由器与第三层交换技术 24(七) ICMP协议网络控制报文协议 25(八) IP多播与IGMP协议 26(九) ARP协议 26(十) IPV6协议 26七、 传输层 27(一) 传输层的基本概念 27(二) 网络协议中分布式进程通信的基本概念 28(三) 用户报文协议UDP 30(四) TCP传输控制协议 31计算机网络概论计算机的形成与发展计算机网络分为四个阶段：20世纪50年代，计算机技术与通信技术结合，发展出来计算机通信网络。20世纪60年代，ARPA网，分组交换技术发展。20世纪70年代，广域网、局域网、公用分组交换网的发展，网络体系结构和网络协议标准化迫在眉睫。20世纪90年代，INTERNET，高速网络，无线网络，与网络安全技术的兴起。INTERNET是通过【路由器】实现多个广域网、城域网、局域网互联的大型网际网，它的前身和骨干网络是ARPA网。作为用户接入网的网络主要有3类：计算机网络，电信通信网，广播电视网。”三网合一”宽带城域网成本低，使得界限越来越模糊。10Mbps以太网(Enternet)100Mbps、快速以太网(FastEnternet)、1Gbps吉比特以太网基于Web的Internet应用高速发展；对等的网络p2p，没有客户与服务器之分。计算机网络定义与分类计算机网络的资源共享观点概念定义是：以能够相互共享资源的方式互联起来的自主计算机的集合。有三个基本特征：计算机网络建立的主要目的是实现计算机资源的共享；互联计算机是分布在不同地理位置的多台独立的自制计算机；联网计算机之间的通信必须遵循共同的网络协议。计算机计算机网络数据子网通信子网存储转发交换线路交换分组报文报文数据报虚电路计算机网络按传输技术分类，分为广播式网络、点对点式网络按网络覆盖范围进行分类，局域网、城域网、广域网局域网又分为：共享式局域网、交换式局域网 有线局域网、无线局域网计算机网络结构早期的计算机网络主要是广域网。计算机网络网络要完成【数据处理】和【数据通信】两大基本功能资源子网负责数据处理”主机”通信子网负责数据通信”路由、线路”局域网、城域网、广域网之间的互联通过【路由器】实现。计算机网络的拓补构型计算机网络拓补是通过网中介点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，以反映出网络中各实体之间的结构关系；拓补要解决的问题是在给定计算机的位置并保证一定的网络响应时间、吞吐量、可靠性的条件下通过选择适当的线路、线路容量与链接方式，使整个网络【结构合理】、【成本低廉】。计算机网络拓补的分类广播信道通信子网分为总线型、树状、环状、无线通信与卫星通信型。P2p线路通信子网分为星状、环状、树状、网状。其中网状拓补构型又称无规则型，链接任意、无规则，可靠性高。但结构复杂，必须采用路由选择算法和流量控制算法。分组交换技术通信子网分为线路交换与存储转发交换两种，其中存储转发交换分为报文与分组报文两种。线路交换包括，线路建立、数据传输、线路释放三个阶段，是专用的。系统实时性强、适用于交互式会话、但是不具备数据存储、效率低、不具备差错控制、不能平滑通信量。存储转发方式要将数据、目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网。通信子网的节点时通信控制处理机，负责数据单元的接收、差错检验、路由选择和转发。分组报文报文分组长度端，易发现错误，有利于提高存储空间利用率与传输效率。分组交换技术分为数据报与虚电路两种方式。数据报同一报文的不同分组可能通过不同路径；到达可能出现乱序、丢失、重复现象；每个分组必须带目的地址与源地址；延迟较大。虚电路要构建一条逻辑连接；通信的所有分组按照顺序发送，不会乱序，重复，丢失；分组通过时不用通过路由选择，只需进行差错检查；每个节点可与任何节点建立多条虚电路链接。但这种电路不是专用的。典型的计算机网络ARPA网分组交换设备最后成为INTERNET主干网络转向TCP/IPIEEE802.16无线宽带网络IEEE802.11无线局域网络IEEE802.15蓝牙网络微微网一个中心节点7个从节点255个静观节点Adhoc与传感网结合成为无线传感网络网格计算将INTERNET上的一些资源互联，形成一个大的可相互利用、合作的高性能计算网。分为计算型和访问型。计算机网络-类似系统与分时系统相比，计算机网络每台计算机地位平等、资源共享每台计算机都能独立工作；而分时系统主机以分时方式为终端服务，终端完全依赖主机，资源高度集中，且终端之间无联系。与多机系统相比设备耦合度低、分布相对较远、传输速度快、用途为资源共享；多机系统用于科学计算。与分布式系统相比，非协调性，且各计算机非透明的；而分布式系统在同一的分布式OS的调度下。网络体系结构与网络协议网络体系结构的基本概念网络协议是一组控制数据通信的规则，这些规则规定数据的格式和时序。网络协议由语法、语意、时序组成。层次，层次是处理复杂问题的基本方法。将总体要实现的很多功能分配在不同的层次；每个层次要完成的服务及实现都有明确的规定；不同地区的系统分成不同的层次；不同系统的同等层次具有相同的功能，高层使用低层提供的服务时不需要知道服务的具体实现。接口是同一节点不同层次交换信息的连接点。计算机网络体系结构是指网络层次结构模型与各层协议的集合。网络采用层次结构有以下好处：各层之间相互独立（无需知道低层的过程）灵活性好（某层产生变化，其它层不被影响）各层可以采用最适用的技术易于维护与实现有利于标准化OSI参考模型OSI参考模型在1974年有ISO国际标准化组织提出。其划分层次的主要规则:各节点具有相同的层次不同节点的同等层次完成相同的功能同一节点的相邻层通过接口通信每一层使用下一层提供的服务并为上一层提供服务不同节点的同等层通过协议完成通信OSI参考模型将网络分为7层：物理层：保证相邻节点的比特流传输单位：比特数据链路层：无差错的数据传输单位：帧流控、差错控制、成帧网络层：路由选择、拥塞控制、创建逻辑电路单位：分组报文传输层：向用户提供可靠地端到端的服务，屏蔽了下层节点数据通信的细节，是最重要的一层单位：报文会话层：负责两节点间会话的建立、管理和终止及数据交换单位：数据单元表示层：加密及解密，压缩及解压缩单位：数据单元应用层：为应用程式提供网络服务单位：数据每层的功能通过该层协议前的报头实现将数据向下层传输之前要加上该层的报头物理层的数据流中包含着用户数据与多层的嵌套报头多层嵌套的报头体现了网络层次结构的思想面向连接服务的数据连接类似一个通信管道，此种方法数据收发的次序不变，传输的可靠性好，但协议复杂，通信效率不高。无连接服务的可靠性不好，但通信协议简单，通信效率高再接受每个分组后向节点发送分组确认信息的机制叫做确认重传机制TCP/IP参考模型TCP/IP协议不是OSI标准，但确实目前最流行的商业化协议，被公认为当前工业标准或“事实上的标准”TCP/IP协议的特点：开放的协议标准，可以免费使用，独立于计算机硬件和操作系统独立于特定的网络硬件拥有良好的兼容性统一的网络地址分配方案，所有网络设备在Internet中都有唯一的地址TCP/IP分为四层，分别是主机-网络层、互联层、传输层、应用层主机-网络层负责通过网络发送和接受IP数据报，它包括各种类型的物理层协议，体现出良好的兼容性与适应性互联层负责将报文分组发送到目的主机。它要处理来自传输层的分组发送请求，要处理接受的数据报，要处理互联的路由选择、流控与拥塞传输层负责在应用层之间建立端到端的通信。其中UDP是一种不可靠的无连接协议，他不要求分组顺序到达，顺序检查交由应用层去做，而TCP/IP是面向连接协议，互联层的分组由传输层还原发给应用层应用层是参考协议的最高层，它包括了所有的高层协议，主要有以下几种：远程登录协议（TELNET）文件传输协议（FTP）、简单邮件传送协议（SMTP）、域名系统（DNS）、简单网络管理协议（SNMP）、超文本传送协议（HTTP）OSI参考模型与TCP/IP参考模型的比较OSI参考模型与协议缺乏市场与商业动力，结构复杂，实现周期长，运行效率低TCP/IP参考模型在服务、接口与协议的区别上很不清楚，且主机-网络层并不是实际的一层，它定义了网络层与数据链路层的接口物理层物理层的定义与功能物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特流传输的物理连接。物理层的功能是：在两个设备之间提供透明的比特流传输。几点说明：连接方式：点到点通信线路广播信道通信方式：单工半双工全双工位传输方式：单行并行物理层的特性机械特性：定义物理连接的边界点，即接插装置，规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况电气特性：规定传输二进位时，线路上信号的电压高低、阻抗体配、传输速率和距离限制功能特性：定义各条物理线路的功能，功能分为：数据、控制、定时、地规程特性：主要定义各条物理线路的工作规程和时序关系物理层接口物理层接口的地位与作用：将数据帧转换为适用于某种传输媒体传输比特流的接口数据编码技术数据编码分为逻辑数据编码，数字数据编码，逻辑数字编码分为振幅键控、移频键控、移相键控。数字编码分为非归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。将数字型号变化为模拟信号的过程叫做调制，反之叫做解调。模拟数据编码：振幅键控、移频键控、移相键控振幅键控（ASK）实现容易、技术简单，但抗干扰能力差移频键控（FSK）实现容易、技术简单、抗干扰能力强，是目前最常用的调制方法之一移相键控（PSK）分为绝对调相、相对调相、多相调制数字数据编码：非归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码非归零吗（NRZ）：高电为1，低电为0。无法判断一位的开始与结束，收发双方不能同步曼彻斯特编码（MC）前1/2T为反码后1/2T为原码。可以收发同步信号，但效率较低，若传送速率是10Mbps则时钟频率为20MHz差分曼彻斯特编码（DM）变为1，不变为0脉冲编码调制方法是模拟数据数字化的主要方法信道速率的极限值Rmax=2f(bps)Rmax=B*log2(1+S/N多路复用技术频分多路复用波分多路复用时分多路复用数据链路层差错产生与差错控制方法设计链路层的原因：在原始的物理传输线路上传输数据信号是有差错的设计数据链路层的主要目的是在原始的，有差错的物理传输线路的举出上进行差错检测、差错控制与流量控制的方法，将其改为无差错的数据链路，以便向网络层提供高质量的服务物理层以上各层都有改善数据传输质量的增韧，数据链路层是最重要的一层我们将通过通信信道后接收数据与发送数据不一致的现象成为传输差错，差错的产生是不可避免的。通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声，热噪声是一种随机噪声，由传输介质导体的电子热运动产生，时刻存在，幅度较小，强度与频率无关；冲击噪声是由外界电磁干扰引起，冲击噪声的幅度较大，是引起传输差错的主要原因传输错误是正常的和不可避免的，但是要控制在一个允许的范围内；要求误码率越低，则设备就会越复杂，相应造价越高；对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制位，需要折合成二进制位计算；差错的出现有随机性，要传输二进制位数大了才能真正接近误码率检错码与纠错码，纠错码通过足够多的冗余信息来发现与自动纠正错误，检错吗通过在每一个分组加上一定的冗余信息在收端可以根据这些冗余信息发现传输差错，但不能确定在那个或者哪个部位出错。纠错码虽然有优越之处但是实现困难，检错码需要重传机制达到纠错目的但实现简单。循环冗余编码（ＣＲＣ码）：常见的检错码有奇偶码循环冗余编码，奇偶码简单最常见，但检错能力差，一边适用于通信要求不高的网络环境ＣＲＣ循环冗余编码是应用最广泛的检错码编码方式，具有检错能力强，容易实现的特点。循环冗余编码具体实现见书p105页循环冗余编码特点：能检查出全部的单个错误能检查出所有离散的二位错误能检查出全部的技术错误能检查出全部长度小于或等于k位的突发错误能以（1-（1/2）E(k-1)）的概率查出k+1位的错误差错控制机制-反馈重发机制（ARQ）发送端要保存信息的副本若数据传输成功返回ACK若数据传输失败返回NAK收到NAK时则根据保留的副本重新发送，知道正确或达到最大的发送数分为停等式ARQ和连续式ARQ，连续式ARQ分为拉回方式与选择重发方式选择重发方式效率高数据链路层基本概念物理线路是由通信设备与传输介质构成，有差错、不可靠数据链路是由实现协议的硬件（网卡）、软件、与物理线路构成，无差错、可靠物理线路传输的基本单位是比特流数据脸熟传输的基本单位是帧数据链路层的功能:链路管理：负责链路的建立、维护与释放帧同步：判断确定帧的起始位与结束位流量控制：发送的速度必须使对方来得及接受差错控制：发现与纠正错误透明传输：数据帧是任意的，不得误认为成控制信息寻址：确保找到正确的目的节点与源节点面向字符型数据链路层传输协议数据链路层协议分为两类：面向字符型与面向比特型面向字符型协议有两个明显的缺点：使用不同字符集的两台计算机很难使用此类协议完成通信控制字符的编码不能出现在用户数据段中面向字符型协议实例：BSC二进制同步同步协议为了解决第二个明显缺点，采用了转义字符面向字符型协议属于停等型的数据链路层协议，这种协议的主要缺点有，效率低下，链路上只能存在一个未被确认的帧HDLC–面向比特型数据链路层协议实例BSC协议的缺点：控制保文和数据报文不一致协议规定双方采用停止等待方式，收发双方交替工作，协议效率低，通信线路利用率低协议只对数据部分进行差错控制，可靠性较差功能扩展困难数据链路有两种配置方式：平衡配置方式和非平衡配置非平衡配置方式即为主站-从站结构，有正常响应状态和异步响应状态两种，正常响应模式主站可以随时向从站发送数据，从站只有在主站发送探寻帧的时候发送数据帧。异步响应模式从站随时可以发，但是主站要负责数据链路的初始化、建立、释放与差错恢复功能。 平衡模式链路两端都为复合站HDLC的帧结构利用0比特插入/删除实现透明传输（发送方在信息字段每5个1插入1个0，接收方每五个1删除一个0）当暂时无信息传输时传送F使收端和发端同步地址字段A首位为1表示8位，为0表示16位，最多可以表示256个站地址FCS帧校验字段为A段的起始到I段的结束信息帧I：控制字段第一位为0，b1-b3为N(S)b4为P/F,b5-b7为N(R)N(S)表示当前发送信息帧的序号，N(R)表示已正确接受序号为N(R)-1的帧P/F为探寻终止位监控帧S有四种功能0-3分别对应接受准备就绪、为准备好、拒绝、选择拒绝无编号U帧主要起控制作用已定义了15个无编号帧INTERNET中的数据链路层Internet中的数据链路层协议主要有两种，串行线路IP协议(SLIP)与点对点(PPP)协议他们主要用于串行通信的拨号线路PPP协议可以提供一下集中功能用于串行链路的基于HDLC数据帧封装机制链路控制协议(LCP)用于建立、配置、管理和测试链路连接网路控制协议(NCP)用于建立和配置不同的网络层PPP协议帧结构 协议字段表示网络层协议数据域的类型。常用的有0021HTCP/IP0023HOSI0027HDECPPP链路控制帧协议字段为C021表示个人计算机通过PPP协议接入Internet分3步计算机通过调制解调器呼叫ISP的路由器路由器端的调制解调器回答呼叫后建立物理连接计算机向路由器发送链路控制帧用来指定PPP协议的数据链路选项PPP网络控制帧协议字段为8021表示网络控制帧可以用来协商是否采用CSLIP协议，也可以动态协商确定链路每端的IP地址网络空指帧可以配置网层，并获得一个临时的IP地址，当用户要结束访问时，网络控制真要断开网络连接并释放IP地址，然后使用链路控制帧来断开链路连接PPP协议是面向字节的，有认证功能，可使用同步端口传输，也可使用异步端口传输PAP两次握手，明文方式验证CHAP三次握手，只在网络上传输用户名，不传输口令PAP认证简单、由被认证方发起、明文发送用户名和密码CHAP认证复杂、密文格式发送、由认证方发起滑动窗口协议单帧停止等待协议与多帧连续发送协议单帧停止等待一次一帧，确认再发第二帧，错误重发总时延=传播时延+发送时延+处理时延传播延时一定是，数据越大效率越高滑动窗口协议可以应用在数据链路层和传输层用于在不可靠的链路（网路）上进行可靠的传输保证传输的谁许支持流量控制分为发送窗口和接受窗口发送窗口下延是最老的已发送帧但未确认帧，上延是最新发送帧通过协调发送窗口与接受窗口的值来实现流量控制回退n帧窗口大小均不能大于2En-1选择重传的发送接受窗口若相等则窗口大小不能大于2En-1介质访问控制子层局域网与城域网的基本概念决定局域网与城域网的三要素：网络拓补、传输介质与介质访问控制方法（介质访问控制协议MAC）局域网与广域网不同，存储转发方式改为共享介质与交换方式局域网的网络拓补主要分为总线型、星形与环形总线型拓补实现容易、结构简单、可靠性好、易于拓展所有节点通过网卡连接到作为传输介质的总线上总线通常采用双绞线、同轴电缆作为传输介质所有节点通过总线发送数据帧，同一时间只能有一个节点发送802.2定义的共享介质局域网共有以下三类：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）方法的局域网令牌总线（TOKENBUS）方法的总线型局域网令牌环（TOKENRING）方法的环形局域网共享式局域网建立在共享介质上介质访问控制用来保证每个节点公平每个节点的平均带宽随着节点增多而急剧减少通信负担家伙总是，冲突和重发概率急剧增加802标准将数据链路层分为LLC逻辑链路控制子层与MAC介质访问控制子层不同局域网可以在MAC采用不同的协议，在LLC层必须采用相同的协议这样划分使得逻辑链路控制与介质无关，而MAC决定何种类型局域网ETHERNET局域网ETHERNET的核心技术是随机征用型介质访问控制方法，即带有冲突检测的载波侦听多路访问控制（CSMA/CD）方法。它的核心技术起源于无线分组交换网-ALOHA网，最大重发数为16带有载波监听多路访问控制（CSMA）方法分为三类不坚持CSMA 一旦监听忙，不坚持，延迟一个随机时间1坚持CSMA 一旦监听忙，坚持监听，一台空闲，发送P坚持CSMA 一旦监听空闲，以P概率发送数据，以（1-P）概率延迟一段时间再次监听CDMA/CD载波监听多路访问控制/带冲突检测先听后发边听边发冲突停发延时重发最短帧要大于等于二倍的到最远端的距离冲突检测的两种方法：比较法、编码违例判断法ETHERNET网点的帧结构ENTERNET物理地址ENTERNET物理地址编码语序分配的ETHERNET物理地址应该有2E47个，可以保证全球所有的ENTERNET物理地址需求。第一位为0表示单一节点，为1表示多点地址ALOHA基于CSMA/CD纯ALOHA，发现冲突时，等一随机长时间后再次重发时隙ALOHA，将通道分为时间片，每个时间片长度等于一个数据帧传送时间，数据帧必须在时间片的起始位置发送，提高了空间利用率令牌总线和令牌环网令牌总线网在物理上是总线网，在逻辑上是环网令牌总线网有以下几个主要特点介质访问延迟有确定值、在重负载下利用率高、支持优先级服务令牌环网再有数据要发送时将令牌标志位从闲变为忙，然后发送数据帧环维护复杂，实现困难高速以太网规模不断变大、节点增多、冲突、重发的概率增大、延迟增加、降低服务质量解决方法：提高速率-高速以太网 将共享介质改为交换式以太网 大型局域网划分为小型局域网互联，隔离子网的通信量交换式局域网交换式局域网的核心是交换机，交换机可以识别MAC地址，通过解析目的主机的MAC地址将数据帧告诉的从源端口转发至目的端口，从而避免与其他端口碰撞需要建立地址映射表（端口与MAC地址对应表）交换机交换方式：直接交换方式 不进行帧检测，在接受检测到目的地址的字段就直接发送出去改进型直接交换方式 接收到帧的前64个字节，进行枕头的差错检测，然后转发出去存储转发交换方式 完整的接受发送帧，进行差错检测，如果正确，发出去，优点是具有帧差错检测能力，能支持不同输入输出速率的端口建的帧转发，缺点是延迟增加交换式局域网的特点：用交换器取代集线器用交换机并发连接取代共享介质用全双工取代半双工不用CSMA/CD控制无线局域网无线局域网标准802.11无线局域网才用CSMA/CD（冲突检测）方式而802.11采用CSMA/CA（冲突避免）方式CSMA/CA要求发送方发送完帧后等待一段时间，检查发回站是否用于发回用于确认的ACK，若未收到需要在规定最大次数之内重发该帧，这个时间间隔叫做（IFS）IFS越小说明帧的优先级越高。常用的帧间间隔有三种：短帧间间隔（SIFS） 用于分隔一次对话的各帧点协调功能帧间间隔（PIFS） 等于SIFS+50us分部协调功能帧间间隔（DIFS） 等于DIFS+50usNAV网络分配向量NAV的值等于发送一帧的时间+SIFS+ACK发送的时间，表示源节点在发送完该帧后仍要占领信道的时间，有帧发送的节点检测到忙后经过NAV后在经过一个DIFS时间进入征用窗口退避算法：冲突后第i次退避，在2e（i+1）个时间片中随机选一个值虚拟局域网VLAn虚拟局域网是建立在局域网交换机之上以软件实现逻辑工作组的划分与管理VLAN的划分方法：基于端口、基于IP、基于网络层地址、基于MAC地址VLAN是真实局域网的虚拟化虚拟化是指将局域网的成员按照一定的分组规则分到不同的集合中，每个集合是一个虚拟局域网不同真实局域网的节点可以在一个VLAN中，同意真实局域网的节点可能在不同VLAN中同一虚拟局域网不同真实局域网可以直接通信，不同虚拟局域网的同一真实局域网不可以直接通信VLAN的作用提高网络访问速度安全性提高简化网络管理局域网互联与网桥网桥的功能网桥在数据链路层上实现局域网互联网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不同介质、不同速率的网络网桥以接受、存储、地址过滤与转发方式实现互联网之间通信网桥需要互联的网络在数据链路层之上采用相同的协议网桥可以分隔两个网络间的通信量，有利于改善质量与安全性生成树算法找到根网桥：MAC较小、处于网络中心、位于主干网、网桥设备配置高生成树由生成树软件自动生成网络层网络层与网络互联的基本概念Internet所采用网络层设计思路网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付数据报服务网络层在发送分组时不需要建立连接，每一个分组独立发送，与前后的分组无关网络层不提供服务质量的承诺，即所传送的分组可能出错、丢失、重复、乱序，也不保证实现这样设计的好处网路中的路由器可以做的简单、廉价如果主机中的进程间的通信需要可靠，那么就有主机的传输层实现这种设计思路使得网络造价大大降低，运行方式灵活，适应多种应用网络层的主要任务是通过路由选择算法，为分组通过互联网络选择适当的路径，网络层要负责实现：路由选择、拥塞控制、和网络互联等功能，为传输层提供端到端的服务设计网络层服务时要注意一下几个问题网络层服务应独立于互联网络所采用的技术向传输层提供的服务不应受互联网络的网络数量、类型与拓补构型的影响传输层所能使用的网络地址将使用统一的编码方式在网络中具有寻址能力实际网络系统互联必须考虑异构性异构性是指网络和通信协议、计算机硬件系统和操作系统的差异性IP地址IP地址的特点：IP地址能够为每一台主机或路由器的每一个与互联网络的连接分配一个全局唯一的地址IPV4中，IP地址是一个32位的二进制地址IP地址在整个Internet中是唯一的IPV4存在的问题地址空间匮乏存在网络安全隐患不提供服务质量保证IP地址配置复杂缺少移动性支持IP协议的特点IP协议提供的是一种无连接的、不可靠的分组传送服务IP协议是一种点到点的网络层通信协议IP协议屏蔽了互联的网络在数据链路层、物理层协议上的差异IP地址现由因特网络与号码指派公司（ICANN）进行分配IP协议的发展分类IP地址每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号，网络号标志着主机（服务器）所连接的网络，而另一个字段是主机号，它标志该主机或路由器A类-55 0+7位+24位hostidB类-55 10+14位+16位hostidC类-55 110+21位+8位hostidD类-55 1110+28位多播地址E类-55 1111+28位预留地址特殊地址形式:直接广播地址，一个地址主机号全为1，则广播该主机所在网络号中的所有主机首先广播地址，主机号、网络号全为1，则广播该网络内全部主机，再碰到路由器时，路由器组织该分组通过这个网络上的特定的主机，主机号为确定的值、网络号全为0，则限制在该网络内向该主机号发送消息回送地址，为回送地址，用于网络地址测试和本地进程通信每一个IP第一与一个网络接口相关联，将主机和接入网络的网卡与链路之间的边界叫做接口连接到Internet的每一台主机或路由器至少有一个ip地址连接到Internet的任何两台主机不能有相同的ipIp地址与接口相关联，若一台主机在多个网络上，则需要多个ip，当一个主机连接到两个以上网络时被称为多归属主机由于一个路由器至少应当连接到两个网络，因此路由器至少有两个不同的ip用转发器转发或网桥连接起来的若干个局域网仍作为一个网络，因此这些局域网都具有相同的网络号所有分配到网络号的地址都是平等的IP地址与硬件地址子网划分：IP地址的有效利用率低、路由器的工作效率低子网划分的目的：充分利用有限的ip地址实现较小的广播域、减少网络间的通信量使不同物理空间的主机使用同一网络提高网络性能易于扩大地理范围子网划分将ip地址的网络号-主机号二段式结构转化为网络号-子网号-主机号三段式结构划分子网只是把IP地址的主机号hostid这部分再进行而不改变原来的网络号子网掩码从一个ip数据报的首部无法判断主机或目的的主机是否进行了子网的划分使用子网掩码可以找出ip地址的子网部分子网掩码的表示方法：网络号与子网号置1，主机号置0前缀法6/22表示前22位为网络号子网号不能为全0子网划分的步骤确定子网数、确定每个子网最大的主机数定位子网掩码、网络地址的范围和主机码的范围ULSM可变长子网掩码可分配不同最大主机数的子网(书上没有ppt中有，估摸着不重要)构成超网-无类别域间路由技术（CIDR）将剩余的IP地址不是按标准的地址分类规则，而是以可变大小地址块的方法进行分配CIDR用网络前缀代替标准分类和子网划分中网络号和主机号构成新的二级结构-网络前缀加主机号网络前缀一般不用全0和全1，使用斜线记法：6/22表示前22位为网络前缀路由聚合：一个CIDR地址场可以表示很多地址，这种地址的聚合通常称为路由聚合，路由聚合也成为构成超网专用ip地址与网络地址转换 NAT技术为了缓解ip短缺和网络安全全局ip地址和专用IP地址使用全局地址是需要申请的，而专用ip地址不需要申请全局ip地址在Internet上是唯一的，专用ip地址在某一个网络内部是唯一的专用地址：A -55 1B -55 16C -55 256使用ip地址的网络分为两种：一种是直接连接到INTERNET，另一种是运行TCP/IP协议，使用内部网络，NAT技术的基本概念-谁用谁要当要访问网络时，请求到达连接INTERNET的路由器是，执行NAT协议的路由器从它公用的IP地址池中为用户临时分配一个全局IP地址，将内部网络使用的专用ip地址转化为公用ip地址，当访问结束时，路由器回收全局IP地址以便为其他用户提供服务NAT技术分为静态NAT和动态NAT静态NAT一对一动态NAT多对多IP协议一个ip数据报由首部和数据两部分组成首部前一部分为20字节，所有ip数据报必需有这一部分后面一部分是可选字段，长度可变首部长为20B-60B，4B为1个单位版本域 4位 表明 IP协议的版本号长度域首部长度域： 4位 最小值为5最大值为15表明数据报首部的长度总长度域： 16位 表明数据部分长度，0-65535B服务类型域 8位 标明路由器该如何处理数据报，包括四位的服务类型与三位优先级，D延迟，T吞吐量，R可靠性，C开销生存时间域（TTL） 8位 一个数据报可经过的最多路由器跳数协议域 8位 标明上层所使用的协议头校验和 16位 保障数据报头部的数据完整性D地址与 16位*2 标明源地址和目的地址无论如何分片，源地址和目的地址始终保持不变选项域 可变 用于测试IP数据报的分片与重组若数据报长度大于链路层MTU（最大帧长度）则需对数据报进行分组标识域 16位 是一个计数器，为数据报的所有片分配一个标识的ID标志域 3位 最低位MF=1表示后面还有分片、中间DF表式只有DF=0时才可以分片、最高位为0，此值必须复制到所有的数据报中片偏移 12位 表式该分片在整个数据段中的偏移单位，以8B为一个单位分组交付与路由选择分组交付是指在互联网络中路由器转发IP分组的物理传输过程与数据转发交付机制分为直接交付于简介交付两类是哪类交付是由路由器根据分组的目的地址是否在一个子网来判断分组交付的几点每个IP分组应包含目的IP地址与原IP地址每个网络号唯一的表示着连入INTERNET的一个网络一个网络上所有主机都有相同的网络号网络通过路由与其他网络相连同一网络间可以不通过路由器直接交付路由选择算法正确公平简单适应拓补和通行量变化应该是最佳的影响路由算法的参数：跳数、带宽、延时、负载、可靠性、开销静态路由选择算法、动态路由选择算法静态路由选择算法非自适应，开销不能及时适应动态路由选择算法主要有三种：内部路由信息协议（RIP）、开放最短路径优先（OSPF）外部边界网关协议（BGP）路由选择模块与路由表是否直接交付是否特定主机交付是否特定网络交付是否默认交付路由表的生成与使用在路由表中对于每一条路由最主要的是（目的网络地址、下一跳地址）路由表的项目越少，路由选择的查询时间越短，路由汇聚时间少路由表项数的重要方法一个CIDR地址块（网络前缀相同的连续IP）可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，路由聚合也称为构成超网Internet的路由选择协议Internet路由选择协议的几点：路由选择协议采用分层次的思想路由选择算法用来生成路由表，为路由器转发分段找出适合的下一路由器，路由选择算法协议是实现路由表中的状态更新自治系统（AS）的定义：在单一的技术管理下的一组路由器，这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由自治系统的核心是路由寻址的自治自制系统内部的路由器之间能够使用动态路由选择协议及时交换路由信息Internet路由选择协议分为内部网关协议(IGP)和外部网关协议(EGP)内部常见的网关协议(IGP) RIP OSPF外部常见的网管协议(EGP) BGP-4在AS内叫做域内路由选择在AS外叫做域外路由选择RIP协议（路由信息协议）基于距离向量（跳数）的路由选择协议RIP协议要求网络的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录RIP一条路径最多包涵15个路由器RIP认为一个好的路由就是它经过的数目少RIP只能用于小型局域网络RIP不能在两个网络中使用多条路由路由表的建立路由器在开始工作室，只知道直接连接的距离（0）经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到任何一个自制系统内路由的距离和下一跳的地址RIP协议的收敛过程比较快，即AS中所有路由器得到正确信息的过程路由表更新30s 相邻路由之间交换一次信息120s 无效时间到达，删除该路由180s 某路由没有收到刷新信息，路由表该该位置无效RIP协议的优缺点：在网络中中出现故障时要经过较长时间才能将此信息传到所有路由器RIP实现简单，开销小限制网络规模网络规模越大，开销越大OSPF 开放式最短路径优先协议OSPF是分布式链路状态协议OSPF要求路由的链路状态发生变化时采用洪泛法OSPF区域有32位的区域标识符为了使OSPF能够用于规模很大的网络，将AS划分为区域一个区域内的路由只知道本区域的完整网络拓补区域分为主干区域和区域在一个区域内的主机数量不要超过200个OSPF特点：层次结构的区域划分主干网络的内部路由器叫做主干路由器，主干区域内连接各区域的路由器叫做区域边界路由器，区域边界路由器接受其他区域来的信息执行OSPF协议的路由器通过个路由器之间交换信息建立并维护一个区域内同步的链路状态路由表边界网关协议（BGP）-外部网关协议采用路径向量路由协议BGP的边界路由器作为BGP的发言人与其他发言人交换路由信息初始化：与相邻的边界路由器交换整个BGP路由表BGP路由选择协议分为四个分组打开报文 建立与相邻路由的邻接关系更新报文 增删路由保活报文 30s一次，保证连通通知报文 通过通知报文中止连接路由器与第三层交换技术路由器主要功能建立并维护路由表提供网络间的转发方式路由器与网桥的区别网桥工作在数据链路层，路由器工作在网络层网络工作在数据链路层而传统局域网采用广播方式，易产生广播风暴路由器可将多个局域网的广播通信量互相隔离，使得每一个局域网都是独立的子网路由器结构路由选择处理机任务是维修和维护路由表分组处理和交换交换结构 选择适合的输出端送报文输入和输出端口物理层模块 比特流的接受与发送数据链路层模块 拆帧和封装帧网络层模块 处理ip和分组报头第三层交换将网络层成熟的路由技术与第二层的高性能硬件交换技术相结合提供 分组转发、路由处理、安全服务、特殊服务ICMP协议网络控制报文协议在网络层为了提高IP数据报成功交付的机会使用万罗控制报文协议(ICMP)ICMP协议的几点ICMP允许主机或路由器发送差错报告ICMP不是高层协议时IP层协议ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据报的首部组成数据报发送出去ICMP只向源主机报告错误ICMP不能保证所有IP数据报都能传输到目的主机ICMP不能纠错几种不发对ICMP差错报告不再发送差错报告对多播地址不发对第一个分片以后的分片不发对特殊地址不发（）IP多播与IGMP协议IP多播地址为一组地址接收组是动态的，可以添加删除有路由器进行多播分组的传递一点对多点通信点对点方式依次传采用多播报文方式D类地址视为多播报文定义的ARP协议不管网络层采用何种协议，在实际网络的链路上还是要使用硬件地址地址解析ARP协议 从已知的IP地址找出对应的物理地址反向地址解析RARP协议 从已知的物理地址找出IP协议每一个主机都有一个ARP高速缓存，里面有所在局域网内个主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表静态映射 A中有B的映射表，直接发出去动态映射 A中木有B的映射表，则广播发送请求，将自己的映射发出去，B收到后将A的映射存到映射表中，向A发送ARP应答分组的帧ARP用于解决同一局域网中主机或路由器通信，如果不在同一局域网，则需找到邻接路由器，其他工作交由下一网络来做IPV6协议IPV4的局限性地址不足复杂的报头、难以扩充对报头服务数量的限制缺少安全和保密措施IPV6的主要特征新的协议报头 头部长度变为固定，增加了扩展头部取消了头部检验字段，加快了路由器处理速度更大的地址空间 从32位增大到了128位有效的分级路由机构支持地址的自动分配 支持DHCP（动态主机设置协议）内置安全性更好的支持QoS协议更加简洁可扩展性IPV6地址表示方法冒号十六进制表示法，16位为一个位段，中间用：前导零压缩法，还可将多个0位段用：：代替IPV6不支持子网掩码，支持前缀长度表示IPV6见P265页IPV4协议双协议栈 双协议层隧道-给IPV6数据报加上IPV4报头通过IPV4隧道传输层传输层的基本概念传输层的目的传输层的目标是向应用层应用程序之间的通信提供可靠的、有效的、保证质量的服务在计算机网络体系中起承上启下的作用，屏蔽了通信子网在技术设计上的差异，向高层提供了一个标准的完美的通信服务设置传输层的主要目的是实现分布式进程通信应用层是面向信息处理的传输层为应用层提供通信服务传输层的功能网络层提供的是点到点链路用来实现网络层功能传输层通过源主