【计算机网络】第四章：TCP/IP五层实用模型 &三层网络层&
【计算机网络】第四章：TCP/IP五层实用模型 &三层网络层&
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目录
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重点知识
- 网段划分：IP 地址 = 网络号 + 主机号
- DHCP 技术：自动的给子网内新增主机节点分配IP地址；一般的路由器都带有DHCP功能
- 提高IP 地址利用率：CIDR 划分方案(无分类编址)、动态分配 IP、NAT 技术、IPv6
- IPv4 —— 4字节 32位
- IPv6 —— 16字节 128位
网络层功能
- 功能1：选择最佳路径
功能2：使用 路由器 互联异构网络
功能3：整个网络负载过重，缓解拥塞
（方式：开环控制（静）、闭环控制（动））
数据交换方式
- 网络互联的核心：路由器
- 通信链路的进化步骤：
数据交换方式：
电路交换：事先约好路径
报文交换：串行转发
分组交换：并行转发分组
对比：分组交换的传输时延更小，更快
- 小总结
分组交换方式 细分：数据报方式、虚电路方式
- 不同层 的 传输单元名词 不同
分组交换方式可分为：
1.数据报的交换方式
2.虚电路的交换方式 —— 类似于电路
发送数据单元：分组
- 数据报 & 虚电路 对比
路由算法
- 路由算法
路由表 / 转发表：分组 在经过路由器后 应该往哪里走
一般来说，最佳路由 指 跳数最小，可以更快到达的路线
动态路由算法：距离向量算法 RIP
- 习题练习：
- RIP协议 报文格式
- 好消息传得快 —— 如果一个路由器发现了更短的路由，更新信息会传播得很快
- 坏消息传得慢 —— 如果有某一个网络出故障时，路由之间经过很久的互相通信才能互相确定故障网络无法到达（慢收敛）
- 小总结
动态路由算法：链路状态路由算法 OSPF
- OSPF分区
- OSPF分组
- 其他特点
路由协议：内部网关协议 & 外部网关协议
内部网关协议： RIP协议
- RIP协议
内部网关协议：OSPF协议
- OSPF协议 —— 网络层协议
外部网关协议： BGP协议
- 应用层协议
- BGP协议
在配置BGP时，每一个自治系统的管理员 都要选择 至少一个路由器 来作为 自治系统的BGP发言人；通常都为边界路由器
- BGP协议交换信息的过程：
交换的是 路径向量 的信息
- BGP协议报文格式
- BGP协议特点
- BGP-4：最常用的协议版本
三种路由协议的比较
IP 数据报格式
- TCP / IP 协议栈
下方 为 上方提供服务
IP 数据报格式
- 首部 = 固定部分(20字节) + 可变部分(可有可无)
- 首部 基本信息
为什么需要分片？
MTU：链路层数据帧可封装数据的上限
- 分片eg：
IPv4
- IP 地址：IP协议 提供的一种统一的地址格式，为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，全球唯一化，以此来屏蔽物理地址的差异。
分类的 IP地址
- 此图中有 6 个逻辑上的网络
- IP地址的分类
- 可用的网络号的个数：
- A类：
网络号：除去 全0；127的环回地址(全1)
主机号：除去 全0(本网的网络号)；全1(广播地址)
- B类：
网络号：除去 全0
主机号：除去 全0 (本网的网络号)；全1(广播地址)
- C类：
网络号：除去 全0
主机号：除去 全0 (本网的网络号)；全1(广播地址)
- 特殊 IP地址
第 3 行：本网络广播；路由器可以隔离广播域，广播发出的数据经过路由器不会再传播
第 4 行：只表示网络号
第 5 行：对一个特定网络广播，而不是对本网
- 私有 IP地址
/*
网络地址转换NAT
- 路由器对目的地址是私有 IP地址的数据报一律不进行转发
问：本地 IP地址是如何与因特网上的主机进行通信？
通过NAT路由器 将 (源地址 / 目的地址) 和 端口号 进行替换
SHAPE \* MERGEFORMAT
/*
NAT 网络地址转换以及端口映射详解过程
- NAT网络地址转换实现的三种方法：静态转换Static Nat、动态转换Dynamic Nat和端口多路复用Port address Translation
- 静态转换Static Nat(NAT)：某一个私有IP地址只转换为某一个公有IP地址。
- 动态转换Dynamic Nat(DNAT)：随机私有IP地址转换为任何指定的合法的公有IP地址
- 端口多路复用Port address Translation(PAT):内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问，从而可以最大限度地节约IP地址资源。(简述内部多个私有IP主机+端口号和一个公有IP地址的多个端口号映射实现私有主机访问internet)
1.NAT网络地址转换
windowsserver2003内置的RRAS组件集成了非常完善的网络地址转换功能，可以用来将小型办公室、家庭办公室连接到Internet网络
1.1网络地址转换技术
网络地址转换NAT工作在网络层和传输层，既能实现内网安全，有能提供共享上网服务，还可以将内网资源向外部用户开放（将内网服务器发布到Internet）.
2NAT工作原理
NAT实际上是在网络之间对经过的数据包进行地址转换在转发的特殊路由器，工作原理如图
NAT技术原理
实现NAT，可将内网中的一台计算机设置为具有NAT功能的路由器，该路由器至少安装两个网络接口。其中一个网络接口使用合法的Internet地址接入Internet，为公网地址接口，另一个网络接口与内网其他计算器连接，使用合法的私有IP地址，为专用接口
NAT的网络地址转换是双向的，可实现内网和Internet双向通信，根据地址转换的方向，NAT可分为两种类型：内网到外网的NAT和外网到内网的NAT
内网到外网的NAT实现以下两个方面的功能
①共享IP地址和网络连接，让内网计算机共用一个公网地址接入
②保护网络安全，通过隐藏内网IP地址，使黑客无法直接攻击内网
2.PAT端口映射
外网到内网的NAT用于从内网向外部用户提供网络服务，NAT可为内网中的服务器建立地址和端口映射，让外网访问，这是通过端口映射来实现的，如图所示
端口映射
端口映射将NAT路由器公网IP地址和端口号映射到内网服务器的私有IP地址和端口号，来自外网的请求数据包到达NAT路由器，由NAT路由器将其转换后转发给内网服务器，内网服务器返回的应答包经过NAT服务器再次转换，然后传回给外网客户端。如果公网端口与内网服务器端口相同，则往往称为端口转发。
3RRAS内置的NAT
NAT是一种特殊的路由器，网络操作系统大都内置了NAT功能。Windows server2003的RRAS通过下列组件来实现完善的网络地址转换功能
①转换组件：用于实现数据包转换。它转换IP地址，同时转换内网网络和Internet之间转发数据包的端口
②寻址组件：用于为内部网络计算机提供DFCP服务。寻址组件是简化的DHCP服务器，该服务器分配IP地址、子网掩码、默认网关以及DNS服务器的IP地址
③名称解析组件：用于为内部网络计算机提供DNS名称解析。将NAT服务器作为内部网络计算机的DNS服务器，当NAT服务器接收到名称解析请求时，它随机将该请求转发到外部接口所配置的DNS服务器，并将DNS响应结果返回给内部网络计算机
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子网划分 & 子网掩码
- IP地址 简单划分后的缺点：
- 子网划分
- 外部地址给网络中的子网地址发信息，寻找接收主机的过程
- 子网掩码：网络号、子网号全1；主机号全0
寻找子网网络地址的方法：掩码 与 IP地址 按位与
- 习题：
特殊二进制与十进制的转换，需要熟稔于心：
无分类编址CIDR
构成超网
- 确保数据 被转发到 更精确的路由上：B
重要协议
ARP协议
- ARP协议 是处于 链路层 和 网络层 之间的协议；划分在网络层，为IP协议提供服务
- ARP高速缓存，存储的仅为一个网络内部的 IP地址 和 MAC地址 映射
- 一个局域网网络内部的数据传输
eg：1 → 3
- 一个网络内部查询不到想要发送数据的地址，就发送到默认网关
1 → 5
- ARP协议概念及过程
- 习题
DHCP协议
- 应用层协议
- 主机如何获得 IP地址
- DHCP协议使用过程
ICMP协议
- 网络层协议
- ICMP协议作用
- ICMP报文分类
- 差错报告报文
- 不是对于任何一种出错，都返回差错报告报文
2.ICMP询问报文
- ICMP应用
IGMP协议 + 组播路由选择协议（IP组播）
- IP数据报的三种传输方式
- IP组播
- 硬件组播
- Inter网范围内使用到的协议
- IGMP协议
IPv6
- 根本解决地址即将耗尽的问题
IPv6数据报格式
IPv6地址表示形式
- IPv6基本地址类型
IPv6 → IPv4 过渡策略
IPv4 & IPv6 区别
- 总结
移动IP
- 相关术语
本地代理：可以是路由器、主机
- 移动IP的通信过程
网络层设备
路由器总结构
- 输入端口
2.输出端口
物理层、链路层、网络层 设备区别
- 交换机的每到一个端口，都算是一个冲突域；但广播域可以从交换机所有端口转发出去
- 路由表与路由的转发
网络层总结
数字即重要程度
- 网络层功能
拥塞控制：全局性问题
流量控制：只是由于发送方发送太快，导致接收方来不及接收；解决方法即抑制发送方发送数据的速率
- 数据交换方式
电路交换：适用于电话网络
报文交换：将数据分组为一个个报文
分组交换：网络层的传输单元；将报文再切分成一个个小单位
- IP数据报
长度等知识点
- IPv4地址
- 重要协议
ARP协议：将 IP地址 转换为 MAC地址
RARP协议：MAC地址 → IP地址
ICMP、IGMP —— 网络层协议
DHCP —— 应用层协议；基于UDP
ARP —— 结合了 链路层的MAC地址 和 网络层的IP地址
- IPv6
- 路由算法
- 路由选择协议
区分各自所使用的算法，所基于的层次
- 移动IP & 网络层设备 —— 路由器
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参考来源
https://blog.****.net/weixin_42351470/article/details/105871081