计算机网络-网络层-总结

2023-10-21 18:25:40

网络层

最大传送单元 (maxmum transmission unit MTU)：链路层的最大传输单元限制了IP数据报的长度。
传输过程中将IP数据报中的数据分片到多个较小的数据报中，以满足MTU的限制。
被分片的数据报在接收端进行重组，而不是在网络路由器中。接收主机通过**标识号(Identifier)、标志（flags)、片偏移(fragmentation offset)**字段进行重组
- 分片形成的每个数据报的标识号相同
- 每一组分片的最后一个分片的标志(flag)为0，其余的flag都为1
IP地址和**接口（interface）**相关联而不是主机和路由器
确定子网：分离主机和路由器的每个接口（“不认为一个路由器的几个接口是连通的”）->每个连通分量->一个子网
- 图例中6个子网：
Internet的地址分配策略为无类别域间路由选择(Classless Interdomain Routing CIDR)。其将子网的概念一般化。
- 将32bit的IP地址分为两部分，前一部分为网络前缀，其余用于区分该子网内的设备
- a.b.c.d/x
- x->子网掩码的长度->前几位为前缀
- IP地址块的获取：ISP通过子网掩码将自己拥有的较大的地址块分割为更小的地址块分配给各组织。如：200.23.16.0/20 -> 200.23.16.0/23, 200.23.18.0/23, 200.23.20.0/23,…
- ISP的IP由ICANN分配

DHCP可为组织内的主机与路由器自动分配地址。主机每次与网络连接时可获取相同的IP，也可以被分配一个临时的IP。主机还可获取子网掩码、第一跳路由器地址（默认网关）、本地DNS服务器地址等信息。

DHCP是客户-服务器协议（client-server）
- 一个子网中可以有多个DHCP服务器
- 若子网中没有DHCP服务器，需要一个知道其地址的中继代理（通常是路由器）
一个新加入网络的主机通过DHCP获取地址：
- DHCP服务器发现：新的主机向网络内广播DHCP发现报文(DHCP discover message)(目的地址：255.255.255.255:67，源地址：0.0.0.0)。
- DHCP服务器提供（offer(s)）：DHCP服务器收到DHCP发现报文后，广播(新的主机还未被分配地址)DHCP提供报文（DHCP offer message），其包含事务ID，分配的地址，子网掩码，地址租用期(address lease time)。
- DHCP请求：客户端可能收到多个服务器提供，选择一个并返回DHCP请求报文(DHCP request message)
- DHCP ACK：服务器返回**DHCP ACK message*，进行确认
- 对客户端发送消息都是广播

一些地址空间用于专用网络（private network）/具有专用地址的地域(realm with private address)：
- A类中: 10.xxx.xxx.xxx
- B类中: 172.16.xxx.xxx
- C类中: 192.168.xxx.xxx
NAT-enabled router可以通过NAT，使其内网（家庭网络…)的设备共享该路由器在外网的一个IP(通过DHCP从ISP获取）—分享其端口号。
- NAT转换表外网IP:端口号 <—> 内网IP:端口号

IPv6数据报首部的长度固定为40byte
地址为128bit(16byte)
一些字段
- 流量类型 Traffic class: 用于确定数据报的优先权
- 流标签 Flow Label: 确定一条数据报的流
- 下一个部首 Next header: 数据报承载的数据需要交由那个协议
- 跳限制 Hop limit: 限制转发次数(同IPv4的TTL)
IPv6不允许分片和重组:若路由器收到的数据报大小超出限制,直接丢弃该数据报,向发送者返回ICMP错误信息指示改包太大。
不在计算校验和
没有可选项

for each node y in network:
	for each node v adjust to x:
		dx[y] = min(dx[y], cost(x, v) + dv[y])
		//dx[y] 从x到y的代价（距离）
		//cost(x,v) 连接(边)(x,v)的代价

提出背景
- 网络规模过大，路由器数量巨大—>路由选择算法代价太高（转发表太大，广播链路状态代价太大…)
- ISP之间相互独立，采用的协议不同
解决：把路由器组织为自治系统 (autonomous system)
每个自治系统有一个全球唯一的编号 autonomous system number（ASN）
每个自治系统运行着自己的路由选择算法-自治系统内部的路由选择协议（Intra-autonomous system routing protocol)
- OSPF(Open Shortest Path First)
  - 链路状态路由选择算法
  - 使用Dijkstra最短路算法
  - 周期性地广播连接状态
自治系统间的路由选择协议(Inter-autonomous system routing protocol)
- ISP之间的路由
- Internet中所有ASs都运行着相同的自治系统间的路由协议 - 边界网关协议 BGP(Border Gateway Protocol)