《计算机网络-自顶向下》笔记-第四章-网络层-IP协议

对于互联网的网络层来说,其提供的服务非常简单:

  • 转发
  • 路由选择

网络层可能提供的服务

网络服务模型:

  • 确保交付
  • 保证延迟的确保交付
  • 有序交付
  • 确保最小带宽
  • 确保最大时延抖动
  • 安全性服务

那么IP协议提供以上那些服务呢?

答案就是:一个也不提供

  • 确保交付
  • 保证延迟的确保交付
  • 有序交付
  • 确保最小带宽
  • 确保最大时延抖动
  • 没有 安全性服务

数据报网络

IP协议构建的网络就属于数据报网络

特点:

  • 无需建立连接,维持状态信息
  • 使用转发表决定分组输出端口
  • 通过最长前缀匹配原则进行查询转发表

路由器工作原理

  • 输入端口 - 从物理层接收数据,拆封分组、查看相应协议层头部,查询转发表放进发送队列
  • 交换结构 - 负责发送队列到输出队列的运输
  • 输出端口 - 拿到输出队列的数据,然后封上相应协议层的头部,送给物理层
  • 路由选择处理器 - 负责执行路由选择,更新转发表,以及一些控制功能

网络层的三个主要组件

IP协议

IPV4数据报格式

  • 版本:规定了IP协议版本
  • 首部长度
  • 服务类型:区分不同类型的IP数据报
  • 数据报长度
  • 标识、标志、片偏移:用于IP数据报分片
  • 寿命:一个数据报可以被路由处理的次数
  • 协议:用于IP的多路复用和分解,即应将数据交付给上层的那个协议,TCP还是UDP。
  • 首部检验和
  • 源和目的IP地址
  • 选项:用于扩展IP首部
  • 数据

IPV4编址

  • 总长度为32位
  • 一般以8位一组
  • 子网:具有相同的前半部分地址的一组IP地址构成的网络
  • 编址方案:
    • 无类别域间路由选择
    • 分类编址

DHCP

是一种用于自动分配IP地址且即插即用的协议,使用UDP作为输运层服务

对于一个新加入网络的电脑:

  1. DHCP服务器发现。通过设置源ip地址为0.0.0.0,且目的ip地址为255.255.255.255的UDP分组,在网络中广播
  2. DHCP服务器提供。DHCP监听到广播,使用一个 DHCP提供报文 向客户作出响应(继续以广播的形式发出,因为此时客户依旧没有自己的IP地址)
  3. DHCP请求。客户得到响应后,发送一个 DHCP请求报文,回显响应的配置参数
  4. DHCP ACK。服务器回应一个 DHCP ACK报文,响应客户的请求报文

NAT

从目的来说,NAT技术使得多台电脑可以通过一个公共ip上网,且不发生冲突。

其行文的核心在于,从路由器(具备公共IP的设备)拦截所有的分组,修改其ip地址和端口,并记录这种修改产生相应的映射,发送修改后的分组,接收时执行相反的步骤。

路由选择算法

路由选择的功能是更新路由器中的路由表(转发表)

分类

全局还是分散:

  • 全局式路由选择算法(链路状态算法):
    • 需要事先知道网络总体的分布图
  • 分散式路由选择算法(距离向量算法):
    • 无需知道网络总体的分布图

动态还是静态:

  • 静态路由选择
  • 动态路由选择

是否负载敏感:

  • 负载敏感算法
  • 负载迟钝算法

因特网控制报文协议(ICMP)

  • 用于主机和路由器彼此沟通信息
  • 构建于IP协议之上(因为其报文位于为IP数据报的数据字段)