计算机网络-- 网络层（day06）

网络层思维导图

IPv4地址的应用规划

使用定长的子网掩码FLSM或变长的子网掩码VLSM

定长的子网掩码

使用同一个子网掩码来划分子网
子网划分方式不灵活：只能划分出2^n个子网（n是从主机号部分借用的用来作为子网号的比特数量）
每个子网所分配的IP地址数量相同，容易造成IP地址浪费

变长的子网掩码VLSM

使用不同的子网掩码来划分子网
子网划分方式灵活：可以按需分配
每个子网所分配的IP地址数量可以不同，尽可能减少对IP地址的浪费

IP数据报的发送和转发过程

主机发送IP数据报

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（通过ip地址与操作子网掩码得出对应的网络号，判断网络号是否一致）
若不在同一个网络，则属于间接交付，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

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

根据IP数据报的目的地址在路由表中查找匹配的条目

• 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IP数据报并通告源主机

IP路由器工作再TCP/IP体系结构的网际层（或称IP层），TCP/IP体系结构的网际层并不负责可靠传输，也就是不能确保传输的IP分组不丢失

静态路由选择

由人工配置的网络路由、默认路由、特定主机路由、黑洞路由等都属于静态路由。
这种人工配置方式简单、开销小。但不能即使适应网络状态（流量、拓扑等）的变化

静态路由配置可能产生路由环路问题

动态路由选择

路由器通过路由选择协议自动获取路由信息

路由选择协议概述

因特网采用分层次的路由选择协议

将一部分网络和路由器划分成一个自治系统AS，将路由和路由之间简称域间路由选择，自治系统内部的路由选择简称为域内路由选择
域间路由选择使用外部网关协议EGP路由选择协议(也可叫外部路由协议ERP）
域内路由选择使用内部网关协议IGP路由选择协议（内部路由协议IRP）
因为早期RFC文档中没用路由器，而是网关这一名字，新的RFC文档中又改成了路由器
外部网关协议EGP和内部网关协议IGP只是路由选择协议的分类名称

常见的路由选择协议

• 内部网关协议IGP
  • 路由信息协议RIP
  • 内部网关路由协议IGRP
  • 增强型内部网关路由协议EIGRP
  • 开放式最短路径优先OSPF
  • 中间系统到中间系统IS-IS
• 外部网关协议EGP
  • 边界网关协议BGP
    

路由器的基本结构

路由器的核心部件是路由选择处理机，它的核心作用是根据所使用的路由选择协议，周期性的与其它的路由器进行路由信息交互来更新路由表

1.路由表一般仅包含从目的网络到下一跳的映射
2.路由表需要对网络拓扑编号的计算最优化
3.转发表是从路由表得出的
4.转发表的结构应当使查找过程最优化

路由信息协议RIP的基本工作原理

路由信息协议RIP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使用跳数作为度量来衡量到达目的网络的距离

1. 路由器到直连网络的距离定义为1.
2. 路由器到非直连网络的距离定位为所经过的路由器数加1.
3. 允许一条路径最多只能包含15个路由器。”距离“等于16时相当于不可达。因此RIP只适用于小型互联网
   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。

RIP包含以下三个要点：
1.和谁交换信息 仅和相邻路由器交换信息
2.交换什么信息 自己的路由表
3.何时交换信息 周期性交换 （例如每30秒）

RIP坏消息传递慢

开放最短路径优先OSPF的基本工作原理

OSPF是基于链路状态的，而不像RIP那样基于距离向量的
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，收敛速度块。
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）。

• ”代价“表示费用、距离、时延、带宽等等，这些都由网络管理人员来决定

边界网关协议BGP的基本工作原理

内部网关协议IGP（例如路由信息协议RIP或开放最短路径优先OSPF）
外部网关协议EGP（例如边界网关协议BGP）

在不同自治系统内，度量路由的”代价“（距离、带宽、费用等）可能不同。
因此，对于自治系统之间的路由选择，使用”代价“作为度量来寻找最佳路由是不行的
没用统一的度量，何谈最佳路由
自治系统之间的路由选择必须考虑相关策略（政治、经济、安全）

BGP是只能力求寻找一条能够到达目的的网络且比较好的路由（不能兜圈子）， 而并非要寻找一个最佳路由

在配置BGP时，每个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的”BGP发言人“
不同的BGP要交换路由信息，首先必须建立TCP连接（因此其BGP报文在TCP中），端口号为179

IPv4数据报的首部格式

网际控制报文协议ICMP

虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

网络地址转换NAT
使用私有地址的主机想给因特网上使用全球IP地址的主机发送消息