《artX网络互连》2022优秀文档

PartX网络互连Part1(概念,IP地址,IP路由,IP数据报,地址解析〕网络互连的缘由局域网费用低范围有限广域网费用高范围广异构性不可防止Nosinglenetworkingtechnologyisbestforallneeds没有哪一种网络互连技术可以适宜一切的需求。通用效力的概念网络互连中的根本概念先驱：网，恣意两台通讯通用效力：网络中的恣意一对计算机可以互连符合需求在异构世界中实现起来大有费事异构性与通用效力网络之间的不兼容性电子特性信号和数据编码的方式信息包格式地址方案虽然非常需求通用性效力，网络硬件和物理地址之间的不兼容性妨碍了运用不同技术的网络之间进展互连。网络互连从异构网络技术开场衔接物理网络用软件来使产生的系统同构称为互连网internetwork或因特网internet如何衔接异构网络？采用一种特殊计算机系统：可以完成网络衔接义务具有特殊用途适宜局域网和广域网称为网络路由器：Internetrouter网关：Internetgateway路由器图示云代表恣意网络技术每个网络一个接口重要思想路由器是一台可以完成网络衔接义务的、具有特殊用途的计算机。路由器可以将采用不同技术的网络衔接起来,包括运用不同的媒介、不同物理地址方式,和不同帧构造格式的网络。互连网体系构造多个网络路由器衔接的网络主机〔Host〕衔接在一个网络上单一路由器的缺乏CPU的功率和内存I/O性能互连网目的:实现一个单一的、无缝的通讯系统，该系统可以提供通用效力：每个计算机一个地址任何计算机均可向其他计算机发送数据包隐藏物理衔接、物理地址、路由信息等异构细节互连网概念如何隐藏异构性构造一个“虚拟〞网络需求发明地址方式命名方式实现方法协议软件留意:效力器和路由器都需求协议软件

互连网协议TCP/IP包含多个协议：协议suite协同任务分为五个概念层TCP/IP的分层构造留意:TCP/IP分层方式取代了旧的ISO模型TCP/IP分层第一层:物理层根本的网络硬件第二层:网络接口层MAC帧格式MAC编址(Note:MACaddress=MediaACcess(hardware)address)计算机和网络间的接口称为：NIC第三层:网络层在由多个路由器衔接的网络中传送信息包的机制TCP/IP分层(接上)第四层:传输层为一台电脑上的运用程序传送数据到另一台电脑上的运用程序第五层:运用层其他方面网络互连协议(IP)仅指第三层的协议是协议族的根底规定了网络编址方式互连网的包格式网络路由算法IP编址笼统－“虚拟地址〞独立于硬件编码方式运用者高层协议运用程序IP地址虚拟仅为软件了解，硬件中并不存在。为一切通讯运用32位整数每台主机有独一值为了在互连网中提供一致编址，协议软件定义了一个笼统的编址方式，为每台逐渐分配了一个独一的协议地址。用户、运用程序和较高层协议软件均运用这种笼统的协议地址进展通讯。IP地址构成分成两个部分前缀识别网络后缀识别主机为什么要分成这样的两层构造而不是flat式的？全球权威分配独一前缀给每一个网络本地的管理者分配后缀给每一个主机如何选择网络前缀和主机地址的边境？最初的IP地址类型最初几位决议了类别类别决议了前缀和后缀之间的界限点分十进位表示法IP地址的缩写使人们避开了二进制〔太长〕被点分别的数：8位一组，用十进制表示这个名字不同于somewhere点分十进位表示法的例子每32位地址由4个十进制的数值表示每个十进制数代表八个二进位数值从0到255各类地址和网络大小地址的种类决议了网络的最大数目A类最多B类中等C类最少为主机分配IP地址的私有互连网的例子云朵的大小用于指示对应于主机号码的物理网络；网络大小决议了分配的地址类路由器地址的图示地址的前缀标明网络每个衔接需求一个地址IP地址分配一个IP并不代表一台特定主机.相反,每个IP地址代表一个主机与网络间的衔接.一台与多路网络衔接的电脑(如路由器)，必需为每条衔接分配一个IP地址.特殊地址以上网络地址不用于信息包loopback仅限于本机子网和无类编址不属于最初的方案：IP地址正被耗尽一切网络只能从三种网络大小中选一种，更加浪费空间。必需抑制这种限制。防止地址被耗尽允许前缀和后缀的边境发生在任一点上需求额外信息确定边境找出下一跳节点地址,NClasslessAddressing(续上)包含发送端和目的端的地址收到来自T的硬件地址的回答为主机分配IP地址的私有互连网的例子留意:效力器和路由器都需求协议软件表(b)是(a)的中间路由器的路由表网络互连协议(IP)采用一种特殊计算机系统：路由器可以将采用不同技术的网络衔接起来,包括运用不同的媒介、不同物理地址方式,和不同帧构造格式的网络。被点分别的数：8位一组，用十进制表示IP只运用IP地址ARP信息在帧中的传送给定目的地址,D,用“logicaland〞操作提取前缀由于能衔接异构网络，路由器无法传送不同网络的帧。地址掩码和IP地址一同运用32位二进制数值指明前缀和后缀边境Ibitscoverprefix0bitscoversuffix例子:B类掩码下一跳节点是路由器或目的地地址为主机分配IP地址的私有互连网的例子ClasslessAddressing：无类编址路由器可以将采用不同技术的网络衔接起来,包括运用不同的媒介、不同物理地址方式,和不同帧构造格式的网络。分配单个网络前缀给站点每个网络按需求可大可小(必需是2的幂)表(b)是(a)的中间路由器的路由表路由器向同一物理网络中的另一台计算机发送包时需求运用命名为无类领域内路由(ClasslessInter-DomainRouting，CIDR)允许前缀和后缀的边境发生在任一点上(Note:MACaddress=MediaACcess(hardware)address)ClasslessAddressing(续上)留意:效力器和路由器都需求协议软件ClasslessAddressing：无类编址IP数据报的两部分先驱：网，恣意两台通讯子网地址掩码目的:扩展地址空间发明于八十年代只在站点内部有效技术分配单个网络前缀给站点把后缀分为两个部分：站点内的网络和主机典型功用:划分B类地址子网地址的例子单个的B类数字如128.10.0.0分配给站点站点选择子网界限如24位路由器和主机运用对应的子网掩码进展配置给定目的地址,D,用“logicaland〞操作提取前缀D&MClasslessAddressing：无类编址目的:扩展地址空间发明于九十年代因特网通用兼容原来的分类地址方式子网掩码其它方式ClasslessAddressing(续上)技术描画允许恣意前缀大小用一对数代表网络地址(地址,掩码大小)命名为无类领域内路由(ClasslessInter-DomainRouting，CIDR)CIDR运用反斜杠标志例子意味着前缀和后缀之间的边境出如今前17位之后每个网络按需求可大可小(必需是2的幂)IP信息包的动机由于能衔接异构网络，路由器无法传送不同网络的帧。为了兼容异构性,互连网必需定义一个硬件-独立的信息包格式。网络包是笼统包由软件产生并解读包含发送端和目的端的地址大小取决于携带的数据称为IP数据报IP数据报的两部分首部包含目的地址定长域数据区变长，最大限制64K没有最小限制数据报头三个主要字段源IP地址目的IP地址包类型IP数据报转发由路由器完成类似于广域网转发表驱动表中指定下一跳节点不同于广域网转发运用IP地址下一跳节点是路由器或目的地地址IP路由表的例子表(b)是(a)的中间路由器的路由表路由表大小由于路由表中的每一个目的地对应于一个网络,路由表的表目数和互连网的网络个数成比例。数据报转发过程给定数据报找出目的地址字段,D在路由表中查找D找出下一跳节点地址,N把数据报发给N关键概念数据报头的目的地址总是指一个最终地址。当一个路由器转发数据报到另一个路由器时,下一个节点的地址并不出如今数据报报头中。IP通讯的语义IP是无衔接的数据报包含目的地址每个数据报可独立收发路由器会在恣意时辰改动IP通讯语义(续上)IP允许数据报发生：时延复制无序发送丧失损坏因此：尽力传送〔best-effortdelivery〕动因:IP兼容一切的网络，所以底层硬件能够出错。其结果是IP包被丧失、延迟、乱序或损坏。IP不是担任处置这些问题的协议层，需求更高层的协议软件来处置这些错误。地址解析硬件仅运用MAC地址IP只运用IP地址结果:需求软件来转换这是网卡的功能叫做地址解析协议地址是软件提供的笼统，物理网络硬件不知道怎样根据协议地址定位一台计算机。在数据包发送之前，必需将下一跳的协议地址转换为对应的硬件地址。地址解析第二层的协议给定：一个本地网,NN上一台电脑的IP地址C发现：C的硬件地址技术地址解析协议ARP将协议地址映射为硬件地址的过程称为地址解析。当主机或路由器向同一物理网络中的另一台计算机发送包时需求运用地址解析，而在向衔接在远程的计算机发包时不需求。地址解析协议(ARP)地址联编存放在表中表的项包括每台电脑的一对地址IP地址硬件地址根据需求自动建表ARP表只包括本地网的计算机每行的IP的前缀是一样的ARP地址查询在ARP表中查找目的IP地址,T找不到，那么发送ARP恳求信息给T收到来自T的硬件地址的回答在表中添加输入项从表中前往硬件地址ARP的插图W需求Y的硬件地址恳求经过广播发送回答经过单播前往ARP信息格式(以太网)硬件地址字段的长度取决于网络的类型以太网运用48位地址ARP信息在帧中的传送

ARP信息提交到帧的数据区称为封装如何区分ARP信息和其他数据类型呢？帧类型帧类型指出信息能否为ARP接纳方检查帧类型Keypoint由于ARP软件只是网络接口软件的一部分,因此一切的高层协议和运用程序都可纵情运用IP地址,而无须思索识别硬件地址的问题。总结互连网络处理异质性的问