[网络协议]计算机网络复习资料

概述

• 基本概念

• 发展阶段

第一阶段：

第二阶段：

第三阶段：

• 互联网组成

• 分组交换的优缺点

三种交换的对比

计算机网络性能指标

注解：

计算机网络非性能特征

• 费用
• 质量
• 标准化
• 可靠性
• 可扩展性和可升级性
• 易于管理和维护

计算机网络体系结构

**概念：**是计算机网络各层及其协议的集合

• 体系结构就是这个计算机网络及其部件所应完成的功能的精确定义

• 实现是遵循这种体系结构的前提下，用何种硬件或者软件完成这些功能的问题

体系结构是抽象的，实现是具体的，是正在运行的计算机硬件和软件

五层分层体系结构：

数据发送流程：

• 电信号（或光信号）在物理媒体中传播从发送端到接收端物理层

• 

分层结构优缺点：

层数要适当

• 太少：导致每层协议过于复杂
• 太多：在描述和综合各层功能的系统工程任务时遇到较多的困难

实体、协议、服务和服务访问点

基本概念：

协议与服务的区别：

协议的注意事项：

• 协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常和非常理想的
• 看一个计算机网络协议是否正确，不能光看在正常情况下是否正确，还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况。

物理层

功能要求

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体

• 为上层提供一个数字比特流传输服务。对上层来说，物理层要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
• 物理层也需要协议（规程）

具体任务

基本术语

引导形传输媒体

媒体中传输数据

调制

两大调制：

提高信道传的输能力

信道都有极限容量，影响因素有：

• 信道能够通过的频率范围
• 信噪比

奈氏准则：给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值

• 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

• 如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

香农公式：给出了信道极限传输率的计算办法

带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）

• 信道的极限信息传输速率c可表达为：
  $$C=W?lo{g}_2（1+S/N）（bit/s）$$

复用技术

概念及作用：解决多个（低速）用户共享一个（高速）信道进行通信的问题

基本复用技术：

• 频分复用（波分复用）
• 时分复用
• 统计时分复用
• 码分复用

宽带接入技术

数据链路层

• 使用信道

• 功能

点对点信道

基本概念：

基本问题：

注解1：

帧界定符：

• 控制字符SOH：放在一帧的最前面，表示帧首部的开始

• 控制字符EOT：表示帧的结束

注解2：

字节填充转义：

• 发送端的数据链路层在数据中控制字符“SOH”或者“EOT”的前面插入转义字符“ESC”（十六进制编码为1B）

• 接收端的数据链路层在数据送往网络层之前删除插入的转义字符

• 如果转义字符也出现在数据中，那么应该在转义字符前面插入一个转义字符ESC。当接收端收到连续的两个转义字符时就删除其中前面的一个。

注解3：

差错控制技术(检测)：

• 循环冗余码检验技术：在数据链路层传送的帧中，广泛使用循环冗余码检验CRC技术。假设在发送端将数据划分为组，每一组k个比特，有一组数据M=101001（此时k=6）。在M后面再添加n为冗余码供差错检测，冗余码计算步骤如下（计算举例：课件3.4 P23）：
• • A.用二进制的mod2运算进行2^n乘M的运算，相当于在M后面添加n个0
  • A.得到的(k + n)位数除以事先选定好的长度为(n+1)位的除数P，得到商为Q而余数为R，余数R比除数P少1位，即R为n位数
  • A.将余数R作为冗余码拼接在数据M后面发送出去
• ***帧检验序列FCS：***在数据后面添加上的冗余码称为帧检验序列。循环冗余检测CRC和帧检测FCS并不等同，差别如下：
• • CRC是一种常见的检错方法，而FCS是添加在数据后面的冗余码
  • FCS可以用CRC得到，单CRC不是得到FCS的唯一方法
• 接收端的CRC检测：
• • 接收端对收到的FCS按照同样的过程计算出冗余码。若得到的余数R=0，则判定这个帧没有差错，则接受（accapt）；若余数R不等于0，则判定该帧有差错，则丢弃
  • A.只要经过严格的挑选并使用位数足够多的除数P，那么出现检测不到的差错的概率就非常小
  • A.接收端的CRC检测并不能确定哪一个或那几个比特出现了差错

注意：

• 仅仅使用CRC差错检测技术只能做到无差错接受。无差错接受指的：凡是接受的帧，都以非常接近于1 概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错。
• 要做到“可靠传输”，必须再加上确认和重传机制
• “无比特差错”和“无差错传输”是不同的概念：数据链路层使用CRC检验能够实现无比特差错传输，但是不可靠传输。
• 本章介绍的数据链路层协议都不是可靠传输协议

点对点协议PPP

应用：

• 对于点对点的链路，使用得最广泛的数据链路层协议是点对点协议PPP
• 用户使用拨号电话线接入互联网时，用户计算机和ISP进行通信时所使用的数据链路层协议就是PPP协议

应满足的需求：

组成：

• 一个将上层IP数据报封装到穿行链路的方法
• 链路控制协议LCP
• 网络控制协议NCP

PPP协议的帧格式

格式：

（1）PPP是面向字节的，PPP帧的长度都是整数字节

（2）PPP帧的首部和尾部分别是4个字段和2个字段

（3）【首尾标志字段F】 = 0x7E（即01111110）

（4）【地址字段A】只为0xFF。A字段实际上不起作用，因为只支持点对点通信

（5）【控制字段C】通常为0x03

（6）【协议字符段】：长度为2个字节，不同值对应不同含义：

? 1.若为0x0021，则信息字段为IP数据报

? 2.若为0x8021，则信息字段为网络控制数据

? 3.若为0xC021，则信息字段为PPP链路控制数据

? 4.若为0xC023，则信息字段是鉴别数据

透明传输问题的解决方法：

• 当PPP用同步传输链路时，使用比特填充法：例如使用零比特填充法，PPP协议用在SONET/SDH链路时，使用同步传输（一连串的比特传输）。这时PPP协议采用零比特填充的方法来实现透明传输，即发送PPP帧时，只要发现5个连续的1，立刻填入一个0；接受PPP帧时，对比特流进行扫描，每当发现5个连续的1，就把这5个1后面的一个0删除。
• 当PPP用在异步传输时，使用字符填充法：发送数据时进行语义转换，接受数据时进行逆向恢复。

不提供使用序号和确认的可靠传输：

PPP协议之所以不使用序号和确认机制是出于以下考虑：

• A.在数据链路层出现差错的概率不大的时候，使用比较简单的PPP协议较为合理
• 在因特网环境下，数据链路层的可靠传输并不能够保证网络层的传输也是靠谱的
• A.帧检测序列FCS字段可以保证无差错接受

PPP协议的工作状态

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jtl1roUV-1641818264787)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20210921120950574.png)]

• 当用户拨号接入ISP时，对方设备做出确认，建立物理连接。

• PC机向路由器发送一系列的ICP分组（封装成多个PPP帧）。这些分组及其相应选择一些PPP参数，进行身份鉴别。

• 继续进行网络层配置，NCP给新接入的PC机分配一个临时的IP地址，使PC及称为因特网上的一个主机

• 通信完毕时，NCP释放网络层连接，收回原来分配出去的IP地址。接着，LCP释放数据链路层连接，最后释放的是物理层的连接。注意：PPP协议已经不是纯粹的数据链路层协议，还包含了物理层和网络层的协议

使用广播信道的数据链路层

• 局域网的数据链路层

问题	解释
局域网的主要优点	1.具有广播功能，可以进行一对多通信 2.早期局域网性能好，便于共享各种硬件和软件资源 3.便于扩展，各设备的位置可灵活调整和改变 4.系统的可靠性、可用性和残存行不断提高
传输媒体的共享	1.静态划分信道：频分/时分/波分/码分复用 2.动态媒体接入控制（多点接入）：随机接入，如CSMA/CD（重点学习）；受控接入，如令牌控制或者轮询
以太网	1.以太网是局域网的一种实现 2.IEEE 802.3是第一个IEEE的以太网标准：共享信道+CSMA/CD；范围有限。IEEE802.3后续发展为IEEE802.3X系列标准
数据链路层的两个子层	1.为了使数据链路层能更好地适应多种局域网标准，IEEE 802.3X下数据链路层拆成两个子层：逻辑链路控制LLC子层、媒体介入控制MAC子层 2.与接入到传输媒体有关的内容都放在MAC子层，而LLC子层则与传输媒体无关。 3.不管MAC层采用何种协议，对LLC子层来说都是透明的 4.LLC作用发生了退化
适配器的作用	1.所有计算机接入局域网都需要一个器件——网络接口板：又称为**【通信适配器】或【网络接口卡NIC】或【网卡】** 2.适配器的重要功能：进行穿行/并行转换；对数据进行缓存；实现以太网协议 3.计算机通过适配器和局域网进行通信
以太网的通信特点	1.传统以太网上多台计算机共享一根总线，采用广播方式完成通信。当只有一对计算机通信，例如B向D发送数据，则只有D计算机接受B的数据，其他计算机不接受。 2.以太网的通信特点:为了简便，以太网采取以下两种重要的措施： * 采用较为灵活的无连接工作方式:不必先建立连接就可以直接发送数据；对发送的数据帧不进行编号，也不要求对方发回确认（不提供可靠传输）。这样做的理由是局域网信道的质量很好，因信道质量产生差错的概率是很小的。 * 以太网提供不可靠的服务，即尽最大努力的交付:当目的站收到有差错的数据帧时就会丢弃此帧，其他的什么也不做，差错的纠正由高层负责。 * 以太网物理层使用曼切斯特编码:曼切斯特编码的缺点：它所占的频带宽度比原始 的基带信号增加了一倍。

• CSMA/CD协议

问题	方法
载波监听多点接入/碰撞检测	1. 多点接入：许多计算机在不同位置连接在一根总线上 2. 载波监听：每一个站在发送数据之前要先检测一下总线上是否有其他计算机在发送数据。如果有，则暂时不发送数据，以免发生碰撞；如果监听到空闲，则发送数据 3. 碰撞检测：又称冲突检测，即计算机边发送数据边检测信道上信号电压大小。当一个站检测到的信号电压摆动值超过一定的门限值，表明产生了“碰撞”。
检测到碰撞后	碰撞意味着总线上传输的信号产生了严重的失真，无法从中恢复出有用的信息来，则采用以下步骤进行处理： 1.立刻停止发送 2.等待一段随机时间 3.再次开始尝试，重复上述过程
使用**“争用期”**来检测是否发送成功	1.最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过2τ（两倍端到端往返时延）就可以知道发送的数据帧是否遭到了碰撞 2.以太网的端到端往返时间2τ称为争用期 3.经过争用期还没有检测到碰撞才能肯定这次发送不会发生碰撞
CSMA/CD的重要特性	1.只能进行双向交替通信（半双工通信）。 2.发送具有不确定性：每个站在发送数据之后的一小段时间内，存在着遭遇碰准的可能性，这使整个以太网的平均通信量远小于以太网的最高数据率。
确定碰撞后等待的随机时间
争用期长度	1. 10Mbit/s以太网规定争用期长度为51.2μs 2. 10Mbit/s以太网发送数据时，若前64字节没有发生冲突，则后续的数据就不会发生冲突 3.以太网规定了最短有效帧长度为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧
强化碰撞	当发送数据的站一旦发现了碰撞，立刻停止发送数据，再继续发送若干比特的人为干扰信号，以便让所有用户都知道现在已经发生了碰撞
CSMA/CD协议的要点	1.准备发送：在发送之前，必须先检测信道 2.检测信道：若检测到信道忙，则应随机等到后重试。如果检测到信道空闲，并在96比特时间内信道保持空闲（保证了帧间的最小间隔），就发送这个帧 3.检查碰撞：边发送边监听，这里存在两种可能性： * 发送成功：在争用期内一直没有检测到碰撞，此帧必发送成功。发送完毕后直接回到步骤1 * 发送失败：在争用期内检测到碰撞。这时立刻停止发送数据并按规定发送一段人为干扰信号，信号适配器接着就执行指数退避算法。等待r倍512比特时间后返回步骤2.，继续检测信道，但若重传达16次仍不能成功则停止重传而向上报错。
CSMA/CD协议工作流程

使用集线器的星形拓扑（略）

• 星形以太网10BASE-T：1990年，IEEE制定出星形以太网10BASE-T的标准802.3i。10BASE-T双绞线以太网的出现，是局域网发展史上的一个非常重要的里程碑。关于10BASE-T的解释如下：

• • 10:速率为10Mbit/s
  • BASE：基带
  • T：双绞线

• 星形以太网10BASE-T的特点：

• • 无屏蔽双绞线 + 星形拓扑
• • 集线器
• • 短距离

• 集线器工作原理：

以太网的信道利用率（自学）

计算：

步骤	方案
前置假设	1. 共享型以太网总的信道利用率不能达到百分之百 2. 假设τ是以太网单程端到端传播时延，则争用期长度为2τ，即端到端传播时延的两倍。 3. 假设检测到碰撞后，不发送干扰信号。 4. 假设帧长度为L，数据发送速率为C，则帧的发送时间为T0 = L/C。 5. A.一个站发送成功可能需要若干个争用期，记为m
以太网信道利用率的计算
关于参数ɑ**(要提高以太网的信道利用率，就必须尽量减小ɑ)**	1. 当数据传输率一定时,以太网的连线的长度受到限制。否则ɑ的数据会太大。 2. 以太网的帧长不能太短，否则T0的值会太小，使ɑ值太大。

以太网的MAC层

属性	解释
MAC层的硬件地址	1. 在广播信道上通信时，必须注明接收方地址；局域网中，硬件地址 = 物理地址 = MAC地址。这种地址是某个接口的标识符；地址与适配器对应而不是与主机对应 2. 48位的MAC地址：IEEE802标准规定的MAC地址字段一般为6字节（48位）长**（前3字节：组织唯一标识符，后3字节：拓展唯一标识符）** 3. 地址字段的第一字节最低位为I/G位，即Individual/Group： * I/G位 = 0，地址字段表示单地址 * 地址字段表示单地址 * I/G位 = 1，表示组地址，用于进行多播 * 所有48位全为1，为广播地址，只能作为目的地址使用 4. 地址字段第一字节的最低第二位为G/L位，即Global/Local * G/L位 = 0，则为全球管理 * G/L位 = 1，则为本地管理 5. 适配器对MAC帧的地址检查与相应处理 * 适配器从网络上每收到一个MAC帧就首先用硬件检查MAC地址。如果地址是本站则收下，再进行其他处理；若地址不是本站就将帧丢弃。 * 发往本站的帧包括以下三种：单播（一对一）、多播（一对多）、广播（一对全体）
MAC帧的格式（常用DIX Ethernet V2标准，此外还有IEEE 802.3 MAC帧格式）	1. 类型字段：用来标志上一层的协议类型，以便将收到的MAC帧数据交给上一层 2. 数据字段：最小长度64字节 - 首部和尾部18字节 = 数据字段最小长度46字节 3. 填充字段：当数据字段的长度小于64字节，应在数据字段的后面加入整数字节的填充字段，以保证以太网的MAC正长度不小于64字节。 4. 帧前面插入的8个字节：前同步码（前7个字节）用来迅速实现MAC帧的比特同步；帧开始定界符（最后1字节)表示后面的信息就是MAC帧。
无效的MAC帧(适配器会直接丢弃这类帧)	1. 数据字段的长度与长度字段的值不一致。 2. 帧的长度不是整数个字节。 3. 用FCS查出有差错 4. 数据字段长度不在46～1500之间 5. MAC帧长度不在64～1518之间
帧间最小间隔	帧间最小间隔为9.6μs，相当于10Mbps下96bit的发送时间，即一个站在检测到总线开始空闲后，还要等待9.6μs才能再次发送数据。这么做是为了使刚刚收到的数据帧的站的接受缓存来得及清理，做好接受下一帧的准备。

扩展的以太网

物理层扩展

• 使用光纤拓展

• 使用集线器拓展：集线器级连成为一个更大的以太网（更大碰撞域），共享一个信道

• • 优点：
  • • 使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够通信
  • • 扩大了以太网覆盖的地理范围
  • 缺点：
  • • 碰撞域扩大，但是总吞吐量并未提高
    • 若不同碰撞域使用不用数据率，则不能用集线器互连

数据链路层扩展

扩展以太网常在数据链路层进行，早期使用网桥，现在使用以太网交换机。以太网交换机常常称为第二层交换机，强调在数据链路层工作。以太网交换机根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。

• 网桥（早期）

• 交换机（也称：第二层交换机）

• • 特点：

  • • 具有多接口，每个接口都直接连接单台主机或另一个以太网交换机
    • 一般都以全双工方式工作，通信具有并发性。相互通信的主机都如同独占传输媒体，无碰撞传输数据
    • 接口上有存储器，可以缓存帧
    • 用硬件（交换结构芯片）转发帧，比用软件转发的网桥快很多
    • 即插即用设备。通过自学习算法自动逐渐建立帧交换表，实现有选择的转发

  • 优点：

  • • 用户独享带宽，增加了总容量：共享式以太网下，用户平分总线带宽。
    • 升级容易
    • 接入速率自适应

  • 两种工作方式：

  • • 存储转发：先将整个数据帧缓存下来再进行处理。增加了处理时间但是可以增加交换机功能。
    • 直通方式：接收数据帧的同时立即按数据帧的目的MAC地址转发帧。提高了帧的转发速度，但是可能转发无效帧。

  • 生成树协议：

  • • 交换机之间使用冗余链路提高可靠性：自学习过程会导致以太网的帧在环路中无限制地兜圈子
    • IEEE 802.1D标准制定生成树协议STP：不改变网络的实际拓扑，在逻辑上切断某些链路，使得从一台主机到所有其他主机的路径无环路的树状结构

  • 自学习功能：

  • • 自学习算法建立交换表：[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6oz9Of0d-1641818264794)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211005093056454.png)] [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HId0FEUo-1641818264795)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211005093119735.png)]
    • 交换表自学习和转发帧的逻辑：
    • • 自学习逻辑：查找交换表中与收到帧的原地址有无匹配项目。如没有就在交换表中新增一个项目；如有则把原有的项目进行更新
      • 转发帧逻辑：查找交换表中与收到帧的目的地址有无匹配项目。如没有则向所有其他接口转发；如有则按交换表中给出的接口转发；如交换表中给出的接口就是该帧进入交换机的接口则丢弃这个帧

• 虚拟局域网：

• • 利用以太网交换机可以很方便地实现虚拟局域网VLAN：
  • • 虚拟局域网可将用户设备和资源非常方便的重新组合，逻辑上将用户和资源分组
    • 虚拟局域网VLAN是由局域网中若干局部网段构成的与物理位置无关的逻辑组，满足其共同的需求
  • 实现原理：
  • • 每一个VLAN帧都携带一个明确的标识符指明发送这个帧的计算机属于哪一个VLAN
    • 虚拟局域网是一种服务，而不是一种新型局域网
    • 虚拟局域网使用的以太网帧格式：IEEE802.3ac标准扩展了以太网帧格式，以支持虚拟局域网
    • • 虚拟局域网协议允许以太网帧中插入一个四字节VLAN标记用来指明发送该帧的计算机属于的虚拟局域网
      • 插入VLAN标记得出的帧称为802.1Q帧或者带标记的以太网帧[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-AOIHWuEz-1641818264795)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211005094219103.png)]
      • VLAN技术的实现：
      • • 交换机中新增一项VLAN号
        • 802.1Q协议约定的交换机转发逻辑：
        • • 任意端口收到广播帧后，根据交换表，只向相同VLAN中的所有其他端口转发
          • 级联交换机之间需要传输MAC帧时通过在针中插入VLAN标记，通知对方此帧所属的VLAN编号

注1：自学习算法

交换表中，每个项目都有一定的有效时间，过期的项目就会被自动删除，以应对在交换机的接口更换主机或主机更换其他网络适配器的情况

注2：从总线以太网到星形以太网

早期以太网采用无源总线结构，使用CSMA/CD协议，以半双工方式工作；现在采用以太网交换机的星型结构，不使用共享总线，没有碰撞问题，不再使用CSMA/CD协议，以全双工方式工作，仍然采用以太网的帧结构。

网络层

网络层提供的两种服务

• 虚电路服务
• 数据报服务

网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一

与IP协议配套使用的有三个协议：

• 地址解析协议ARP
• 网际控制报文协议ICMP
• 网际组管理协议IGMP

将网络相互连起来的中间设备叫做：中间系统或中继系统，包括：

• 物理层中继系统： 转发器

• 数据链路层终极系统： 网桥或交换机

• 网络层中继系统： 路由器

• 网桥和路由器的混合物： 桥路器

• 网络层以上的中继系统： 网关

互联网与虚拟互连网络：

虚拟互连网的意义：

IP地址及其表示方法：

编址方法：

• 分类的IP地址

将IP地址划分为固定的ABCDE五类（传统IP分组）

常用的三种类别的IP地址

IP地址的特点：

IP地址是一种分等级的地址结构，好处如下：

1. IP地址管理机构分配IP时只分配网络号，剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样方便了IP地址的管理
2. 路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（不用考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅减少，从而减小了路由表所占的储存空间

用转发器或网桥、交换机连接起来的若干个局域网仍然是一个网络，这些局域网都拥有同样的网络号net-id

所有分配到网络号net-id的网络，无论是范围小的局域网，还是覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的

IP地址与硬件地址

ARP地址解析协议：

通信包括两个地址：

  1. IP地址（网络层）
  2. MAC地址（数据链路层）

要点：

1. 不论网络层使用什么协议，在实际链路上传输数据帧时，最终都要使用硬件地址

2. 每一个主机都设有一个ARP告诉缓存（ARP cache），里面有所有在局域网上的各种主机和路由器IP地址找到硬件地址的映射表

3. 当主机A向局域网主机B发送IP数据报时，先在ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址：

   ? 有 -> 查找硬件地址，写入MAC帧，然后通过局域网发往此硬件地址

   ? 无 -> ARP进程在局域网发一个ARP请求分组广播。收到响应后，将得到的IP地址和硬件地址写入ARP高速缓存中

4. ARP请求分组：包含发送方硬件地址/发送方IP地址/目标方硬件地址（未知为0）/目标方IP地址

5. 本地广播ARP请求：路由器不转发ARP请求

6. ARP响应分组：包含发送方硬件地址/发送方IP地址/目标方硬件地址/目标方IP地址

7. ARP分组封装在物理网络的帧中传输

• 子网划分

• 构成超网

划分子网和构造超网

划分子网后的转发处理：

1. 凡是外网发送给本单位主机的IP数据报，仍然是根据其目的IP地址中的目的网络号被路由器转发，到达连接本单位网络外网的路由器

2. 然后此路由器收到IP数据报之后，按照目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的主机所在的子网

3. 到达目的子网后将IP数据报直接交付给目的主机

划分子网的优点：

1. 减少了IP地址的浪费
2. 使网络的组织更加灵活
3. 更便于维护和管理

PS：划分子网纯属单位内部的事，对外部透明，对外仍然表现为一个网络

子网掩码

• 从IP地址无法区分什么有子网划分以及子网号
• 增加网络掩码用于指出IP地址中的子网部分
• 规则：总长32位，
  某位=1：网络号和子网号
  某位=0：主机号

• 网络地址 = IP AND 掩码

• 子网掩码的重要性：

1. 子网掩码是一个网络或者一个子网的重要属性（指出了网络号、主机号分别占用了多少位）

2. 每台主机配置一个IP地址时，必须指名对应的子网掩码

• 子网设计：

1. 在采用固定长度子网号时，一个单位内部划分的所有子网的掩码都是相同的
2. 子网数量K由子网号占用位数m决定：K=2^m-2

使用子网时分组转发

• 转发算法

无分类编址CIDR

• 网络前缀

• CIDR的重要特点

1. 消除了传统A、B、C地址分类概念
2. CIDR使用长度不等的“网络前缀”来代替分类中的网络号和子网号

3. CIDR的简写

4. CIDR路由聚合

• 常用的CIDR地址块（K=1024）

构成超网

1. 最长前缀匹配

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-s4oA8zZC-1641818264799)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211107160454752.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ynBXxFMU-1641818264799)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211107160521095.png)]

网际控制报文协议ICMP

1. 网际层使用了忘记控制报文协议ICMP:允许主机或路由器报告差错情况提供有关异常情况的报告

2. ICMP看起来像是高层协议，因为ICMP报文封装在IP数据报中，作为数据部分

3. ICMP报文格式

1. ping命令是使用了ICMP会送请求与会送回答报文
2. ping是应用层直接使用网络层ICMP的例子，没有通过运输层的TCP和UDP

互联网路由选择协议

有关路由器协议概念

1. 理想路由器算法

2. 分层次的路由选择协议

3. 自治系统AS

一个AS对其他AS表现出的是一个单一的和一致的的路由选择策略

内部网关RIP

• RIP协议三个特点

1. 仅和相邻路由器交换信息
2. 交换的信息是当前本路由的全部信息（自身路由表）
3. 按照固定时间交换交换路由信息

• 表的建立

• RIP协议的主要缺点：好消息传得快，坏消息传的慢

• RIP协议特点

内部网关OSPF

• 三个要点

• 划分区域

• OSPF直接用IP数据报传输

• OSPF其他特点

外部网关BGP

• 概念：是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议

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• BGP发言人和自治系统AS的关系

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运输层

运输层协议概述

• 进程之间通信

运输层一般存在于网络边缘部分

作用：为相互通信的应用提供了逻辑通信

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[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-jNaAkDhj-1641818264801)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20211114150839172.png)]

• 运输层的两个重要协议

• 运输层端口

用户数据报协议UDP

传输控制协议TCP概述