計算機網路複習 ch1-4 TCP/IP 網路技術

路由器 TCP/IP · 發表 2019-01-19 17:21:34

摘要：正文之前最近沉迷火影，無法自拔。主要責任在抖音，每天給我推送那些剪輯好的催淚視訊。。真是日了。。寒假回家只怕要全部重刷一遍了，Naruto！Hinata！！好吧，雛田的圖留著自己看，給你們看看鳴人的就好。。哎，以前忙於學業沒看到他倆結婚，這次回家一定要看完。正文...

正文之前

最近沉迷火影，無法自拔。主要責任在抖音，每天給我推送那些剪輯好的催淚視訊。。真是日了。。寒假回家只怕要全部重刷一遍了，Naruto！Hinata！！好吧，雛田的圖留著自己看，給你們看看鳴人的就好。。哎，以前忙於學業沒看到他倆結婚，這次回家一定要看完。

正文

（網路實體）命名與定位

直接定位與解析定位
因特網是全球單一可定址的抽象網路
- 必須連線全球所有計算機或其它裝置
- 必須給每個計算機或裝置（路由器等）一個全球唯一ID
- IP協議希望這樣，故有IPv4 = 232個地址，A/D/C/E類
- IP 地址結構 = Net號 + Host號
- 位置與身份合一
IP地址引發問題（簡單,但過載）
- 不便記憶：域名產生解析需要
- 區域網早先出現：導致 MacIP變換ARP協議
- IP地址分配不均不夠：NAT，三個段公用私網地址：17621775個IP
  10/8:1個A
  172.16.—172.31/16:15個B 192.168.—192.168/16:1個B

因特網的三地址

使用者/網路及實體地址
- 域名：公司/機關/團體/個人註冊的因特網可訪問的世界唯一ID
- 網路(介面)地址：同一體系結構中的可訪問的計算機ID:IP地址
- 實體地址：同一體系結構中物理媒體可訪問的計算機某埠的唯一 ID:MAC地址

實體地址的配置和作用

作用：
- 過濾：指明網絡卡NIC，過濾不屬於本主機接收的資料
- 廣播：識別廣播地址標誌，接收廣播報文並送主機
地址配置：
- 固定方式：實體地址由廠商決定。不可改變
- 可配置方式：通過EPROM內程式進行互動命令配置
- 動態配置方式：可自動修改和管理實體地址，啟動網絡時，通過程式配置一個不衝突的實體地址

域名解析

域名：標識計算機的名字

IP互連與分組交換

多個網路互連的2個主要問題：
- 異構：
  - 乙太網、令牌環、點-點鏈路及各種交換網路，每個都有自己的地址模式、媒體訪問協議及服務模式等
  - 傳輸介質不同/網路拓撲結構不同
  - 介質訪問方式不同/網路編址方式不同
  - 分組長度/有連線/無連線服務的區別
  - 傳輸控制方式不同
  - 各層協議的功能定義、格式、介面與呼叫方式不同
- 可擴充套件：
  - 網路不斷擴大，路由規模指數增（100萬—22.7億個節點）

Internet網路層協議

在網路層，Internet可以看成是自治系統的集合，是由網路組成的網路。
網路之間互連的紐帶是IP（Internet Protocol）協議。

網路互連層的功能

功能目標
- 把多個異構或同構的網路連線成更大網路
- 直接支援傳輸層的端到端服務。
關鍵問題
- 掌握通訊子網的拓撲結構，選擇路由；
- Hop by Hop 定址到目的主機
為傳輸層提供何種服務？
- 面向連線服務：
  - 將複雜的功能放在網路層
  - 傳統電信觀點：通訊子網應該提供可靠的、面向連線的服務
- 無連線服務：將複雜的功能放在傳輸層
  - Internet的觀點：通訊子網無論怎麼設計都是不可靠的，因此網路層只需提供無連線服務。

錯誤報告協議(ICMP)

ICMP 報文分類
- 差錯和控制報文協議：
  - 報告IP傳輸中發生的（差錯報文+控制報文+測試報文）
  - ICMP報文=頭部+資料部分
- ICMP報文封裝在IP資料包中進行傳輸
  - IP頭中的包型別=1;
  - ICMP並不是IP的上一層協議，僅用IP的轉發功能

ICMP最典型的應用
- PING：通過傳送回送請求報文（echo request）和回送回答報文（ echo reply）來檢測源主機到目的主機的鏈路是否有問題，目的地是否可達，以及通訊的延遲情況。
- traceroute：通過傳送探測報文來獲取路由資訊。第一個探測報文TTL為1，到達第一個路由器時，TTL減1為0所以丟掉這個探測包，同時向源主機發回ICMP時間超過報文，這時源主機就獲得了第一個路由器的IP地址；接著源主機發送第二個探測報文，TTL增1為2，到達第一個路由器TTL減1為1並轉發探測包到第二個路由器，這時TTL減1為0，丟掉這個探測包並向源主機發回ICMP時間超過報文，源主機就獲得了第二個路由器的IP地址；以此類推，直到探測報文到達traceroute的目的地，這時源主機就獲得了到目的地的每一跳路由的IP地址。

路由與定址

IP定址
- 每包經每路由器都要決定從哪個埠到下一節點？
- 路由器需要匹配包之目址與路由表, 選擇最佳出埠
路由器：網路層互連裝置，豐富靈活，可擴充套件
- 靜態路由：手工配置/簡單拓撲/直觀；不適合大規模/多變網路
- 動態路由：實時自動動態更新，並算出當前最佳路由
問題：
- 路由器怎樣實時知道變化著的網路拓撲？
- 路由器怎樣從全域性選擇每個包的最優出埠？
方法:
- 通過 路由協議 獲得節點和鏈路的資訊
- 通過 路由演算法 選擇走向目的地的最優下一出口

路由協議

自治域AS
- 在一個權威管理機構下執行的網路，分配唯一編號。全球所有AS組成因特網。
內部閘道器協議IGP：在一個AS內執行
- RIP(Routing Information Protocol)適應小規模網路：定時只向鄰居說（如30s），說知道的所有（自路由表）;
- OSPF（Open Shortest Path First Protocol）適應較大規模網路：（鏈路）變時向所有人說（區內路由器組播），只說鄰居的事（鏈路狀態）
外部閘道器協議EGP：在AS間執行
- 原因：因特網規模大AS間直接OSPF收斂時間很長；AS間最佳路由不現實（cost意義不統一）；各AS管理策略不同。
- BGP4：只尋求一條能到達目網的較好路由（不迴圈），並不最佳；
- BGP採用路徑向量（Path Vector）路由選擇協議；
- 變動觸發BGP發言人（對接路由器）間交換彼此的路由資訊

兩大重點

RIP 距離向量演算法 Routing Information Protocol

https://blog.csdn.net/lycb_gz/article/details/9611881

OSPF 鏈路狀態演算法 Open Shortest Path First

鏈路狀態路由協議（也可以說OSPF）工作原理：

每臺路由器通過使用Hello報文與它的鄰居之間建立鄰接關係
每臺路由器向每個鄰居傳送鏈路狀態通告(LSA),有時叫鏈路狀態報文(LSP). 每個鄰居在收到LSP之後要依次向它的鄰居轉發這些LSP(泛洪)
每臺路由器要在資料庫中儲存一份它所收到的LSA的備份，所有路由器的資料庫應該相同
依照拓撲資料庫每臺路由器使用Dijkstra演算法（SPF演算法）計算出到每個網路的最短路徑，並將結果輸出到路由選擇表中

OSPF的簡化原理：發Hello報文——建立鄰接關係——形成鏈路狀態資料庫——SPF演算法——形成路由表。

LSP產生的原因主要有兩個：

1）路由器定期產生，由於flooding會影響效能，所以這個週期很長
2）路由器定期向鄰居發hello報文，探測鄰居可達性，一旦發現拓撲變化，就發出LSP

路由區

因為OSPF路由器之間會將所有的鏈路狀態（LSA）相互交換，毫不保留，當網路規模達到一定程度時，LSA將形成一個龐大的資料庫，勢必會給OSPF計算帶來巨大的壓力；
為了能夠降低複雜程度，OSPF將Domain分為區，採用分割槽域計算
每個區域負責各自區域精確的LSA傳遞與路由計算，然後再將一個區域的LSA簡化和彙總之後轉發到另外一個區域
在區域內部，擁有網路精確的LSA，而在不同區域，則傳遞簡化的LSA
OSPF為了防止環路產生，以採用了Hub-Spoke的拓樸架構來組織各個區，主幹是一個特別區--Area 0
其它區域稱為Normal區域（常規區域），在理論上，所有的常規區域應該直接和骨幹區域相連，常規區域只能和骨幹區域交換LSA，常規區域與常規區域之間即使直連也無法互換LSA
OSPF 區域是基於路由器的介面劃分的，而不是基於整臺路由器劃分的，一臺路由器可以屬於單個區域，也可以屬於多個區域

傳輸層

問題:怎樣實現遠端程序間的資料傳輸
- 主機-主機的包傳輸轉化成程序-程序通訊通道
- 網路層結構，支援端應用程式--端到端協議
什麼是連線？
- 一條連線就是不同系統內的兩個實體之間的一個臨時性的邏輯關聯 通路(目IP,源IP,目埠,源埠，TCP/UDP,五元組)
- 在連線持續期間，每個實體都跟蹤從對方到達和傳送到對方的PDU ，以便調節PDU的流量以及對丟失和損壞的PDU進行恢復。
網際網路的全部功能，最基本、最小粒度的服務 –
- 端到端資料傳

簡單多路器-Multiplexer UDP 協議

最簡單的傳輸層協議 .
主機-主機的傳輸服務在IP協議上擴充套件成程序-程序的直接通訊服務 .
一臺主機上可執行多程序, 需加一多路開關層,區別它們並共享網路
傳輸層協議 .
best-effort未加任何功能.如User Datagram Protocol-UDP
UDP: .
最小/簡單分路協議 .
just port numbers, and an optional checksum .
no flow control, no congestion control, no reliability or ordering

提供無連線服務，不保證資料完整到達目的地，減輕了網路的通訊負擔
適應C/S模式的簡單請求/響應通訊需要
應用程式要實施超時重傳機制，並對資料包編號，但增加了應用程式的複雜性
UDP可保留各報文間的邊界，不把應用多次傳送的資料合併成一個包發出去，且發包後不對該包快取，這對簡單請求/ 響應很方便
組播應用、多數音視訊都建立在UDP之上。

可靠位元組流協議(TCP)

TCP:更成熟的傳輸協議
- 提供可靠,面向連線,按序位元組流
- 全雙工,每個連線支援一對位元組流,每個流一個方向
- 流控機制:允許每個位元組流的接收端在給定時間內限制其傳送端的資料速率
- 支援多路輸出機制,允許一個主機上同時有多個會話對
- 還提供擁塞控制機制
流控與擁控之差別 :
- 流控:防止傳送超過接收者能力（速/量）, 是端到端的傳送
- 擁控:防止過多資料注入到網路中,從而引起交換機或鏈路超載,擁控是關於主機到網路的傳送