[系统运维] 计算机网络期末知识点整理(合工大)

直通方式的以太网交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。

2)存储转发：

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC（循环冗余码校验）检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。

3) 碎片隔离：

这是介于前两者之间的一种解决方案。它检查数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果大于64字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。

为什么IP数据报、TCP/UDP段中只有首部校验和

因为IP数据报每经过一个路由器，路由器都要重新计算校验和（一些字段，比如生存时间、片偏移等可能发生变化）；

不校验数据部分，主要是为了减少软件计算量。

经过一个路由器，IP数据报至少哪些发生变化：

必然变化的是生存时间（TTL）、首部校验和。每经过一跳路由器，TTL值减一；首部校验和是根据首部生成的，TTL字段变化，首部校验和随之也要变化。

?可能变化的有标志、片偏移，数据报总长度。

IP选路为什么采用表驱动的方式：

表驱动法是一种编程模式（Scheme），从表里面查找信息而不使用逻辑语句（if 和case）它的好处是消除代码里面到处出现的if、else、swith语句，让凌乱代码变得简明和清晰。对简单情况而言，表驱动方法可能仅仅使逻辑语句更容易和直白，但随着逻辑的越来越复杂，表驱动法就愈发有吸引力。

IP规定数据报的重组地点是目的主机, 有什么优缺点??

优点: 简化中间路由器的操作, 提高效率; 避免重复分片; 每个分片独立选路, 增加了灵活性。?

缺点: 中间经过MTU 较大的网络时, 可能会浪费带宽。

为什么ICMP（网络层）只能向源站报告差错？

因为数据报头只包含源地址和目的地址，会找到源地址报告差错

利用端口号而不是进程标识符来指定一台机器的目的进程，有什么优点？?

进程标识符是动态变化的，每次应用程序重启都会对应不同的标识符，而端口号是相对固定的。

为什么TCP要三次握手：

三次握手过程的示意图如下

所以TCP设计成三次握手的目的就是为了避免重复连接。

????????我们假设client发出的第一个连接请求报文段并没有丢失，而是在某个网络结点长时间的滞留了，以致延误到连接释放以后的某个时间才到达server。本来这是一个早已失效的报文段。但server收到此失效的连接请求报文段后，就误认为是client再次发出的一个新的连接请求。于是就向client发出确认报文段，同意建立连接。

????????假设不采用“三次握手”，那么只要server发出确认，新的连接就建立了。由于现在client并没有发出建立连接的请求，因此不会理睬server的确认，也不会向server发送数据。但server却以为新的运输连接已经建立，并一直等待client发来数据。这样，server的很多资源就白白浪费掉了。

所以，采用“三次握手”的办法可以防止上述现象发生。例如刚才那种情况，client不会向server的确认发出确认。server由于收不到确认，就知道client并没有要求建立连接。

????????不过为了节省资源，三次握手就可以符合实际情况，所以就没必要设计成四次握手、五次握手等情况

Internet参考模型各层的作用

1、子网层

子网层大体上对应OSI的物理层和数据链路层。Internet体系结构的子网层是开放的。

子网协议有：以太网协议；FDDI；PPP；SLIP；Token Bus（802.4）；百兆、千兆、万兆以太网。

2、互联网层

大体上对应OSI的网络层。互联网层负责将源主机的报文分组发送到目的的主机，源主机与目的主机可以在一个网上，也可以在不同的网上。

（1）处理来自传输层的分组发送请求。在收到分组发送请求之后，将分组装入IP数据报，填充报头，选择发送路径，然后将数据报发送到相应的网络输出线。

( 2 )处理接收的数据报。在接收到其他主机发送的数据报之后，检查目的地址，如需要转发，则选择发送路径，转发出去；如目的地址为本节点IP 地址，则除去报头，将分组送交给传输层处理。

( 3 )处理互联的路径、流控与拥塞问题。

互联网层的协议是IP，IP是Internet体系结构的核心协议。

3、传输层

大体上对应OSI的传输层。

该层协议包括TCP（传输控制协议，Transmission Control Protocol）和UDP（用户数据报协议，User Datagram Protocol）。

（1）TCP是一种可靠的、面向连接的协议。它将报文以字节流形式从源主机进程发到目的主机进程。

（2）UDP是一种不可靠的、无连接的协议。它主要用于不要求分组顺序到达的传输中，分组传输顺序检查与排序由应用层完成。

4、应用层

大体对应OSI参考模型的应用层、表示层和会话层。

其主要协议包括：

( 1 )文件传输协议( FTP ,file transfer protocol )，用于实现互联网中交互式文件传输功能;

( 2 )简单邮件传输协议( SMTP simple mail transfer protocol )，用于实现互联网中邮件传送功能;

( 3 )域名系统(DNS, domain name system )，用于实现互联网设备名字到IP地址映射的网络服务;

( 4 )超文本传输协议( HTTP, byper text transfer protocol )，用于目前广泛使用的Web服务;

( 5 )路由信息协议( RIP, routing information protocol )，用于网络设备之间交换路由信息;

网络层的主要任务：

?????? 端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术

路由器对报文分组的路由转发和路由协议间的关系：

路由转发”顾名思义，分为“路由”和“转发”两步：

● 路由选择：确定数据报走那一条路径，即路由器根据不同的算法生成动态的路由表。

● 分组转发：路由器根据转发表将用户的IP数据从合适的端口报转发出去。

注意：路由表是由路由算法生成的，转发表是根据路由表生成的。但是在讨论路由选择的原理时，往往不去区分路由表和转发表的区别，同一使用路由表一词。

ICMP的作用（网络层）：

ICMP协议主要用来检测网络通信故障和实现链路追踪，最典型的应用就是PING和tracerooute。

PING：

??? 通过发送回送请求报文和回送回答报文来检测源主机到目的主机的链路是否有问题，目的地是否可达，以及通信的延迟情况。

traceroute：

??? 通过发送探测报文来获取链路地址信息。第一个探测报文TTL为1，到达第一个路由器时，TTL减1为0所以丢掉这个探测包，同时向源主机发回ICMP时间超过报文，这时源主机就获得了第一个路由器的IP地址；接着源主机发送第二个探测报文，TTL增1为2，到达第一个路由器TTL减1为1并转发探测包到第二个路由器，这时TTL减1为0，丢掉这个探测包并向源主机发回ICMP时间超过报文，源主机就获得了第二个路由器的IP地址；以此类推，直到探测报文到达traceroute的目的地，这时源主机就获得了到目的地的每一跳路由的IP地址。

为什么异构网络能接入INTERNET？

异构网络的互连模式：

（1）两两互联模式：

两两之间需要用一个网络层中继系统来弥补其间的差异，但是这种互联方式开销极大，N种网络就有N(N-1)个网络层中继系统；

（2）与中立的中继系统互联的方式：

因特网采取了一种与机器无关，操作系统无关，语言无关的中继系统（IP系统）来解决异构网络互联问题。

每个相连的网络都将自己的协议映射到（Internet protocol）IP网际协议，然后在统一的IP网络上进行路由选择和分组转发等操作。IP网络可以看成一种虚拟网络。

ip分片的ip头部属性：

数据报服务和虚电路服务的区别

数据报服务在传输前不需要与目的地址建立连接，虚电路必须要
数据报每个分组都有完整的目的地址，虚电路服务仅在建立连接阶段使用，之后使用虚电路号
数据报的每个分组独立进行路由选择和转发，虚电路服务属于同一条虚电路的分组按同一路由转换
数据报服务不保证有序到达，虚电路服务保证有序到达

链路状态算法与距离向量算法之间的区别

???????? 链路状态算法（也称最短路径算法）发送路由信息到互联网上所有的结点，然而对于每个路由器，仅发送它的路由表中描述了其自身链路状态的那一部分。距离向量算法（也称为Bellman-Ford算法）则要求每个路由器发送其路由表全部或部分信息，但仅发送到邻近结点上。从本质上来说，链路状态算法将少量更新信息发送至网络各处，而距离向量算法发送大量更新信息至邻接路由器。 ——由于链路状态算法收敛更快，因此它在一定程度上比距离向量算法更不易产生路由循环。但另一方面，链路状态算法要求比距离向量算法有更强的CPU能力和更多的内存空间，因此链路状态算法将会在实现时显得更昂贵一些

ARP的工作原理：

每个主机都会在自己的 ARP 缓冲区中建立一个 ARP 列表，以表示 IP 地址和 MAC 地址之间的对应关系。
主机（网络接口）新加入网络时（也可能只是mac地址发生变化，接口重启等），会发送免费ARP报文把自己IP地址与Mac地址的映射关系广播给其他主机。
网络上的主机接收到免费ARP报文时，会更新自己的ARP缓冲区。将新的映射关系更新到自己的ARP表中。
某个主机需要发送报文时，首先检查 ARP 列表中是否有对应 IP 地址的目的主机的 MAC 地址，如果有，则直接发送数据，如果没有，就向本网段的所有主机发送 ARP 数据包，该数据包包括的内容有：源主机 IP 地址，源主机 MAC 地址，目的主机的 IP 地址等。
当本网络的所有主机收到该 ARP 数据包时：

? ? ? ? ? ???（A）首先检查数据包中的 IP 地址是否是自己的 IP 地址，如果不是，则忽略该数据包。

? ? ? ? ? ? ?（B）如果是，则首先从数据包中取出源主机的 IP 和 MAC 地址写入到 ARP 列表中，如果已经存在，则覆盖。

? ? ? ? ? ? ?（C）?然后将自己的 MAC 地址写入 ARP 响应包中，告诉源主机自己是它想要找的 MAC 地址。

? ? ? ? ? 6.源主机收到 ARP 响应包后。将目的主机的 IP 和 MAC 地址写入 ARP 列表，并利用此信息发送数据。如果源主机一直没有收到 ARP 响应数据包，表示 ARP 查询失败。