脚本宝典收集整理的这篇文章主要介绍了2万字全面总结计网 之 网络层,建议考前通读复习,脚本宝典觉得挺不错的,现在分享给大家,也给大家做个参考。
网络层的主要任务是实现网络互连,进而实现数据包在各网络之间的传输。 要实现网络层任务,需要解决以下主要问题:
IPv4地址就是给因特网(Internet) 上的每一台主机(或路由器)的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符。 IP地址由因特网名字和数字分配机构 ICANN进行分配。 32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等,因此IPv4地址采用点分十进制
(每八位2进制转为10进制)表示方法以方便用户使用。
IPv4地址的编址方法经历了如下三个历史阶段:
0
的地址是网络地址
,不进行分配 ◇ 主机号全为1
的地址是广播地址
,不分配
目的地址和源地址: 源IP地址:发送请求的IP地址。 目的IP地址:被请求的主机IP地址。 广播地址 是目的地址,非源地址 应为广播是对全体主机,被请求时,是全体主机。 发送请求时,并不知道到底是那台主机的请求,所以不能作为源地址。
1.根据地址左起第一个十进制数的值,可以判断出网络类别。 小于127的为A类,128 ~ 191的为B类,192 ~ 223的为C类 2.根据网络类别,就可找出地址中的网络号部分和主机号部分 A类地址网络号为左起第一个字节,B类地址网络号为左起前两个字节,C类地址网络号为左起前三个字节 3.以下三种情况的地址不能指派给主机或路由器接口: ( 1)A类网络号0和127 (2)主机号为“全0”,这是网络地址 (3)主机号为“全1”,这是广播地址
为新增网络 申请新的网络号会带来以下弊端: 需要等待时间和花费更多的费用 会增加其他路由器中路由表记录的数量 浪费原有网络号中剩余的大量IP地址
所以可以从主机号部分借用一部分比特作为子网号
32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号
给定一个分类的IP地址和其相应的子网掩码,就可知道子网划分的细节:
默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码。 A类: 255.0.0.0 B类:255.255.0.0 C类:255.255.255.0
前面的划分子网也不够用了,数量巨大的C类网因为其地址空间太小并没有得到充分使用,而因特网的IP地址仍在加速消耗,整个IPv4地址空间面临全部耗尽的威胁。 为此,因特网工程任务组IETF又提出了采用无分类编址的方法来解决IP地址紧张的问题,同时还专门成立IPv6工作组负责研究新版本IP以彻底解决IP地址耗尽问题。
1993年,IETF发布了无分类域间路由选择CIDR(Classless Inter-Domain Routing)的Rfc文档:
■ CIDR使用 “ 斜线记法 ” ,或称CIDR记法。即在IPv4地址后面加上斜线"/”,在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量。 ■ CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。 ■ 我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址,就可以知道该地址块的全部细节:
■ 路由聚合(构造超网)的方法是找共同前缀 ■ 网络前缀越长,地址块越小,路由越具体; ■ 若路由器查表转发分组时发现有多条路由可选,则选择网络前缀最长的那条,这称为最长前缀匹配,因为这样的路由更具体。
例题:定长的子网掩码FLSM: Fixed Length Subnet Mask
变长的子网掩码VLSM: VARiable Length Subnet Mask
可选字段:1个字节到40个字节不等,用来支持排错,测量及安全等措施。
填充字段:确保首部长度为4字节的整数倍。使用全0进行填充。 区分服务:8比特,用来获得更好的服务。
总长度:16比特。表示IP数据报的总长度( 首部+数据载荷 )。最大取值为十进制的65535.以字节为单位。 标识:16比特, 属于同个数据报的各分片数据报应该具有相同的标识。IP软件维持一个计数器,每产生一个数据报, 计数器值加1,并将此值赋给标识字段。 标志:3比特,各比特含义如下:
片偏移:13比特。 指出分片数据报的数据载荷部分偏移其在原数据报的位置有多少个单位。片偏移以8个字节为单位。 生存时间TTL:占8比特,表示IP数据报的生存时间。
协议:8比特,指明IPv4数据报的数据部分是何种协议数据单元。常用的一些协议和相应的协议字段值如下。
首部检验和:16比特,用来检测首部在传输过程中是否出现差错。比CRC检验码简单,称为因特网检验和。源IP地址和目的IP地址:各占32比特,用来填写发送该IP数据报的源主机的IP地址和接收该IP数据报的目的主机的IP地址。
主机发送IP数据报 ①判断目的主机是否与自己在同一个网络
若在同一个网络,则属于直接交付; 若不在同一个网络,则属于间接交付, ②传输给主机所在网络的默认网关(路由器),由默认网关帮忙转发;
路由器转发IP数据报 ① 检查IP数据报首部是否出错: 若出错,则直接丢弃该IP数据报并通告源主机; 若没有出错,则进行转发; ② 根据IP数据报的目的地址在路由表中查找匹配的条目 (查找方法请参看本节课相关示例) : 若找到匹配的条目,则转发给条目中指示的下一-跳; 若找不到,则丢弃该|P数据报并通告源主机;
■ 为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会,在网际层使用了网际控制报文协议 ICMP(Internet Control Message Protocol)。 ■ 主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文。 ■ ICMP报文被封装在IP数据报中发送。 ■ ICMP差错报告报文共有以下五种:
■ 以下情况不应发送ICMP差错报告报文:
■ 常用的ICMP询问报文有以下两种: 回送请求和回答 时间戳请求和回答
■ICMP应用:
IPv6仍支持无连接的传送,但将协议数据单元PDU称为分组,而不是IPv4 的数据 报。(但后面将两者看成同义词)
IPv6所引进的主要变化如下: (1) 更大的地址空间。IPv6 把地址从IPv4的32位增大到4倍,即增大到128位,使地址空间增大了29倍。 (2) 扩展的地址层次结构。 (3) 灵活的首部格式。 (4) 改进的选项。IPv6允许数据报包含有选项的控制信息,因而可以包含一些新的选 项。但IPv6的首部长度是固定的,其选项放在有效载荷中。IPv4 所规定的选项是固定不变的,其选项放在首部的可变部分。 (5) 允许协议继续扩充。IPv4 的功能是固定不变的。 (6) 支持即插即用(即自动配置)。因此IPv6不需要使用DHCP。 (7) 支持资源的预分配。IPv6支持实时视像等要求保证一定的带宽和时延的应用。 (8) IPv6 首部改为8字节对齐(即首部长度必须是8字节的整数倍)。IPv4首部是4字节对齐。
■ 版本(version): 占4位。它指明了协议的版本,对IPv6该字段是6。■ 通信量类(raffic class): 占8位。这是为了区分不同的IPv6数据报的类别或优先级。
■ 流标号(low label):占20位。流标号对实时音频/视频数据的传送特别有用。对于传统的电子邮件或非实时数据,流标号则没有用处,把它置为0即可。
■ 有效载荷长度(payload length): 占 16位。它指明IPv6数据报除基本首部以外的字节数(所有扩展首部都算在有效载荷之内)。这个字段的最大值是64 KB (65535字节)。
■ 下一个首部(next header):占 8位。它相当于IPv4的协议字段或可选字段。
■ 跳数限制(hop limit): 占 8位,和IPv4的TTL一样。 ■ 源地址:占128 位。是数据报的发送端的 IP地址。 ■ 目的地址: 占128位。是数据报的接收端的IP地址。
地址分为单播、多播和任意播。
地址表示:冒号十六进制法。
- 若一组中全是0,可以省略三个。
- 若存在连续多组0,可以使用冒号取代,但只能压缩一次 FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以压缩为FF05::B3 1090:0:0:0:8:800:200C:417A 可以压缩为 1090::8:800:200C:417A 全零可记为
::
- 最后的2组可以使用IPv4的点分十进制表示 0:0:0:0:0:0:128.10.2.1 可表示为 ::128.10.2.1
地址分类:
一个主机能够理解两个版本的内容,这样主机也要有2个版本对应的IP地址.具有双协议栈的主机, 可以通过DNS系统知道目的主机使用的协议版本。
隧道技术的原理是,在IPv6的数据需要进入IPv4网络时,将IPv6的数据报(准确的说是PDU)当成IPv4数据报的数据部分,使用IPv4版本传输,在离开IPv4网络时在此组装成IPv6的数据,发往目的地。
路由信息协议RIP(Routing Information Protocol)是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议之一, 其相关标准文档为RFC 1058。
RIP要求自治系统AS内的每一个路由器都要维护从它自己到AS内其他每一个网络的距离记录。这是一组距离, 称为“距离向量”。
RIP使用跳数(Hop Count)作为度量(Metric)来衡量到达目的网络的距离。
RIP认为好的路由就是“距离短”的路由,也就是所通过路由器数量最少的路由。
当到达同一目的网络有多条“距离相等”的路由时,可以进行等价负载均衡。
RIP包含以下三个要点:
RIP的基本工作过程 ①路由器刚开始工作时,只知道自己到直连网络的距离为1。 ②每个路由器仅和相邻路由器周期性地交换并更新路由信息。 ③若干次交换和更新后,每个路由器都知道到达本AS内各网络的最短距离和下一-跳地址,称为收敛。
RIP的路由条目的更新规则
RIP存在“坏消息传播得慢”的问题 “坏消息传播得慢”又称为路由环路或距离无穷计数问题,这是距离向量算法的一一个固有问题。 可以采取多种措施减少出现该问题的概率或减小该问题带来的危害。
开放最短路径优先OSPF(OPEn Shortest Path First),是为克服RIP的缺点在1989年开发出来的。
OSPF是基于链路状态的,而不像RIP那样是基于距离向量的。 OSPF采用SPF算法计算路由, 从算法上保证了不会产生路由环路。 OSPF不限制网络规模,更新效率高,收敛速度快。
链路状态是指本路由器都和哪些路由器相邻,以及相应链路的“代价”(cost) 。
使用OSPF的每个路由器都会产生链路状态通告LSA(Link state AdveriSEMen)。LSA中包含以下内容:
LSA被封装在链路状态更新分组LSU中,采用洪泛法发送。 使用OSPF的每个路由器都有一个链路状态数据库LSDB,用于存储LSA。 通过各路由器洪泛发送封装有自己LSA的LSU分组,各路由器的LSDB最终将达到一致。
使用OSPF的各路由器基于LSDB进行最短路径优先SPF计算,构建出各自到达其他各路由器的最短路径,即构建各自的路由表。
OSPF有以下五种分组类型
OSPF在多点接入网络中路由器邻居关系的建立
为了使OSPF能够用于规模很大的网络,OSPF把一个自治系统再划分为若干个更小的范围 ,叫做区域 (Area)。
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