計算機網絡複習---網絡層

網絡層提供主機到主機的通訊服務。

轉發和路由選擇

區別：轉發是將分組從一個輸入鏈路接口轉移到適當的輸出鏈路接口的路由器本地動做。路由選擇是網絡範圍的過程，決定分組從源到目的地所採起的端到端路徑。

考慮旅行者從賓夕法尼亞州到佛羅里達州的行程，轉發就相似於圖中要通過不少立交橋，離開每一個立交橋的時候才決定走哪一條路，而路由選擇像出發前旅行者就看地圖在許多可能的路徑(每條路徑包含多個立交橋)中選擇一條路線。

虛電路和數據報網絡

IP地址的編址方法

分類的IP地址 --- 最基本的編址方法

A類地址

可指派的網絡號是126(即$2^{7}-2)$$個.(減去全0和全1兩種狀況)。最大主機數 $2^{24}-2$個。(減去主機號全0和全1)

網絡號字段全0的IP地址是保留地址，意爲"本網絡"。
e.g. A類地址 0.0.0.35表明"在這個網絡上"主機號爲35的主機。
網絡號爲127(即01111111)保留做爲本地軟件 環回測試(本主機的進程之間通訊之用)。
全0主機號表示"本主機"所鏈接的單個網絡地址。
e.g. 一主機的IP地址爲 5.6.7.8,則該主機所在的網絡地址爲 5.0.0.0
全1主機號表明本網全部主機。

B類地址

可指派的網絡號是16383(即$2^{14}-1)$$個.(沒有主機號全0和全1的狀況，可是128.0.0.0不指配，最小網絡地址128.1.0.0)。最大主機數$2^{16}-2$個。(減去主機號全0和全1)

C類地址

可指派的網絡號是16383(即$2^{21}-1)$$個.(沒有主機號全0和全1的狀況，可是192.0.0.0不指配,最小網絡地址192.0.1.0)。最大主機數$2^{8}-2$個。(減去主機號全0和全1)

根據上面表格的網絡號指派範圍就能夠區分該IP地址屬於哪一類了。

因爲一個路由器至少鏈接到兩個網絡，所以一個路由器至少應當擁有兩個不一樣的IP地址。(每一個接口都有一個IP地址)
同一局域網上主機或路由器IP地址中網絡號必須同樣。

劃分子網

從網絡的主機號借用若干位做爲子網號。
劃分子網在內部，所以對外還是一個網絡！

子網掩碼(network mask)

子網的網絡地址 = 子網掩碼 & IP地址 (相與 and)
一張圖足以歸納。另外，若沒有劃分子網，也必須有子網掩碼，使用默認子網掩碼。

CIDR(Classless Inter-Domain Routing)--無分類編址

IP數據報

IP數據報分片

由於不是全部的鏈路層協議都能承載相同長度的網絡層分組。好比以太網幀的MTU(Maximum Transmission)即最大傳送單元(一個鏈路層幀能承載的最大數據量)爲1500字節。鏈路層的MTU嚴格限制IP數據報的長度。所以要進行分片，將IP數據報中的數據分片成多個較小的IP數據報(fragment)再分別用鏈路層幀封裝。

e.g. 一個4000字節的數據報(20字節IP首部加上3980字節IP有效載荷)到達一臺路由器，且必須被轉發到一條MTU爲1500字節的鏈路上。問要分多少片？每片多少字節？
解答： 3980/1500 = 2.65 < 3 則應該分爲 3片，數據字段分別長 1480, 1480, 1020(3980-1480-1480)
注意！分片除了最後一片，全部數據字段長應該是8的倍數！偏移值應當被規定以8字節塊爲單位！

自治系統(autonomous system)

在互聯網中，一個自治系統(AS)是一個有權自主地決定在本系統中應採用何種路由協議的小型單位。

路由選擇算法

一種廣義分類可將路由選擇算法分爲

• 全局式路由選擇算法(global routing algorithm)：用完整的、全局性的網絡制式計算出從源到目的地之間的最低費用路徑。實踐中，具備全局狀態信息的算法常被稱爲鏈路狀態(Link State, LS)算法。
• 分散式路由選擇算法(decentralized routing algorithm)：以迭代、分佈式的方式計算出最低費用路徑。一個經常使用的算法爲距離向量(Distance-Vector, DV)算法。

具體算法的原理和實如今《計算機網絡:自頂向下方法》中第4章有詳細講解。

自治系統內路由選擇 -- 內部網關協議

路由選擇信息協議(Routing Information Protocol, RIP)

使用距離向量算法。

• 僅和相鄰路由器交換信息。
• 路由器交換的信息時當前本路由器知道的所有信息。
• 按固定的時間間隔交換路由信息。

剛開始時，到直接相連的網絡距離定義爲1。每通過一個路由器，跳數加1，跳數爲16至關於不可達。事實證實，RIP協議能夠較快收斂。

舉個路由器中路由表的書上的例子：
已知路由器R6有表4-9(a)所示的路由表。現收到相鄰路由器R4發來的路由更新信息(表4-9(b))，試更新R6的路由表。

距離向量算法是分散式路由選擇，和全局式很不同，它並不須要知道整個網絡的拓撲結構。

缺點是當網絡出現故障，要記過比較長的時間才能將信息傳送到全部的路由器。

RIP協議使用運輸層的用戶數據報UDP進行傳送。RIP1和RIP2的報文首部相同，路由部分有些不一樣。

開放最短路徑優先(Open Shortest Path First, OSPF)

使用鏈路狀態協議。

• 向本自治系統中全部路由器發送信息。使洪泛法(flooding)。
• 發送的信息就是與本路由器相鄰的全部路由器的鏈路狀態。
• 只有當鏈路狀態發生變化時，路由器才向全部路由器用洪泛法發送此消息。

各個路由器頻繁的交換鏈路狀態信息，全部的路由器創建一個鏈路狀態數據庫，這實際上就是全網的拓撲圖。OSPF的更新過程收斂得快。

OSPF直接用IP數據報傳送。(注意RIP是用UDP的)

外部網關協議BGP

BGP採用路徑向量(path vector)路由選擇協議。協議交換路由信息節點數量級是自治系統個數的數量級。剛開始運行時，BGP的鄰站是交換整個的BGP路由表。但之後只須要在發生變化時更新有變化的部分。

網際組管理協議IGMP

• 第一階段：當某個主機加入新的多播組時，該主機應向多播組的多播地址發送IGMP 報文，聲明本身要成爲該組的成員。本地的多播路由器收到 IGMP 報文後，將組成員關係轉發給因特網上的其餘多播路由器。
• 第二階段：由於組成員關係是動態的，所以本地多播路由器要週期性地探詢本地局域網上的主機，以便知道這些主機是否還繼續是組的成員。只要對某個組有一個主機響應，那麼多播路由器就認爲這個組是活躍的。但一個組在通過幾回的探詢後仍然沒有一個主機響應，則再也不將該組的成員關係轉發給其餘的多播路由器。

還有好多以後再補充吧，其實書上的更詳盡全面，只是由於要考試了因此重溫一下而且記錄下來當作複習。

參考資料：1.《計算機網絡》 謝希仁2.《計算機網絡：自頂向下方法》 James F. Kurose & Keith W. Ross