网站为什么百度搜不到,搜索引擎优化课程总结,asp评价网站开发文档,wordpress搭建环境B站视频#xff1a;计算机网络微课堂#xff08;有字幕无背景音乐版#xff09; 网址#xff1a;https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb?p61 目录4.1、网络层概述简介总结4.2、网络层提供的两种服务面向连接的虚电路服务无连接的数据报服务虚电路服务与数据报服务的… B站视频计算机网络微课堂有字幕无背景音乐版 网址https://www.bilibili.com/video/BV1c4411d7jb?p61 目录4.1、网络层概述简介总结4.2、网络层提供的两种服务面向连接的虚电路服务无连接的数据报服务虚电路服务与数据报服务的对比4.3、IPv4概述分类编制的IPv4地址简介总结划分子网的IPv4地址为什么要划分子网如何划分子网子网掩码总结无分类编址的IPv4地址为什么使用无分类编址如何使用无分类编址路由聚合构造超网总结IPv4地址的应用规划定长的子网掩码FLSMFixed Length Subnet Mask变长的子网掩码VLSMVariable Length Subnet Mask4.4、IP数据报的发送和转发过程4.5、静态路由配置及其可能产生的路由环路问题概念多种情况举例总结4.6、路由选择协议概述路由信息协议RIP开放最短路径优先OSPF边界网关协议BGP直接封装RIP、OSPF和BGP报文的协议4.7、IPv4数据报的首部格式各字段的作用总结4.8、网际控制报文协议ICMP概念ICMP差错报告报文终点不可达源点抑制时间超过参数问题改变路由重定向不应发送ICMP差错报告报文情况ICMP应用举例分组网间探测PINGPacket InterNet Groper跟踪路由traceroute总结4.9、虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT虚拟专用网VPNVirtual Private Network网络地址转换NATNetwork Address Translation总结4.1、网络层概述 简介 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 这些异构型网络N1~N7如果只是需要各自内部通信他们只要实现各自的物理层和数据链路层即可 但是如果要将这些异构型网络互连起来形成一个更大的互联网就需要实现网络层设备路由器 有时为了简单起见可以不用画出这些网络图中N1~N7而将他们看做是一条链路即可 要实现网络层任务需要解决一下主要问题 网络层向运输层提供怎样的服务“可靠传输”还是“不可靠传输” 在数据链路层那课讲过的可靠传输详情可以看那边的笔记网络层对以下的分组丢失、分组失序、分组重复的传输错误采取措施使得接收方能正确接受发送方发送的数据就是可靠传输反之如果什么措施也不采取则是不可靠传输 网络层寻址问题 路由选择问题 路由器收到数据后是依据什么来决定将数据包从自己的哪个接口转发出去 依据数据包的目的地址和路由器中的路由表 但在实际当中路由器是怎样知道这些路由记录 由用户或网络管理员进行人工配置这种方法只适用于规模较小且网络拓扑不改变的小型互联网另一种是实现各种路由选择协议由路由器执行路由选择协议中所规定的路由选择算法而自动得出路由表中的路有记录这种方法更适合规模较大且网络拓扑经常改变的大型互联网 补充 网络层网际层除了 IP协议外还有之前介绍过的地址解析协议ARP还有网际控制报文协议ICMP网际组管理协议IGMP 总结 4.2、网络层提供的两种服务 在计算机网络领域网络层应该向运输层提供怎样的服务“面向连接”还是“无连接”曾引起了长期的争论。争论焦点的实质就是在计算机通信中可靠交付应当由谁来负责是网络还是端系统 面向连接的虚电路服务 一种观点让网络负责可靠交付 这种观点认为应借助于电信网的成功经验让网络负责可靠交付计算机网络应模仿电信网络使用面向连接的通信方式。通信之前先建立虚电路 (Virtual Circuit)以保证双方通信所需的一切网络资源。如果再使用可靠传输的网络协议就可使所发送的分组无差错按序到达终点不丢失、不重复。 发送方 发送给 接收方 的所有分组都沿着同一条虚电路传送 虚电路表示这只是一条逻辑上的连接分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送而并不是真正建立了一条物理连接。请注意电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似但并不完全一样 无连接的数据报服务 另一种观点网络提供数据报服务 互联网的先驱者提出了一种崭新的网络设计思路。网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组即 IP 数据报独立发送与其前后的分组无关不进行编号。网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序不按序到达终点当然也不保证分组传送的时限。 发送方 发送给 接收方 的分组可能沿着不同路径传送 尽最大努力交付 如果主机即端系统中的进程之间的通信需要是可靠的那么就由网络的主机中的运输层负责可靠交付包括差错处理、流量控制等 。采用这种设计思路的好处是网络的造价大大降低运行方式灵活能够适应多种应用。互连网能够发展到今日的规模充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。 虚电路服务与数据报服务的对比 对比的方面虚电路服务数据报服务思路可靠通信应当由网络来保证可靠通信应当由用户主机来保证连接的建立必须有不需要终点地址仅在连接建立阶段使用每个分组使用短的虚电路号每个分组都有终点的完整地址分组的转发属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发每个分组独立选择路由进行转发当结点出故障时所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作出故障的结点可能会丢失分组一些路由可能会发生变化分组的顺序总是按发送顺序到达终点到达终点时不一定按发送顺序端到端的差错处理和流量控制可以由网络负责也可以由用户主机负责由用户主机负责4.3、IPv4 概述 分类编制的IPv4地址 简介 每一类地址都由两个固定长度的字段组成其中一个字段是网络号 net-id它标志主机或路由器所连接到的网络而另一个字段则是主机号 host-id它标志该主机或路由器。主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。由此可见一个 IP 地址在整个互联网范围内是唯一的。 A类地址 B类地址 C类地址 练习 总结 IP 地址的指派范围 一般不使用的特殊的 IP 地址 IP 地址的一些重要特点 (1) IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是 第一IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。第二路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组而不考虑目的主机号这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少从而减小了路由表所占的存储空间。 (2) 实际上 IP 地址是标志一个主机或路由器和一条链路的接口。 当一个主机同时连接到两个网络上时该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机 (multihomed host)。由于一个路由器至少应当连接到两个网络这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。 (3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。 (4) 所有分配到网络号 net-id 的网络无论是范围很小的局域网还是可能覆盖很大地理范围的广域网都是平等的。 划分子网的IPv4地址 为什么要划分子网 在 ARPANET 的早期IP 地址的设计确实不够合理 IP 地址空间的利用率有时很低。给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。两级的 IP 地址不够灵活。 如果想要将原来的网络划分成三个独立的网路 所以是否可以从主机号部分借用一部分作为子网号 但是如果未在图中标记子网号部分那么我们和计算机又如何知道分类地址中主机号有多少比特被用作子网号了呢 所以就有了划分子网的工具子网掩码 从 1985 年起在 IP 地址中又增加了一个“子网号字段”使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址。这种做法叫做划分子网 (subnetting) 。划分子网已成为互联网的正式标准协议。 如何划分子网 基本思路 划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的 IP 数据报仍然是根据 IP 数据报的目的网络号 net-id先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到 IP 数据报后再按目的网络号 net-id 和子网号 subnet-id 找到目的子网。最后就将 IP 数据报直接交付目的主机。 划分为三个子网后对外仍是一个网络 优点 减少了 IP 地址的浪费使网络的组织更加灵活更便于维护和管理 划分子网纯属一个单位内部的事情对外部网络透明对外仍然表现为没有划分子网的一个网络。 子网掩码 (IP 地址) AND (子网掩码) 网络地址 重要下面很多相关知识都会用到 举例 例子1 例子2 默认子网掩码 总结 子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。路由器在和相邻路由器交换路由信息时必须把自己所在网络或子网的子网掩码告诉相邻路由器。路由器的路由表中的每一个项目除了要给出目的网络地址外还必须同时给出该网络的子网掩码。若一个路由器连接在两个子网上就拥有两个网络地址和两个子网掩码。 无分类编址的IPv4地址 为什么使用无分类编址 无分类域间路由选择 CIDR (Classless Inter-Domain Routing)。 CIDR 最主要的特点 CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。IP 地址从三级编址使用子网掩码又回到了两级编址。 如何使用无分类编址 举例 路由聚合构造超网 总结 IPv4地址的应用规划 给定一个IPv4地址快如何将其划分成几个更小的地址块并将这些地址块分配给互联网中不同网络进而可以给各网络中的主机和路由器接口分配IPv4地址 定长的子网掩码FLSMFixed Length Subnet Mask 划分子网的IPv4就是定长的子网掩码 举例 通过上面步骤分析就可以从子网18中任选5个分配给左图中的N1N5 采用定长的子网掩码划分只能划分出2^n个子网其中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 但是也因为每个子网所分配的IP地址数量相同不够灵活容易造成IP地址的浪费 变长的子网掩码VLSMVariable Length Subnet Mask 无分类编址的IPv4就是变长的子网掩码 举例 4.4、IP数据报的发送和转发过程 举例 源主机如何知道目的主机是否与自己在同一个网络中是直接交付还是间接交付 可以通过目的地址IP和源地址的子网掩码进行逻辑与运算得到目的网络地址 如果目的网络地址和源网络地址 相同就是在同一个网络中属于直接交付如果目的网络地址和源网络地址 不相同就不在同一个网络中属于间接交付传输给主机所在网络的默认网关路由器——下图会讲解,由默认网关帮忙转发 主机C如何知道路由器R的存在 用户为了让本网络中的主机能和其他网络中的主机进行通信就必须给其指定本网络的一个路由器的接口由该路由器帮忙进行转发所指定的路由器也被称为默认网关 例如。路由器的接口0的IP地址192.168.0.128做为左边网络的默认网关 主机A会将该IP数据报传输给自己的默认网关也就是图中所示的路由器接口0 路由器收到IP数据报后如何转发 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吓一跳若找不到则丢弃该数据报并通告源主机 假设IP数据报首部没有出错路由器取出IP数据报首部各地址字段的值 接下来路由器对该IP数据报进行查表转发 逐条检查路由条目将目的地址与路由条目中的地址掩码进行逻辑与运算得到目的网络地址然后与路由条目中的目的网络进行比较如果相同则这条路由条目就是匹配的路由条目按照它的下一条指示图中所示的也就是接口1转发该IP数据报 路由器是隔离广播域的 4.5、静态路由配置及其可能产生的路由环路问题 概念 多种情况举例 静态路由配置 举例 默认路由 举例 默认路由可以被所有网络匹配但路由匹配有优先级默认路由是优先级最低的 特定主机路由 举例 有时候我们可以给路由器添加针对某个主机的特定主机路由条目 一般用于网络管理人员对网络的管理和测试 多条路由可选匹配路由最具体的 静态路由配置错误导致路由环路 举例 假设将R2的路由表中第三条目录配置错了下一跳 这导致R2和R3之间产生了路由环路 聚合了不存在的网络而导致路由环路 举例 正常情况 错误情况 解决方法 黑洞路由的下一跳为null0这是路由器内部的虚拟接口IP数据报进入它后就被丢弃 网络故障而导致路由环路 举例 解决方法 添加故障的网络为黑洞路由 假设。一段时间后故障网络恢复了 R1又自动地得出了其接口0的直连网络的路由条目 针对该网络的黑洞网络会自动失效 如果又故障 则生效该网络的黑洞网络 总结 4.6、路由选择协议 概述 因特网所采用的路由选择协议的主要特点 因特网采用分层次的路由选择协议 自治系统 AS在单一的技术管理下的一组路由器而这些路由器使用一种 AS 内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该 AS 内的路由同时还使用一种 AS 之间的路由选择协议用以确定分组在 AS之间的路由。 自治系统之间的路由选择简称为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这个类别的路由选择协议 域内路由选择使用内部网关协议IGP这个类别的路由选择协议 网关协议的名称可称为路由协议 常见的路由选择协议 路由器的基本结构 路由器是一种具有多个输入端口和输出端口的专用计算机其任务是转发分组 路由器结构可划分为两大部分 1、分组转发部分 由三部分构成 交换结构 一组输入端口 信号从某个输入端口进入路由器 物理层将信号转换成比特流送交数据链路层处理 数据链路层识别从比特流中识别出帧去掉帧头和帧尾后送交网络层处理 如果送交网络层的分组是普通待转发的数据分组 则根据分组首部中的目的地址进行查表转发 若找不到匹配的转发条目则丢弃该分组否则按照匹配条目中所指示的端口进行转发 一组输出端口 网络层更新数据分组首部中某些字段的值例如将数据分组的生存时间减1然后送交数据链路层进行封装 数据链路层将数据分组封装成帧交给物理层处理 物理层将帧看成比特流将其变换成相应的电信号进行发送 路由器的各端口还会有输入缓冲区和输出缓冲区 输入缓冲区用来暂存新进入路由器但还来不及处理的分组 输出缓冲区用来暂存已经处理完毕但还来不及发送的分组 路由器的端口一般都具有输入和输出功能这些实例分出了输入端口和输出端口是更好演示路由基本工作过程 2、路由选择部分 路由选择部分的核心构件是路由选择处理机它的任务是根据所使用的路由选择协议。周期性地与其他路由器 进行路由信息的交互来更新路由表 如果送交给输入端口的网络层的分组是路由器之间交换路由信息的路由报文则把这种分组送交给路由选择处理机 路由选择处理机根据分组的内容来更新自己的路由表 路由选择处理机还会周期性地给其他路由器发送自己所知道的路由信息 路由信息协议RIP RIP的基本工作过程 举例 RIP的路由条目的更新规则 举例1 路由器C的表到达各目的网络的下一条都记为问号可以理解为路由器D并不需要关心路由器C的这些内容 假设路由器C的RIP更新报文发送周期到了则路由器C将自己路由表中的相关路由信息封装到RIP更新报文中发送给路由器D 路由器C能到达这些网络说明路由器C的相邻路由器也能到达只是比路由器C的距离大1于是根据距离的对比路由器D更新自己的路由表 举例2 RIP存在“坏消息传播得慢”的问题 解决方法 但是这些方法也不能完全解决“坏消息传播得慢”的问题这是距离向量的本质决定 总结 RIP 协议的优缺点 优点 实现简单开销较小。 缺点 RIP 限制了网络的规模它能使用的最大距离为 1516 表示不可达。 路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表因而随着网络规模的扩大开销也就增加。 “坏消息传播得慢”使更新过程的收敛时间过长。 开放最短路径优先OSPF 开放最短路径优先 OSPF (Open Shortest Path First) 注意OSPF 只是一个协议的名字它并不表示其他的路由选择协议不是“最短路径优先”。 概念 问候Hello分组 IP数据报首部中协议号字段的取值应为89来表明IP数据报的数据载荷为OSPF分组 发送链路状态通告LSA 洪泛法有点类似于广播就是从一个接口进来从其他剩余所有接口出去 链路状态数据库同步 使用SPF算法计算出各自路由器到达其他路由器的最短路径 OSPF五种分组类型 OSPF的基本工作过程 OSPF在多点接入网络中路由器邻居关系建立 如果不采用其他机制将会产生大量的多播分组 若DR出现问题则由BDR顶替DR 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 在该自治系统内所有路由器都使用OSPF协议OSPF将该自治系统再划分成4个更小的区域 每个区域都有一个32比特的区域标识符 主干区域的区域标识符必须为0主干区域用于连通其他区域 其他区域的区域标识符不能为0且不相同 每个区域一般不应包含路由器超过200个 划分区域的好处就是利用洪泛法交换链路状态信息局限于每一个区域而不是自治系统这样减少整个网络上的通信量 总结 边界网关协议BGP BGPBorder Gateway Protocol 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议 总结 直接封装RIP、OSPF和BGP报文的协议 4.7、IPv4数据报的首部格式 各字段的作用 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。首部的前一部分是固定长度共 20 字节是所有 IP 数据报必须具有的。在首部的固定部分的后面是一些可选字段其长度是可变的。 图中的每一行都由32个比特也就是4个字节构成每个小格子称为字段或者域每个字段或某些字段的组合用来表达IP协议的相关功能 IP数据报的首部长度一定是4字节的整数倍 因为首部中的可选字段的长度从1个字节到40个字节不等那么当20字节的固定部分加上1到40个字节长度不等的可变部分会造成首部长度不是4字节整数倍时就用取值为全0的填充字段填充相应个字节以确保IP数据报的首部长度是4字节的整数倍 对IPv4数据报进行分片 ​ 现在假定分片2的IP数据报经过某个网络时还需要进行分片 总结 4.8、网际控制报文协议ICMP 概念 架构IP网络时需要特别注意两点 确认网络是否正常工作遇到异常时进行问题诊断 而ICMP就是实现这些问题的协议 ICMP的主要功能包括 确认IP包是否成功送达目标地址通知在发送过程当中IP包被废弃的具体原因改善网络设置等 有了这些功能以后就可以获得网络是否正常设置是否有误以及设备有何异常等信息从而便于进行网络上的问题诊断 ICMP 不是高层协议看起来好像是高层协议因为 ICMP 报文是装在 IP 数据报中作为其中的数据部分而是 IP 层的协议 ICMP 报文的格式 ICMP差错报告报文 终点不可达 源点抑制 时间超过 参数问题 改变路由重定向 不应发送ICMP差错报告报文情况 ICMP应用举例 分组网间探测PINGPacket InterNet Groper 跟踪路由traceroute tracert命令的实现原理 总结 4.9、虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT 虚拟专用网VPNVirtual Private Network 由于 IP 地址的紧缺一个机构能够申请到的IP地址数往往远小于本机构所拥有的主机数。考虑到互联网并不很安全一个机构内也并不需要把所有的主机接入到外部的互联网。假定在一个机构内部的计算机通信也是采用 TCP/IP 协议那么从原则上讲对于这些仅在机构内部使用的计算机就可以由本机构自行分配其 IP 地址。 上图是因特网数字分配机构IANA官网查看IPv4地址空间中特殊地址的分配方案 用粉红色标出来的地址就是无需申请的、可自由分配的专用地址或称私有地址 私有地址只能用于一个机构的内部通信而不能用于和因特网上的主机通信 私有地址只能用作本地地址而不能用作全球地址 因特网中所有路由器对目的地址是私有地址的IP数据报一律不进行转发 本地地址与全球地址 本地地址——仅在机构内部使用的 IP 地址可以由本机构自行分配而不需要向互联网的管理机构申请。全球地址——全球唯一的 IP 地址必须向互联网的管理机构申请。问题在内部使用的本地地址就有可能和互联网中某个 IP 地址重合这样就会出现地址的二义性问题。 所以部门A和部门B至少需要一个 路由器具有合法的全球IP地址这样各自的专用网才能利用公用的因特网进行通信 部门A向部门B发送数据流程 两个专用网内的主机间发送的数据报是通过了公用的因特网但在效果上就好像是在本机构的专用网上传送一样 数据报在因特网中可能要经过多个网络和路由器但从逻辑上看R1和R2之间好像是一条直通的点对点链路 因此也被称为IP隧道技术 网络地址转换NATNetwork Address Translation 举例 使用私有地址的主机如何才能与因特网上使用全球IP地址的主机进行通信 这需要在专用网络连接到因特网的路由器上安装NAT软件 专有NAT软件的路由器叫做NAT路由器 它至少有一个有效的外部全球IP地址 这样所有使用私有地址的主机在和外界通信时都要在NAT路由器上将其私有地址转换为全球IP地址 假设使用私有地址的主机要给因特网上使用全球IP地址的另一台主机发送IP数据报 因特网上的这台主机给源主机发回数据报 当专用网中的这两台使用私有地址的主机都要给因特网使用全球地址的另一台主机发送数据报时在NAT路由器的NAT转换表中就会产生两条记录分别记录两个私有地址与全球地址的对应关系 这种基本转换存在一个问题 解决方法 我们现在用的很多家用路由器都是这种NART路由器 内网主机与外网主机的通信是否能由外网主机首先发起 否定 总结