计算机网络复习总结武汉大学

计算机网络复习总结武汉大学内容摘要：

响，使各个网络能够按照自己的方式正常运行  目前，网络互联最普遍、规模最大、影响最大的是互联网（ Inter）。  互联网对联入网络的最基本要求是网络运行采用 TCP/IP 协议，即在网络层、传输层处理方式相同。 网络互连设备 1. 物理层互连设备 通常称为转发器 (Repeater)，主要以比特的形式转发数据包。 将数据包以比特的形式从一种介质转换到另一种介质或从一段介质转换到相同的另一段介质。 物理层的互连设备主要有中继器和集线器。 2. 数据链路层互连设备 通常称为桥接器。 数据链路层的桥接设备以数据帧为单位进行数据转 发。 它可以将从一条链路上收到的数据帧，经检查链路层协议的帧头后传送到另一条链路上。 数据链路层上实现互连的设备主要有网桥和交换机。 3. 网络层互连设备 通常称为路由器。 网络层互连主要解决路由选择、拥塞控制、差错处理和分段等技术问题。 4. 高层互连设备 在网络层以上各层间进行的互连一般统称为高层互连，实现高层互连的设备统称为网关和应用网关。 网关的主要作用是协议翻译。 5. 互连起来的网络可以看成一个整体，称为虚拟互连网络，即逻辑上可以彼此异构，但从网络层来看好象是一个整体。 计算机通过这个网连接截起来。 3 两种地址 IP 地址是逻辑地址，是网络层地址。 路由器仅根据 IP 地址的网络号进行路由选择。 MAC 帧中的源地址和目的地址都是物理地址，是数据链路层地址。 真正通信仍需依据物理地址 (MAC 地址 )。 物理地址是与具体硬件相关联的，只有使用物理 地址才能将数据数据传输到设备上。 4 地址解析：由 IP 地址转换 (映射 )为 MAC 地址的过程。 对应的协议称为地址解析协议 (ARP协议） 5 反向地址解析：由 MAC 地址转换 (映射 )为 IP 地址的过程。 对应的协议称为反向地址解析协议 (RARP 协议 )。 6 解析方法 地址解析： 每台设备实际发出的是比特化了 的帧。  帧：网络层数据包 +MAC 地址 +其他的帧控制信息  MAC 地址：源 MAC 地址 +目的 MAC 地址  数据链路层组帧时必须知道下一个节点的 MAC 地址  主机中有 ARP 表记录本局域网中的部分计算机和路由器的 IP 地址和 MAC 地址  若表中没有目的主机记录，主机向网络广播带有目的主机 IP 地址的 ARP 数据包。 目的主机向源返回带有目的主机 MAC 地址的 ARP 数据包。  源主机在 ARP 表中记录目的主机的 IP 地址和 MAC 地址  源主机定期清理 ARP 表，删除长期不用的项目，确保 ARP 表不太庞大。 拟地址解析  无盘工作站，拨号上网没 有自己固定的 IP 地址。  上网的主机必须拥有一个 IP 地址，否则，其他主机无法向该主机发送数据。  无固定 IP 地址的计算机，登录时，向管理该网络的服务器申请 IP 地址；服务器寻找一个空闲的 IP 地址分配给该主机，直到该计算机退出登录，才收回该 IP 地址，以供其他登录计算机使用。  向服务器发出一个 RARP 请求数据包，并在此数据包中给出自身的物理地址。  RARP 服务器存放一个事先制作的从无盘工作站的物理地址到 IP 地址的映射表，当收到 RARP 请求分组后， RARP 服务器就从这个映射表选一个没有使用的 IP 地址，写入 RARP 响应分 组，发回给无盘工作站。 7 ICMP 协议 ICMP 是一种差错控制报文协议，属于网络层 它能检查并报告网络上存在的一些基本差错，并在一定程度上指出错误原因 可以让一个路由器向其他路由器或主机发送差错或控制报文，提供网络中发生的最新情况 它为网络中多台主机的 Inter 协议软件之间提供了一种通信方式。 ICMP 报文类型：差错报告报文和控制报文 ICMP 报文的传输：将报文装入 IP 报文数据区，利用 IP 报文进行传输 8 IP 地址 定义： IP 地址是为每个网络连接（网卡）分配一个在全世界范围内惟一的标识。 作用： 表现 形式： 报文头中的源 IP 地址、宿 IP 地址分别表示源主机、目的主机的 IP 逻辑地址。 IP 地址长度为 32比特，由网络号、主机号组成，为了方便记忆，将 32 比特分成四个字节、每个字节用一个十进制数表示，十进制数之间用圆点分割，它是 IP 地址的十进制表示。 如172. 16. 122. 204 分类： 按 32 位 IP 地址基本格式的第一个字节的前几位将 IP 地址分为 A、 B、 C、 D 和 E 五类地址。 IP 地 址类 格式 目标 最高位 地址范围 网络位 /主机位 最大 主机数 保留地址 A N,H,H,H 较大组织 0 ～ 7/24 16777214 B N,N,H,H 中型组织 1,0 ～ 14/16 65534 C N,N,N,H 相对小的 组织 1,1,0 ～ 21/8 254 D N/A 多广播组 1,1,1,0 ～ N/A N/A E N/A 高级 1,1,1,1 ～ N/A N/A 特殊的 IP 地址： 广播地址 1. 主机地址部分全为“ 1‖的地址是广播地址，将向指定网络的所有主机发数据。 2. IP 地址全为“ 1‖的地址（ )是有限广播地址，将向本网络的所有主机发数据。  ―零 ‖地址 1. 主机号为“ 0‖的 IP 地址表示该网络本身。 2. 网络号为“ 0‖的 IP 地址表示本网络上的某台主机。 3. ―‖ 代表本主机自己。  回送地址 任何一 个以数字 127 开头的 IP 地址。 当任何程序用回送地址作为目的地址时，计算机上的协议软件不会把该数据报向网络上发送，而是把数据直接返回给本主机。 子网  在一个网络内部，将本网络划分成若干小规模的网络，称为子网络 (或子网 )。  子网络效率更高，更好管理。  子网是通过对主机号空间进行划分实现的 划分子网的方法 从网络的主机号借用若干位作为子网号 subid，当然主机号也就相应减少了同样的位数，于是两级 IP 地址在本单位内部就转换成了三级 IP 地址：网络号 子网号 主机号。 9 IP 数据包 IP 数据 报  格式，首部 大小，个字段含义、作用 4 4 8 16 版本 头部长度 服务类别 数据报长度 20字节 IP报文头 标识 标志 段偏移 生存时间 协议 头部校验和 源 IP 地址 宿 IP 地址 任选项 (0/多项 ) 填充项 数据 (可变长度 ) … 数据项是上层所交付的要传递的数据，最大长度为 65535 个字节 个字段含义  版本号 ： VERS  分组长度（ HLEN）：报文头部的字数（字长 =32bits）  业务 类型（ Type of Service）：分组的处理方式  总长度（ Total Length）：分组头部和数据的总长度（字节数）  标识（ Identification）、标记（ Flags）、片偏移（ Frag Offset）：对分组进行 分片，以便允许网上不同 MTU 时能进行传送  生存时间（ TTL）：规定分组在网上传送的最长时间（秒），防止分组无休止地要求网络搜寻不存在的目的地址；  协议（ Protocol）：发送分组的上层协议号（ TCP= 6， UDP=17） 校验和（ Header Checksum）：分组头校验和  源和目 IP 地址（ Source and Destination IP Address）：标识网络中端设备的 IP 地址  IP 选项（ IP Options）：网络测试、调试、保密及其他  数据（ Data）：上层协议数据 10 IP 数据包转发流程 11 路由器  定义： 互联网的标准组件，实现网络互联的硬件设备。  类似于网桥，有处理器和内存，用端口与每个网络相连，根据表信息做决定。 作用： 路由器的两大工作：将报文正确发送到下一个路由器；与其他路由器交换路由信息，更新路由表。 前者是目的，后者为前者服务。 后者是路由器量最大的工作 路由器种类  路由分类是根据路由表的填写方式确定的 1. 默认路由：通向路由器不知道的目的地的通信量将被送到这个默认出口。 2. 静态路由：人为规定的两主机通信路径。 可能不是最佳 3. 动态路由：通过路由协议动态建立和更新路由表的配置方法。 可以动态适应网络拓扑结构的变化，并寻找到目的地的最佳路径。 4. 静态路由表是固定不变的。 动态路由表随着网络状态的变化，根据路由算法定期改变，以保证路径始终最佳。 12 几种静态路由算法  洪泛法 路由器从某条输入链路收到一个不是发给它的分组时，就向除原输入链路外的所有输出链路转发该分组。  固定路由法 路由器保存一张路由表，表中的每一项都记录着对应某个目的路由器以及下一步应选择 的邻接路由器。 当一个分组到达时，依据该分组所携带的地址信息，从路由表中找到对应的目的路由器及所选择的邻接路由器将此分组发送出去。  分散通信量法 路由器内设置一个路由表，该路由表中给出几个可供采用的输出链路，并且对每条链路赋予一个概率。 当一个分组到达该路由器时，路由器即产生一个从 到 的随机数，然后选择概率最接近随机数的输出链路。  随机走动法 路由器随机地选择一条链路作为转发的路由。 对于路由器或链路 可能发生的故障，随机走动法非常有效，它使得路由算法具有较好的稳健性。 13 动态路由算法  距离向量算法（ VD路由算法） 1. 该算法要求路由器之间周期性地交换信息 2. 交换信息中包括一张向量表，记录了所有其他路由器到达本路由器的“距离” 3. “ 距离 ” 的度量是 “ 跳步数 ” 或延迟，规定相邻路由器之间的 “ 跳步数 ” 为 1。 “距离”表示的是一种传送代价。 4. 每个路由器维护一张表，表中记录了到达目的地的各种路由选择以及相应的距离。 给出了到达每个目的地的已知最佳距离 D(i,j)和最佳线路 k，通过与邻接路由器交换信息来更新表。 5. 节点 i：路由 器自身；节点 j：目的节点；节点 k：节点 i 的相邻节点。 6. D(i,j)=min(d(i,k)+D(k,j))。 d(i,k)相邻节点距离，通过与邻接路由器交换信息得到。 7. 节点 i 通过交换信息得知节点 k出故障， d(i,k)=∞, 通过重新计算 D’(i,j) ，找到新的最佳线路 s，改变表中记录为 D’(i,j) ， s。 8. 节点 k 的相邻节点出故障导致 D(k,j)改变，重新计算 D’(i,j) ，有两种可能结果：找到新的最佳线路 s，改变表中记录为 D’(i,j) ， s； k仍为最佳线路，改变表中记录为 D’(i,j) ， k。 慢收敛问题：好消 息传播快，坏消息传播慢 水平分割法解决慢收敛 特殊规定：如果 C 通过 B 与 A 相连，则 C 向 B 报告与 A 的距离为 ∞， C 向其他路由器报告与 A的距离仍为 2。 即每个路由器准备两套报告方案。 对 C 而言，情况如图所示 LS 算法：  VS 算法的缺陷在于每个路由器不知道全网的状态链路状态算法（ LS 算法）解决了这个问题。  LS 算法 基本思想：通过节点之间的路由信息交换，每个节点可获得关于全网的拓扑信息，得知网中所有的节点、各节点间的链路连接和各条链路的代价 (时延、费用等 )，将这些拓扑信息抽象成一张带权无向图，在需要传数 据时，利用最短通路路由选择算法 (Dijkstra 算法 )计算出到达各个目的节点的最短通路。  发现相邻路由器 通过向邻居发问候（ hello）报文，从应答报文可知道相邻路由器  测量距离 通过向相邻路由器发回应（ echo）报文，计算延迟时间  构造链路状态报文 根据相邻路由器的延迟，构造链路状态报文  广播链路状态报文 每个路由器利用洪泛法向外界广播。 广播的问题是产生大量重复报文，必须想办法消除。 每个路由器收到别的路由器发来的链路状态报文，将两个序号进行比较，新到的报文序号小于等于保留的序号，说明是重 复报文，丢弃；否则，向外广播。  计算新路由 每个路由器都可以获得其它路由器发出的链路状态报文，每个路由器都可以据此构造出网络拓扑图。 根据网络拓扑图，利用最短路径算法（ Dijkstra）算出所有目的路由器最短路径，建立新的路由表。  每个路由器用问候（ hello）报文和回应（ echo）报文定期（ 10 秒）访问相邻路由器。 若 40 秒钟未收到相邻路由器用问候报文，则认为该路由器不可达，修改链路状态。  任何路由器发现链路状态有变化，才向外发广播 IP 地址  定义，作用，表现形式，分类。