计算机网络——网络层要点概览

本文涉及的产品
公网NAT网关,每月750个小时 15CU
简介:  “ 本文总结了计算机网络中网络层的相关知识,适合学习过计算机网络的人群快速复习,查找相关知识点并巩固。”

“ 本文总结了计算机网络中网络层的相关知识,适合学习过计算机网络的人群快速复习,查找相关知识点并巩固。”


思维导图

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基本概念

    1. 传输层:应用进程之间端到端的通信(路径设备透明)
    2. 网络层:host之间的逻辑连接(虚拟:例如.路由路径)(路径设备参与)
    3. 网络层:每个路由器和host都与运行此协议
    4. 网络层主要协议事件:路由协议、IP协议、ICMP协议
    5. 网络层核心:转发(in and out)路由+路径算法

    网络层服务模型

      • 数据报网络(无连接服务)+虚电路网络(连接服务)

      虚电路网络

        • 连接服务,一条路径:源主机-路由器-目的主机(逻辑连接)
        • 分组携带虚电路标识VCID,而不是目的地址,由路由转发表确认路径(每个router都有自己的表)
        • 每个分组利用链路全部带宽
        • 应用:ATM、电话机等

        数据报网络

          • 无连接服务处
          • 每个分组携带目的地址,由路由算法+转发表确认路径
          • 最长前缀优先匹配原则

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            • 应用:计算机

            IP协议

            IP数据报

              • 首部长度:4Bytes为单位,最小首部5,5×4=20B
              • 总长度:占16位,max=65535,data_max=65535-20=65515B
              • 协议字段:6-TCP;17-UDP

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              IP分片

                • data上限取决于链路层MTU(不同链路MTU不同),多MTU取min
                • 片偏移:8Bytes为单位
                  • 偏移量=偏移数据➗8,因为8字节为单位,例如:封装1480B数据,偏移量为185

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                      • 设分组总长为L,MTU=M
                        • 一个分片最大可封装数据d——8的倍数:(M-20)对8向下取整
                        • 需要的总分片数:(L-20)除以d向上取整

                          IP编址

                            • 接口:主机/路由与物理链路之间的连接,例如:有线以太网、无线802.11接口
                            • IPv4地址:点分十进制,8×4=32bits,例如:192.168.2.255
                            • Ipv6地址:冒号分十六进制,16×8=128bites,
                            • IP地址和每个接口关联——同多接口路由器可能有多个IP地址

                            IPv4二分法有类编址

                              • A类地址:0.0.0.0-127.0.0.0        8位网络号+24位主机号
                              • B类地址:128.0.0.0-191.255.255.255        16位网络号+16位主机号
                              • C类地址:192.0.0.0-223.255.255.255        24位网络号+8位主机号
                              • D类地址:224.0.0.0-239.255.255.255        32位网络号
                              • E类地址:240.0.0.0-255.255.255.255        32位网络号
                                • 二分法划分(A类第一位0,B类第一位要1,因为第一位0的已经属于A,第二位设0,以此类推):
                                • A类,8位网络号,首位0,max:01111111.11111111.1111111.11111111=127.255.255.255
                                • B类,16位网络号,前两位10,max:10111111.11111111.1111111.11111111=191.255.255.255
                                • C类,前三位110
                                • D类,前四位1110
                                • E类,前四位1111
                                • 特殊IP:

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                                  • 私有IP image.gif

                                  IP子网

                                    • IP地址中:高比特位(左):网络号,低比特位(右):主机号
                                    • IP子网:网络号相同,即为同一个子网内的主机
                                    • 子网间设备不跨越router可通过物理接口直接通信,例如:192.168.2.3,192.168.2.4

                                    IP子网掩码

                                      • IP子网划分:区分同一个网络号下有多少子网
                                      • 子网号:主机号的高比特位

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                                        • 子网掩码:确定网络是否划分了子网,利用多少为位划分子网
                                        • 子网掩码取值:网络号+子网号全取1,主机号全取0
                                          • 例如B类网络(16位网络号+16位数主机号),子网掩码:255.255.0.0
                                          • 借助3比特划分子网的B类网络,11111111.11111111.11100000.00000000=255.255.224.0
                                            • 子网掩码的应用:提取子网地址
                                              • 掩码为255.255.254,表示主机号只有1+8=9位数
                                              • 所以地址范围是:172.32.0.0-172.32.1.255
                                              • 可分配地址:512-2个=510个,主机号全0(掩码)+主机号全1(广播地址)

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                                                CIDR

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                                                  • 32bits划分=前缀+主机号
                                                  • 格式:a.b.c.d/x,x为前缀长度
                                                  • 192=128+64,2bits,所以前缀=8+8+8+2=26位

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                                                  IPv6

                                                    • 首部固定40Bytes,不允许分片,删除校验和
                                                    • 没有掩码概念
                                                    • 冒号分16进制,::表示中间全是0,一个IP地址只能写一次::
                                                    • 首部+负载(data+扩展首部),基于TCP
                                                    • ICMP6

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                                                    路由聚合

                                                      • 最长前缀优先匹配
                                                      • 简化路由表
                                                      • 示例:
                                                      • 目的子网:192.168.1.0           192.168.2.0
                                                      • 聚合的目的子网192.168.0.0,子网掩码255.255.252.0
                                                        • 目的子网分别为192.168.1.0和192.168.2.0,展开最后两位,写作8位2进制数,
                                                        • 1 = 0000 0001,2 = 0000 0010,则
                                                        • 192.168.0000 0001.0和192.168.0000 0010.0
                                                        • 取最大相同位数192.168.0000 00,22位
                                                        • 得到聚合的目的子网192.168.0.0
                                                        • 补满0得到192.168.0000 0000.0 = 192.168.0.0
                                                        • 子网掩码位数 = 8+8+6 = 22位,11111111.11111111.111111
                                                        • 补满0得到 1111 1111.1111 1111.1111 1100.0000 0000 = 255.255.252.0
                                                        • 得到聚合的目的子网掩码255.255.252.0
                                                          • 理论上无CIDR也可以聚合

                                                          DHCP协议

                                                            • 主机获取IP地址的方式:静态编码、动态分配(DHCP分配的IP会变)
                                                            • 从服务器动态租用,释放后可重复利用
                                                            • 过程:1.主机广播需要地址 2.DHCP服务器响应可提供 3.主机请求 4.服务器确认
                                                            • 应用层协议,基于UDP

                                                            NAT(网关)

                                                            NAT网络地址转换

                                                              • 路由器不同接口:连接不同子网
                                                              • 本质:公网IP和主机IP的问题,NAT=修改IP信息
                                                              • NAT:主机通过IP转换为公网IP在互联网上通信

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                                                                • NAT运作过程:替换——记录(转换表)——再替换,端口数16bits——并行65535个设备通信
                                                                • 接收信息:NAT router为信息接收目的地址,通过转换表再替换

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                                                                NAT穿透

                                                                  • 静态配置NAT表
                                                                  • IGD互联网网关设备协议
                                                                    • host能学习NAT的IP地址
                                                                    • host有增删端口权限(增减连接设备)
                                                                    • 中继skype——通过NAT连接特定服务器(网络电话)

                                                                      ICMP

                                                                        • ICMP(Internet Control MessageProtocol)互联网控制报文协议
                                                                        • 网络层协议,基于UDP,支持host+router
                                                                        • 封装在IP数据报中,在data部分
                                                                        • 功能:差错报告+网络探查

                                                                        层次路由

                                                                          • AS(autonomous systems):自治系统,路由器层级
                                                                          • 热土豆路由:将分组发送给最近的网关路由器

                                                                          image.gif

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                                                                            • RIP(Routing Information Protocol):路由信息协议
                                                                            • 应用进程实现,基于UDP,完成网络层功能
                                                                            • 距离向量路由算法
                                                                              • IP形式通告
                                                                              • 30s一次通告,最多25个目的子网
                                                                              • 180s无接收通告则路径失效,洪范扩散开始
                                                                                • 相同成本路径——支持1条

                                                                                OSPF协议——AS内部路由协议

                                                                                  • OSPF (Open Shortest Path First)
                                                                                  • 网络层协议,封装在IP数据报中
                                                                                  • 链路状态路由算法
                                                                                    • LS分组通告
                                                                                    • 每个路由器都有AS完整拓朴图
                                                                                    • Dijkstra算法计算路由
                                                                                      • 相同成本路径——支持多条
                                                                                      • 可实现AS中再分多ASs

                                                                                      BGP协议——AS之间路由协议

                                                                                        • BGP (Border Gateway Protocol):边界网关协议
                                                                                          • eBGP——AS之间传达信息
                                                                                          • iBGP——AS内部传达信息
                                                                                            • BGP会话——BG-BG之间,边界网关之间的对话
                                                                                              • 前缀+路径向量(下一跳、先前路径)
                                                                                              • 半永久TCP

                                                                                                参考资料:bilibili

                                                                                                💗 “每个人都有追求新鲜感的权利,也总有人在不断追求新鲜感,但大多数人总是忽略了一点:所谓新鲜感,有且仅有两种形式——和旧的人去做新的事、和新的人取做新的事。”

                                                                                                                                                                     ——Created By 是羽十八ya

                                                                                                相关实践学习
                                                                                                每个IT人都想学的“Web应用上云经典架构”实战
                                                                                                本实验从Web应用上云这个最基本的、最普遍的需求出发,帮助IT从业者们通过“阿里云Web应用上云解决方案”,了解一个企业级Web应用上云的常见架构,了解如何构建一个高可用、可扩展的企业级应用架构。
                                                                                                相关文章
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                                                                                                |
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                                                                                                |
                                                                                                6月前
                                                                                                |
                                                                                                数据采集 存储 JSON
                                                                                                Python网络爬虫教程概览
                                                                                                【6月更文挑战第21天】Python网络爬虫教程概览:安装requests和BeautifulSoup库抓取网页;使用HTTP GET请求获取HTML,解析标题;利用CSS选择器提取数据;处理异步内容可选Selenium;遵循爬虫策略,处理异常,尊重法律与网站规定。
                                                                                                65 1
                                                                                                |
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                                                                                                |
                                                                                                缓存 监控 网络协议
                                                                                                计算机网络的常用的网络通信命令(Windows)
                                                                                                本文介绍了网络技术中常用的命令,如ping用于检测网络连通性,ipconfig查看TCP/IP配置,netstat监控网络状态,arp显示和修改ARP缓存,at安排任务执行,tracert追踪路由,以及nbtstat获取NetBIOS信息。
                                                                                                38 1
                                                                                                |
                                                                                                2月前
                                                                                                |
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                                                                                                |
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                                                                                                |
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                                                                                                【第三期】计算机网络常识/网络分层模型与数据包封装传输过程
                                                                                                【第三期】计算机网络常识/网络分层模型与数据包封装传输过程
                                                                                                50 0
                                                                                                |
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                                                                                                |
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                                                                                                计算机网络-网络层
                                                                                                计算机网络-网络层
                                                                                                |
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                                                                                                |
                                                                                                网络协议
                                                                                                网络协议概览:HTTP、UDP、TCP与IP
                                                                                                理解这些基本的网络协议对于任何网络专业人员都是至关重要的,它们不仅是网络通信的基础,也是构建更复杂网络服务和应用的基石。网络技术的不断发展可能会带来新的协议和标准,但这些基本协议的核心概念和原理将继续是理解和创新网络技术的关键。
                                                                                                196 0
                                                                                                |
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                                                                                                |
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                                                                                                16 Java网络编程(计算机网络+网络模型OSI/TCP/IP+通信协议等)
                                                                                                16 Java网络编程(计算机网络+网络模型OSI/TCP/IP+通信协议等)
                                                                                                87 2
                                                                                                |
                                                                                                4月前
                                                                                                |
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