计算机网络复习资料下

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1、计算机网络总结笔记 (下) 这部分包括网络层，链路层、物理层（未完成）和无线网络。最后给出一个总体概括和中英对照表。-D.网络层-网络层的功能就是将分组从一台发送主机送到接收主机。需要三种功能：转发，选路和建立连接。而网络层应当 提供的服务包括：确保交付，即数据可以到达目的地；确保交付具有时延上界，即数据交付可以确保不超过某个 时延值。如果要传输分组，网络层还必须具有：有序分组交付，确保最小带宽，确保最大延时抖动，安全服务。 因特网的网络层协议 IP 是一种尽力而为服务。其它类型的网络层服务例如异步传输模型，即 ATM，比较重要的 是恒定比特率 ATM(CBR)和可用比特率 ATM(ABR)。

2、网络层也提供面向连接和无连接的服务，且在一个体系中只 提供一种。提供前者的称作虚电路(VC)网络，提供后者的称作数据报网络。Internet 网络层是数据报网络。一条 VC 组成为：源和目的之间的路径（一系列链路和路由） ，沿路径上每段链路的号码(称作 VC 号)，沿每个路 由的转发表项。一个属于 VC 的分组将在首部中携带一个 VC 号，之后每到达一个路由，路由都用转发表项中的 索引值替换 VC 号，从而将分组发到下一条链路上。端系统向网络发送的虚电路启动和终止报文以及路由之间传 递的 VC 建立报文称作信令报文，对应信令协议。在数据报网络中，报文只存储目的地的 IP 地址，而在经过一个路由

3、的时候，路由通过研究该目的地址在自己的 分组表的哪个范围，将该分组发往相应的链路。为此路由将存储一个前缀转发表，并用目的地址和前缀表进行最 长前缀匹配，详细内容看课本。数据报网络中，转发表还可以实时更新。-路由工作原理-路由包括输入端口，交换结构，输出端口和选路处理器四个部分。输入端口首先有线路端接功能，随后是数据链路处理，这两部分实现了通向路由的各个物理链路相关的物理层和 数据链路层，之后的查找转发排队模块将运用转发表判断分组将发往哪条输出链路，将查表成功后的分组排队， 之后队列中的分组交给路由的交换结构。交换结构是路由的核心，三种基本的交换技术是内存交换，总线交换和互联网络交换，最后一种也

4、是现在常用的 方法。输出端口 结构和输入端正好相反，交换后的分组进入缓存排队，之后通过数据链路层处理发往线路端。因为输入 输出都有队列占用路由器缓存，如果队列太长就会耗尽缓存出现丢包。从两方面解决这个问题：加大缓存和加大 速度。定义交换结构速率为交换结构移动分组的速率，那么，对于一个 n 输入 n 输出的路由，交换结构速率必须 至少是输入速率的 n 倍才能够规避拥塞丢包。对于缓存容量 B，公式是 BRTT*C/根号 N，其中 C 是链路容量， N 是较大 TCP 流流量。 同样，输出队列的分组调度程序需要考虑队列中分组的传送规则，从而提供服务质量保 证。这将在后面章节中讨论。如果缓存不够，可以

5、选择丢弃新进入的分组（弃尾策略）或者删除已有分组。而在 缓存满之前向发送方提供一个拥塞信号的做法称作主动队列管理(AQM),随机早期检测(RED)是常用的 AQM。 如果是输入队列阻塞称作线路前部(HOL)阻塞。-网络层-网络层分组也就是数据包的格式包括：版本号(4),首部长度(4), 服务类型(8，简称 TOS，规定不同的数据报类型), 数据报长度(16)组成第一个 32bit，标识、标志、片偏移组成第二个 32bit， 寿命(8,Time-to-live,TTL，每经过一个 路由该值减 1，TTL 为 0 时该数据包丢弃),协议(8,指定接收方的上层协议), 首部校验和组成第三个 32bi

6、t，之后是各 32bit 的源和目标 IP，选项内容和数据。因为链路层协议不一定能承载网络层分组，如果将链路层帧可以承载的最大数据量称作最大传输单元 MTU，为了 传输大的 IP 分组，需要进行 IP 数据报分片。发送方负责给数据报加上标识，路由器在需要拆分一个大数据报时， 为拆分出来的每个片加上片偏移和标志，如果该片是最后一片标志为 0，否则为 1. 接收方收到一组带有同一标识 的片后，按照片偏移组装。-IPV4-IP 是 32 位二进制并每八位写成一个十进制，最大的 IP 就是 255.255.255.255，Internet 中每台主机和路由必须由 全球唯一的 IP。此外，如果有若干主机

7、处在一个没有路由器的网络中互联，这时候加入一条连向路由器端口的链 路就能形成一个子网。比如子网中三台机器是 223.1.1.1,223.1.1.2, 223.1.1.3, 路由端口是 223.1.1.4 那么 IP 编址为 该子网分配的地址就是 223.1.1.0/24，表示 IP 的前 24 字节定义了子网地址，这种/24 的记法称作子网掩码。 Internet 的地址分配策略称作无类别域间选路(CIDR)，首先，组织从 ISP 处获得一个 IP 地址块，最顶级的 IP 地址 分配商就是 ICANN。随后，组织一般通过动态主机配置协议 DHCP 为组织网络中的主机和路由端口分配 IP。DHC

8、P 是一种即插即用协议，下面简单讨论一下 DHCP 协议的步骤。新加入网络的主机首先要发现一个与之交互的 DHCP 服务器，通过在 UDP 分组中向 67 端口发送 DHCP 发现报 文，使用目的地址 255.255.255.255 和源地址 0.0.0.0，这两个特殊 IP 分别代表向全网络广播报文和本主机地址。 这样这个报文就发给了全网络。DHCP 服务器收到一个发现报文时，用一个 DHCP 提供报文响应，目的地址同样 是 255.255.255.255 全网广播，该提供报文中包括发现报文的事物 ID，推荐 IP 和网络掩码以及 IP 地址租用期。客 户机收到后从网络的服务器中选择一个并用

9、 DHCP 请求报文对响应服务器响应，相应服务器用 DHCP ACK 报文 确认信息，这样客户机终于得到了一个 IP。NAT 技术，即网络地址转换技术是一种广泛应用的简单地址分配法。NAT 服务器对于外网相当于一个设备，拥 有一个单一 IP，他接收所有内网数据，并用唯一 IP 发送，收到的数据通过路由上的 NAT 转换表发往内网特定设 备。这可以有效缓解地址分配压力。但是 NAT 因为不能让外网直接到达内网设备，由 UPnP 协议提供 NAT 穿越。 该协议能让应用程序在专用 IP、专用端口 和公共 IP、公共端口（也就是 NAT 路由的 IP 和端口）间建立映射， 应用就可以将公共 IP、公

10、共端口用来对外宣告，而将外部数据通过 NAT 接收。就像 NAT 上开了一个洞口，穿过 洞口的信息都被该程序接收，而外界认为这个洞口就是该程序。这就是 NAT 穿越技术。-IPV6-数据报格式：版本号(4), 流量类型(8), 流标签(24)组成第一个 32bit，有效载荷长度(16), 下一首部(8), 跳限制(8)组 成第二个 32bit，之后是 128bit 的源地址和目的地址，最后是数据段。其中，流量类型类似 IPV4 的 TOS，表明流 类型，流标签用于标识一个数据报的流。有效载荷长度表示该报文后面的数据长，下一个首部字段指明数据报内 容交付给什么运输层协议，类似 IPV4 中的协议

11、字段，跳限制类似于 TTL。其不同之处在于，首先不允许在路由器分片组装，分片工作都在端系统完成。路由如果收到大于链路容量的数据 报将返回过大 ICMP 报文。此外因为运输层有首部校验，IPV6 取消了首部校验和，选项也被移到了对应的运输层 协议中。 -选路算法-因为主机肯定与一台路由器直接相连，称作默认路由或第一跳路由或默认网关，从源路由到目的路由之间我们总 希望得到一条最短路。算法有全局选路算法和分布式选路算法。选路算法如果按照算法的态来分可以分为静态和 动态选路算法。按照负载敏感还是负载迟钝分为负载敏感算法和迟钝算法。这些概念在后面说明。链路状态选路算法 LS 中，网络拓扑和所有链路的费用

12、已知，这样就可以用图论中的 Prim 和 Dijkstra 算法计算最 短路距离向量选路算法 DV 则是迭代异步分布式算法。详细算法看课本。相比起来，LS 算法收敛速度快，健壮性高， 但是 DV 算法的报文复杂度低。在实践中，因为路由网络规模巨大， 而且有组织网络管理者期望管理自治，一般将路由器组织到自治系统(AS)中。 一个 AS 中的路由都执行同一种选路算法，称作自治系统内部选路协议。AS 中还有数台路由负责向 AS 外部转发 分组，称作网关路由。对于网关路由来说，和他相连的外部 AS 路由当然也是网关路由。为了能够将数据转发到 正确的 AS，一个网关路由必须知道和他相连的每个网关路由可以

13、到达的路由信息，并且要把这个信息告知自己 AS 中所有路由以便让他们发送信息到对应路由。这两项任务通过自治系统间选路协议完成。下面通过研究 Internet 的选路规则详细说明。AS 内部选路协议又称内部网关协议，常用的是选路信息协议 RIP 和开放最短路径优先 OSPF 的 IS-IS 协议。AS 间雪露协议则是 BGP 协议。本部分内容将在以后补充。-E.链路层和局域网-链路层的任务是将网络层数据报通过路径中的单段链路节点到节点传送。其服务包括成帧(将网络层数据报封装成 帧),链路接入，可靠交付，流量控制，差错检测，差错纠正，半双工和全双工。 链路层协议建立在节点对相邻节 点的基础上。其功

14、能通常是在网络适配器或称网卡(NIC)中实现的。链路层提供比特级差错检测和纠错，手段包括采用一位奇偶校验位、或者二维奇偶校验，也就是把数据分成 i 行 j 列对行列分别求奇偶校验值，二维奇偶校验有自动纠正一位错误的能力。或者是用在网络层中用的校验和的方法。 接收方检测和纠正差错的能力称作前向纠错(FEC)现在网络中采用循环冗余检测(CRC)编码，也称作多项式编码。-广播链路- 网络链路有两种类型，点对点链路和广播链路。广播链路需要涉及到多路访问问题，也就是图和协调多个发送和 接受节点对一个共享广播信道的访问。如果两个节点同时传输帧并且帧发生碰撞，两个节点都无法收到这个帧。 网络中对应多路访问协

15、议。这种协议的实现可以分为三类：信道划分协议，随机接入协议和轮流协议。信道划分协议：时分多路复用 TDM 和频分多路复用 FDM 是两种信道划分协议。TDM 将时间划分为时间帧，并 将时间帧划分为 N 个时隙(slot)，然后把时隙分配给节点，随后按照分配好的顺序循环。一般一个时隙可以传输一 个分组。这样可以有效避免碰撞。但是也可能造成浪费（比如只有一个节点要发信息，他每次都要等其他节点耗 完他们的时隙） 。FDM 则把信道带宽划分成 N 段，每个节点分配到信道带宽的一部分，优缺点和 TDM 一样。第 三种信道划分协议 就是码分多址 CDMA 协议。通过巧妙为每个节点分配一种编码实现不同节点能

16、同时发送并不 碰撞。细节将在以后的章节中讨论。随机接入协议：随机接入协议感觉和拥塞机制比较像。当节点经受碰撞后，他将选择一个随机时延，之后重发该 分组，重复此过程直到分组发送成功。 最常用的是 ALOHA 协议和载波侦听多路访问 CSMA 协议。时隙 ALOHA 协议中假定所有帧都是 L bit 长，时隙长为 L/R，R 为信道速率，也就是说一个时隙传输一帧，节点 只在时隙起点传输帧，节点同步，节点能在时隙结束前得知碰撞。时隙 ALOHA 中，如果发生碰撞，节点将以 p 概率在下一时隙中重传，以(1-p)概率在下一时隙中再进行一次概率运算，直到传输成功。这个简单协议下最大效率大约仅为 37%纯 ALOHA 是非时隙分散协议，其最大效