【学习笔记-CS144 计算机网络】网络层

Birderr / 2023-08-01 / 原文

概述

主要功能：

寻址和路由选择
建立和维护连接
差错和纠错功能
流量和拥塞控制
数据分片和重组技术

网络层协议

IP有关协议

IPv4：32bits, a,b,c,d，0~255。有数字划分规范，ABCD类。

IPv6：128bits, 能解决IPv4网络地址资源数量的问题，而且也解决了多种接入设备连入互联网的障碍。

网络（子网）掩码：它用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。

类别	子网掩码的二进制数值	子网掩码的十进制数值
A	11111111 00000000 00000000 00000000	255.0.0.0
B	11111111 11111111 00000000 00000000	255.255.0.0
C	11111111 11111111 11111111 00000000	255.255.255.0

网络地址：子网掩码与IP地址按位与运算后的地址

CIDR划分法：用于给一些特定区域内的用户分配IP地址以及在互联网上有效地路由IP数据包的对IP地址进行归类的方法。用于弥补A类的浪费和BC的膨胀不足。

eg: 128.14.35.7/20 = 10000000 00001110 00100011 00000111

即前20位是网络前缀，后12位是主机号，那么我们通过令主机号分别为全0和全1就可以得到一个CIDR地址块的最小地址和最大地址，即

最小地址是：128.14.32.0 = 10000000 00001110 00100000 00000000 最大地址是：128.14.47.255 = 10000000 00001110 00101111 11111111 子网掩码是：255.255.240.0 = 11111111 11111111 11110000 00000000

IP报头格式：

版本(Version)：4bits ，有IPv4和IPv6这两个版本。
报头长度(Header Length)：4bits ，表示 IP报文头部的长度，以32比特(4字节)为单位递增，该字段的最小值为5
服务类型(Type of Service)：8bits。该字段指出应该如何处理数据报文。
总长度(Total Length)：16bits，表示该IP报文的总大小，包括报头和携带的数据。
标识(Identification)：16bits，唯一标识原始IPv4数据包的数据分片。
标志位(Flag)：3bits，主要用于指出是否进行分片以及是否有更多分片。
分片偏移(Fragment Offset)：13bits，当一个报文过大不能够在一个数据帧中传输时，可以使用分片和重组功能，这里主要是用于表示偏移量，即将一个报文分开封装，分别发出，到达目的地再根据偏移量进行重组。
存活时间(Time To Live，TTL)：8bits，表示报文在网络中可以生存的时间，当计时器到期时该报文将被网络丢弃。
协议(Protocol)：8bits，标识承载数据使用什么协议
报头校验和(Header Checksum)：16bits，是对报头进行循环冗余校验(CRC)的结果
源 IP地址(Source Address)：32bits，表示发送者的 IP地址
目的 IP地址(Destination Address)：32bits，表示接收者的 IP地址
选项(Options)：用于安全、测试等目的。
填充(Padding)：长度可变

ICMP协议

主要功能：

确认IP包是否成功到达目标地址
通知在发送过程中IP包被丢弃的原因

DHCP协议

子网内，由DHCP服务器动态分配IP地址

路由算法与路由协议

RIP协议【距离-向量路由算法】

RIP路由协议的工作流程主要包括路由表生成和路由表更新维护两部分，并基于距离矢量算法计算路由，且遵循度量值越小则越优的路由选取原则。

距离矢量协议：每个节点只与它的直接邻居交换信息。

生成路由表
1. 对相邻设备发送请求全部路由信息
2. 接受相邻设备的相应信息，并更新自己
3. 将更新后的数据发送给相邻设别
更新维护路由表
1. 更新定时器：一段时间发送更新报文
2. 无效计时器：决定一条线路信息有效时长
3. 清除计时器：决定清除无效路由的时间
4. 抑制定时器：无效后暂缓接收请求，减少目的设备震荡产生的影响
路由表计算
1. 根据距离矢量算法进行路由计算
防环路机制
1. 环路：
  
  A-B-C，C无效，A申请连接C。数据流从A到B，但B此时连接不到C，而在A中仍然保存了A-B-C的未更新路径，从而又跳到了A，形成环路。
2. 解决方案：
  1. 水平分割
    1. 从哪个接口学习到的RIP路由信息，就禁止从该接口发送出去
    2. 不允许将从某一邻居学习到的路由信息再发送回该邻居(NBMA)
  2. 毒性逆转
    
    对于从某一接口学习到的路由信息，当从该接口发出去时将该路置为16（即路由不可达）
  1. 触发更新
    1. 当路由信息发生变化，邻居及时更新并向外不断传递。