計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)復(fù)習(xí)系列文章傳送門：
第一章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述
第二章 物理層
第三章 數(shù)據(jù)鏈路層
第四章 網(wǎng)絡(luò)層
第五章 傳輸層
第六章 應(yīng)用層
第七章 網(wǎng)絡(luò)安全
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)整理-簡稱&縮寫

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前言

給大家整理了一下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的重點(diǎn)概念，以供大家期末復(fù)習(xí)和考研復(fù)習(xí)的時候使用。
參考資料是王道的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)和西電的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。

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四、網(wǎng)絡(luò)層

4.1 網(wǎng)絡(luò)層功能

網(wǎng)絡(luò)層的傳輸單位分組/數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)包是比較長的分組），把分組從源端傳到目的端，為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信服務(wù)，包括：1、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)（物理層中繼系統(tǒng)：中繼器、集線器hub；數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋、交換機(jī)switch；網(wǎng)絡(luò)層中繼器：路由器；網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)）。2、路由與轉(zhuǎn)發(fā)（路由選擇與分組轉(zhuǎn)發(fā)）。3、擁塞控制（開環(huán)控制、閉環(huán)控制）。

4.1.1 電路交換、報(bào)文交換與分組交換

電路交換：建立時延大，傳輸時延小，通信實(shí)時性強(qiáng)。缺點(diǎn)：無糾錯功能，有差錯。
報(bào)文交換：數(shù)據(jù)交換的單位是報(bào)文，無需建立連接，動態(tài)分配線路?，F(xiàn)在已被分組交換替代。
分組交換：時延比報(bào)文交換小，無建立時延，線路利用高，簡化存儲管理，減少出錯量。分組交換根據(jù)其通信子網(wǎng)向端點(diǎn)系統(tǒng)提供的服務(wù)，分為面向連接的虛電路方式（建立邏輯連接）和無連接的數(shù)據(jù)報(bào)方式。

4.1.2 網(wǎng)際層協(xié)議IP

1、ARP地址解析協(xié)議Address Resolution Protocol：根據(jù)IP地址獲取物理地址。2、RARP反地址解析協(xié)議。3、.ICMP網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議Internet Control Message Protocol：通過ICMP傳輸控制消息，控制消息是指網(wǎng)絡(luò)通不通，主機(jī)是否可達(dá)，路由是否可用等網(wǎng)絡(luò)本身的消息。4、IGMP互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議Internet Group Management Ptotocol：（組播）適用于管理協(xié)議多播組成員的一種通信協(xié)議。IP主機(jī)和相鄰路由器利用IGMP來創(chuàng)建多播組的組成員。組播方式解決了單播情況下數(shù)據(jù)的重復(fù)拷貝及帶寬的重復(fù)占用，也解決了廣播方式下帶寬資源的浪費(fèi)。

4.2 路由算法與路由協(xié)議

靜態(tài)路由算法（非自適應(yīng)路由算法）有網(wǎng)絡(luò)管理員手動配置路由信息。開銷小，較為簡單。
動態(tài)路由算法（自適應(yīng)路由算法）開銷大，能改變網(wǎng)絡(luò)性能有助于流量控制，但算法復(fù)雜。分為距離-向量路由算法（RIP-Routing Information Protocol）和鏈路狀態(tài)路由算法（OSPF-Open Shortest Path First）均為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。

4.2.1 距離-向量路由算法（RIP-Routing Information Protocol）

RIP是應(yīng)用層協(xié)議，在傳輸層使用UDP傳輸數(shù)據(jù)。UDP數(shù)據(jù)報(bào)在IP數(shù)據(jù)報(bào)上增加了復(fù)用分用和差錯控制。
RIP是基于距離向量的路由選擇協(xié)議，優(yōu)點(diǎn)：簡單、交換的內(nèi)容為自己的路由表。
1、每經(jīng)過一個路由跳數(shù)（Hop）+1，優(yōu)先選擇跳數(shù)少的路徑。2、RIP只允許一條路徑最多包含15個路由器，當(dāng)距離等于16時表示網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)，若超過180s未更新路由表，則把距離設(shè)未16。3、RIP默認(rèn)每30s廣播一次RIP路由信息，以便自動建立和維護(hù)路由表（動態(tài)維護(hù)）。4、RIP不支持子網(wǎng)掩碼不同的RIP廣播，RIP子網(wǎng)中子網(wǎng)掩碼必須相同。5、RIP僅和相鄰的路由器交換信息.6、壞消息傳的慢，使得更新過程中收斂緩慢，慢收斂時產(chǎn)生路由回路的主要原因。6、OSPF支持可變長度子網(wǎng)劃分和無分類域間路由選擇CIDR

4.2.2 鏈路狀態(tài)路由算法（OSPF-Open Shortest Path First）

OSPF為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，使用IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸數(shù)據(jù)。
1、OSPF用hello問候分組來保持鄰居連接，使用迪杰斯特拉算法來構(gòu)造最短路徑。2、OSPF能夠應(yīng)用于更大的網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)分為主干區(qū)域和其他自治區(qū)域。OSPF向本自治系統(tǒng)內(nèi)所有的路由發(fā)送信息，使用方法為洪泛法。3、發(fā)送的信息是于本路由器相鄰的所有的鏈路狀態(tài)（該鏈路的“度量”）。4、只有當(dāng)鏈路狀態(tài)發(fā)生變化時，路由器采用洪泛層向所有路由器發(fā)送信息，并且收斂過程更快。（沒發(fā)生變化就30分鐘問一次）。

4.2.3 邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BGP-Border Gateway Protocol）

RIP和OSPF為內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP，外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP：BGP
BGP是外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，為應(yīng)用層的協(xié)議，在傳輸層使用TCP傳輸數(shù)據(jù)，交換的是一組完整的向量路徑。
1、BGP交換路由信息的結(jié)點(diǎn)數(shù)量級是自治系統(tǒng)的數(shù)量級，較少。2、BGP支持無分類域間路由選擇CIDR，BGP的路由表包括目的網(wǎng)絡(luò)前綴，下一跳路由器，以及到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所要經(jīng)過的各個自治系統(tǒng)。3、BGP與本結(jié)點(diǎn)相鄰的路由器交換結(jié)點(diǎn)，首次交換整個路由表，非首次交換有變化的部分。

4.3 IPv4

4.3.1 TCP/IP協(xié)議棧圖

TCP/IP協(xié)議組包括TCP、IP、ICMP、IGMP、ARP、RARP、UDP、DNS、FTP、HTTP
PPP是ISO提出面向字節(jié)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，HDLC是ISO提出面向比特的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，不是TCP/IP族。

4.3.2 IPv4分組的格式

一個IP分組由首部和數(shù)據(jù)部分構(gòu)成。首部固定20B。

總長度單位為1B，片偏移單位為8B，首部長度單位為4B。（一種八片首飾）。
IPv4首部長度占4為，最大十進(jìn)制數(shù)為15，以4B為單位，最常用為20B，最長為60B。

4.3.2 常見IP地址使用范圍

IP地址為一個32比特的全球唯一的表示符。分為網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號。

不做主機(jī)的IP地址：1、主機(jī)號全為0表示網(wǎng)絡(luò)本身。2、主機(jī)號全為1表示本網(wǎng)絡(luò)的廣播地址。3、127.0.0.0表示環(huán)回自檢地址。4、32位全為0表示本網(wǎng)絡(luò)上的本主機(jī)。5、32位全為1表示TCP/IP的廣播地址。6、網(wǎng)絡(luò)號128.0、主機(jī)號192.0.0不指派。

4.3.3 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT

NAT是指將專用網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換為公用網(wǎng)絡(luò)地址，從而對外部隱藏內(nèi)部管理的IP地址。
NAT私有的IP地址網(wǎng)段如下
A 類私有地址：10.0.0.0~10.255.255.255
B類私有地址：172.16.0.0~172.31.255.255
C類私有地址：192.168.0.0~192.168.255.255
普通路由器在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包時不改變其源IP地址和目的地址，而NAT路由器在轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包時一定要轉(zhuǎn)換其IP地址，普通路由器僅工作在網(wǎng)絡(luò)層，而NAT路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時需要檢查和轉(zhuǎn)換傳輸層的端口號。

4.3.4 子網(wǎng)劃分和子網(wǎng)掩碼、CIDR

由于二級IP地址的缺點(diǎn)為IP地址空間利用率較低使得路由表太大而網(wǎng)絡(luò)性能變壞。子網(wǎng)劃分是對主機(jī)號進(jìn)行劃分，IP地址={網(wǎng)絡(luò)號，子網(wǎng)號，主機(jī)號}。
子網(wǎng)掩碼為了告訴主機(jī)或路由器對A類B類C類網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行進(jìn)行了子網(wǎng)劃分使用子網(wǎng)掩碼來表達(dá)對原網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)號的借位，1對應(yīng)IP地址中的網(wǎng)絡(luò)號及子網(wǎng)號，0對應(yīng)主機(jī)號。只需IP地址與相對于的子網(wǎng)掩碼AND運(yùn)算，則可得到相應(yīng)的子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址。
由于子網(wǎng)掩碼的存在因此對于路由表中每個條目除了要給出目的網(wǎng)絡(luò)地址和下一跳地址外，還要同時給出該目的網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼。
劃分子網(wǎng)下的路由器的分組轉(zhuǎn)發(fā)過程(1) 從收到的分組的首部提取目的 IP 地址 D。(2) 先用各網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”，看是否和相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址匹配。若匹配，則將分組直接交付。否則就是間接交付，執(zhí)行 (3)。(3) 若路由表中有目的地址為 D 的特定主機(jī)路由，則將分組傳送給指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行 (4)。(4) 對路由表中的每一行，將子網(wǎng)掩碼和 D 逐位相“與”。若結(jié)果與該行的目的網(wǎng)絡(luò)地址匹配，則將分組傳送給該行指明的下一跳路由器；否則，執(zhí)行 (5)。(5) 若路由表中有一個默認(rèn)路由，則將分組傳送給路由表中所指明的默認(rèn)路由器；否則，執(zhí)行 (6)。(6) 報(bào)告轉(zhuǎn)發(fā)分組出錯。

無分類域間路由選擇CIDR

CIDR消除了傳統(tǒng)ABC類地址及劃分子網(wǎng)的概念，因此可以更有效的分配IPv4的地址空間，CIDR使用網(wǎng)絡(luò)前綴的概念代替子網(wǎng)絡(luò)的概念,因此IP地址的無分類兩級編制為IP::={網(wǎng)絡(luò)前綴，主機(jī)號}。采用斜線記法，即IP地址/網(wǎng)絡(luò)前綴所占的比特?cái)?shù)。通過逐位相與來得到該地址的網(wǎng)絡(luò)前綴。
網(wǎng)絡(luò)前綴相同的連續(xù)IP得知組成CIDR地址塊，一個CIDR地址塊可以表示多地址，這種集合稱為路由集合或超網(wǎng)。路由器聚合有利于減少路由器之間的路由選擇信息的交換從而提升網(wǎng)絡(luò)的性能。

4.3.5 ARP、DHCP、ICMP

IP地址是網(wǎng)絡(luò)層使用的地址，MAC地址是數(shù)據(jù)鏈路層使用的地址，網(wǎng)絡(luò)層之上使用IP地址，IP地址放在IP數(shù)據(jù)包的首部，MAC地址放在MAC幀的首部，通過封裝把IP數(shù)據(jù)報(bào)分組封裝在MAC幀后，數(shù)據(jù)鏈路層看不到數(shù)據(jù)報(bào)分組的IP地址。因此，需要一種方法來完成IP地址到MAC地址的映射這就是地址解析協(xié)議ARP（Address Resolution Protocol）。

地址解析協(xié)議ARP

ARP的工作過程：ARP工作在網(wǎng)絡(luò)層，ARP請求分組是廣播發(fā)送，ARP響應(yīng)分組是單播，從IP地址到硬件地址是自動進(jìn)行的，每臺主機(jī)設(shè)有一個ARP高速緩存用來存放ARP表，使用ARP來動態(tài)維護(hù)ARP表。

動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議DHCP

DHCP動態(tài)主機(jī)配置協(xié)議屬于應(yīng)用層協(xié)議，是基于UDP的并且即插即用。它的工作原理如下：使用客戶/服務(wù)器方式。需要IP地址的主機(jī)在啟動時向DHCP服務(wù)器廣播發(fā)送發(fā)現(xiàn)報(bào)文，這時這臺主機(jī)就成了DHCP的客戶，交換過程如下：1、有沒有DHCP服務(wù)器2、有3、那我用你的IP了4、好。DHCP對于主機(jī)的分配包括IP地址、子網(wǎng)掩碼、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)、DNS服務(wù)器等。

網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP

為了提高IP數(shù)據(jù)報(bào)交付成功的機(jī)會在網(wǎng)絡(luò)層使用網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議來讓主機(jī)或路由器報(bào)告差錯和異常情況。 ICMP是工作在網(wǎng)絡(luò)層的，ICMP報(bào)文的組成作為IP層數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)加上數(shù)據(jù)報(bào)的首部組成IP數(shù)據(jù)報(bào)發(fā)送出去。其分類分為ICMP差錯報(bào)告報(bào)文和詢問報(bào)文。
發(fā)送ICMP報(bào)文的情況：1、終點(diǎn)不可達(dá)2、參數(shù)問題3、源點(diǎn)抑制4、改變路由5、時間超時
不發(fā)送的情況：1、對ICMP 差錯報(bào)告2、對第一個分片后其他的不發(fā)3、對組播不發(fā)4、對巡回自檢地址和0000不發(fā)。
ICMP的應(yīng)用：1、分組網(wǎng)間探測PING（應(yīng)用層），使用ICMP回送請求和回答報(bào)文。2、Traceroute（網(wǎng)絡(luò)層），用來跟蹤分組經(jīng)過的路由，使用了ICMP超時報(bào)文。

4.4 IPv6

4.4.1 IPv6主要特點(diǎn)

（1）IPv6的地址空間用16 B，128bit表示，IPv4為4B，32bit。（2）IPv6較IPv4減少了頭部字段數(shù)目，僅包含7個字段。（3）IPv6沒有檢驗(yàn)字段。（4）IPv6的首部單位固定為8B，而IPv4為4B。（5）IPv6不允許分片，若分組太大則丟棄且返回ICMP差錯報(bào)文。（6）IPv6支持即插即用即自動配置。（7）IPv6只有在包的源節(jié)點(diǎn)才能分片，只有在主機(jī)處分片，傳輸路徑中的路由器不能分片故不允許像IPv4一樣的路由分片（8）IPv6支持QoS，解決網(wǎng)絡(luò)延遲與阻塞是一種安全機(jī)制。
IPv6向IPv4過渡的策略：1、雙協(xié)議棧：同時裝有IPv4和IPv6的協(xié)議棧。2、隧道技術(shù)：是將整個IPv6的數(shù)據(jù)報(bào)封裝到IPv4的數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分從而在IPv4的網(wǎng)絡(luò)隧道中傳輸。

4.5 互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議IGMP

使用D類地址1110（224.0.0~239.255.255.255）
使用IGMP協(xié)議加入組播，只發(fā)送一次需要組播路由器將分組復(fù)制后轉(zhuǎn)發(fā)，IP組播僅用于UDP。

4.6 移動IP

移動IP是指移動節(jié)點(diǎn)以固定的網(wǎng)絡(luò)IP地址實(shí)現(xiàn)跨越不同網(wǎng)段的漫游功能并保證基于網(wǎng)絡(luò)IP的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限在漫游過程中不發(fā)生改變。
移動節(jié)點(diǎn)：具有永久IP地址的移動設(shè)備。
歸屬代理（本地代理）：移動節(jié)點(diǎn)永久IP地址所在網(wǎng)絡(luò)稱為歸屬網(wǎng)絡(luò)，在該網(wǎng)絡(luò)中, 代表移動節(jié)點(diǎn)執(zhí)行移動管理功能的實(shí)體叫做歸屬代理。
外部代理（外地代理）：在外部網(wǎng)絡(luò)中，幫助移動節(jié)點(diǎn)完成移動管理功能的實(shí)體，稱為外部代理。
永久地址：又稱為歸屬地址/主地址，移動站點(diǎn)在歸屬網(wǎng)絡(luò)中的原始地址。
轉(zhuǎn)交地址：又稱為輔助地址，移動站點(diǎn)在外部網(wǎng)絡(luò)中使用的臨時地址。
移動IP通信的過程：主機(jī) A 進(jìn)入外部網(wǎng)絡(luò)后在外部代理注冊一個轉(zhuǎn)交地址，離開時注銷，外部代理向本地代理登記轉(zhuǎn)交地址。本地代理接收來自轉(zhuǎn)交地址的注冊后會構(gòu)建一條通向轉(zhuǎn)交地址的隧道將截獲的發(fā)給移動節(jié)點(diǎn)的IP分組通過隧道發(fā)送到轉(zhuǎn)交地址處再轉(zhuǎn)交地址處解除隧道封裝恢復(fù)原始IP分組最后送到移動節(jié)點(diǎn)。

4.7 網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備

路由器是一種具有多個輸入輸出端口的專用計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是連接不同的網(wǎng)絡(luò)并完成路由轉(zhuǎn)發(fā)。路由器可以隔離廣播域。從結(jié)構(gòu)上看路由器分為路由選擇和分組轉(zhuǎn)發(fā)兩部分，從模型上看路由器是由網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)模型的下三層即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。

路由選擇部分控制部分核心是路由選擇處理器路由選擇處理器的作用是構(gòu)造路由表同時定期維護(hù)和更新路由表。路由選擇在外部。
分組轉(zhuǎn)發(fā)由三種部分構(gòu)成：交換結(jié)構(gòu)、一組輸入端口和一組輸出端口。輸入端口在物理層接收比特流提取出數(shù)據(jù)鏈路層中的幀進(jìn)而從幀中提出網(wǎng)絡(luò)層中的數(shù)據(jù)報(bào)，輸出端口執(zhí)行恰好相反的操作。交換結(jié)構(gòu)是路由器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，它根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表對分組進(jìn)行處理，將某個輸入端口進(jìn)入的分組從一個合適的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。三種常見的交換方式：通過存儲器進(jìn)行交換，通過總線進(jìn)行交換，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行交換，交換結(jié)構(gòu)本身就是一個網(wǎng)絡(luò)。
路由表中默認(rèn)路由的目的地是和子網(wǎng)掩碼都是0,0,0,0，路由器阻塞時丟棄IP分組并返回ICMP差錯報(bào)文路由器對IP分組首部進(jìn)行差錯檢驗(yàn)，丟棄有錯的首部的報(bào)文，但不無保證IP分組不丟失。
路由器可以互聯(lián)兩個不同網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)橋可以互聯(lián)兩個數(shù)據(jù)鏈路層不同的網(wǎng)絡(luò)，集線器只能互聯(lián)兩個物理層相同的網(wǎng)絡(luò)。

下一章 第五章 傳輸層

第五章 傳輸層