计算机网络知识点的干货总结（第四章）网络层

ICMP 协议的作用：支持主机或路由器进行差错报告和网络探询。向源主机报告 IP 数据报的差错信息；只是报告差错，不能纠正差错。ICMP 报文有两种，即 ICMP 差错报告报文（单向，向源主机报告差错）和 ICMP 询问报文（双向，向源主机请求，向目的主机应答） ICMP 差错报文何时产生，由谁产生：

终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时向源点发送终点不可达报文

时间超过：当路由器收到生存时间为零的数据报，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。

参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文

改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发给另外的路由器 PING 命令和 Tracert 命令的工作原理：分组网间探测 PING 用来测试两台主机之间的连通性，使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文；tracert 命令用来跟踪一个分组从源点到终点的路径

8、路由器：给定拓扑写出路由器（直连路由，静态路由和动态路由，默认路由），路由器根据路由器转发 IP 数据报的过程

给定拓扑写出路由器（直连路由，静态路由和动态路由，默认路由） ：

静态路由：管理员手工配置的路由；需要人工维护，适合拓扑简单、稳定的网络，路由器开销小

动态路由：管理员在路由器上配置动态路由协议，使路由器与其他路由器进行通信来维护路由表；无需人工维护，适合拓扑复杂、变化的网络；路由器开销大

默认路由：是对 IP 数据报中的目的地址找不到存在的其他路由时，路由器所选择的路由。目的地不在路由表里的所有数据包都会使用默认路由。这条路由一般会连去另一个路由器，而这个路由器也同样处理数据包；如果知道应该怎么路由这个数据抱，则数据包被转发到已知的路由；否则，数据包会被转发到默认路由，从而到达另一个路由器。每次转发，路由都增加了一跳的距离。

直连路由：路由器接口所连接的子网的路由方式称为直连路由。直连路由是由链路层协议发现的，一般指去往路由器的接口地址所在网段的路径，该路径不需要网络管理员维护，也不需要路由器通过某种算法进行计算获得，只要该接口处于活动状态，路由器就会把通向该网段的路由学习天写到路由表中去，直连路由无法使路由器获取与其不直接相连的路由信息。

路由器根据路由器转发 IP 数据报的过程：

路由选择：根据 IP 数据报的目的地址查询路由表，确定下一跳地址。经过网络中的所有节点共同协调工作后，选择一条最佳路由

9.RIP：距离，距离向量算法，工作过程，特点

自治系统 AS：属于一个组织机构的内部网络

内部网关协议：运行与 AS 内部路由器上的动态路由协议，如：RIP、OSPF

外部网关协议：用于在 AS 与 AS 之间建立动态路由的协议，如：BGP-4

距离：

从一个路由器到直接连接的网络的距离定义为 1

从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加 1

RIP 协议中的 “距离” 也称为“跳数”，实际上指的是“最短距离”

RIP 认为一个好的路由就是他通过的路由器的数目少，即 “距离短”

RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器

“距离” 的最大值为 16 时即相当于不可达。可见 RIP 只适用于小型互联网

RIP 不能再两个网路之间同时适用多条路由

距离向量算法：路由器 R 收到邻居路由器 X 的路由表后：

将收到的路由表（即邻居的路由表）中所有的项目的 “下一跳” 改为 X，所有 “距离” 值加 1

对修改的每个项目（N，d，X）：

若 N 不在 R 的路由表中，则添加该项目

若 N 在 R 的路由表中，且 “下一跳” 也是 X，则更新该项目

若 N 在 R 的路由表中，但 “下一跳” 不是 X，如果距离 d 值较小，则用该项目替换原项目

工作过程：

路由器在刚刚开始工作时，只知道到连接的网络的距离（此距离定义为 1）。他的路由表是空的

以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息

经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址

RIP 协议的收敛过程较快。“收敛” 就是在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程

RIP 协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换

特点：

仅和相邻路由器交换信息

交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表

按固定的时间间隔交换路由信息，例如每隔 30 秒。当网络拓扑发生变化时，路由器也及时向相邻路由器通告拓扑变化后的路由信息

网络规模较小

以跳表示链路开销

占用宽带较多

收敛慢：当网络出现故障时，RIP 需较长时间才能让所有路由器知晓

10.OSPF：链路状态，OSPF 的工作过程，OSPF 区域

链路状态：

本路由器的各接口 IP 地址和接口状态

相邻路由器接口 IP 地址

链路的开销

OSPF 的工作过程：

每个路由器维护链路状态数据库（全网的拓扑结构图）

可知全网共有多少台路由器

哪些路由器是相连的

链路代价是多少

每个路由器根据链路状态数据库，利用 Dijkstra 算法，求出到达每个网络的最短路径，一次构造路由表

R8 根据链路状态数据库调用 Dijkstra 算法获得以 R8 为根的最短路径树

根据最短路径树生成路由表

OSPF 区域：为了使 OSPF 能够用于规模很大的网络，OSPF 将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域。
划分区域的好处就是把利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量

粉色区域为主干区域，里面的路由器叫主干路由器（包括边缘的）

主干边缘和其他区域交接的路由器又叫区域边界路由器

R6 这种位置的叫自治系统边界路由器

外部网关协议 BGP：寻找可达性的路由，策略路由

寻找可达性的路由：用于在不同自治系统的边界路由器之间交换路由信息，寻找一条可以到达目的网络的较好路径
策略路由：

12.IPv6：ipv6 数据报格式，IPv6 相比 IPv4 的变化，IPv6 地址的表示，从 IPv4 相比 IPv6 的过渡技术

ipv6 数据报格式：IPv6 数据报 = 基本首部 + 有效载荷；有效载荷 = 扩展首部 + 数据部分

优先级（8 位）：为了区分不同的 IPv6 数据报的类别或优先级

流标签（20 位）：属于同一个流的数据报具有同样的流标签

有效载荷长度（16 位）：指 IPv6 数据报除基本首部以外字节数，最大值是 65535

下一个首部（8 位）：相当于 IPv4 的协议字段

跳数限制（8 位）：相当于 IPv4 的 TTL 字段
IPv6 相比 IPv4 的变化：

IPv6 地址的表示：

冒号十六进制记法：各段之间用冒号分隔：68E6FFFF0000960A:FFFF

零压缩表示法：连续的零可用双冒号代替（只能使用一次）：00230:0→:230:0

CIDR 表示法：21DA:0:0/48

URLs：http://[3FFE:800417A]:8000

从 IPv4 相比 IPv6 的过渡技术：

使用双协议栈
路由器 B 和 E 同时具有两种 IP 地址：一个 IPv6 地址和一个 IPv4 地址

使用隧道技术
路由器 B 把 IPv6 数据报封装在 IPv4 数据报中发送给路由器 E

13.IP 多播：比较（单播，广播，多播，任播），IP 多播数据报的封装，多播 IP 地址与多播 MAC 地址，IGMP 协议的作用

比较（单播，广播，多播，任播）：

单播：单个源节点向单个目的结点发送分组

广播：单个源节点向同网络中的所有结点发送分组

多播：单个源节点向多个目的结点发送分组

任播：单个源节点向多个目的结点中距离最近的单个结点发送分组

IP 多播数据报的封装：IP 首部加上 IGMP 报文，其中首部的协议字段等于 2，目的地址为 D 类 IP 地址（224.0.0.0~239.255.255.255）

多播 IP 地址与多播 MAC 地址：

多播 IP 地址即 D 类 IP 地址：224.0.0.0~239.255.255.255

多播 MAC 地址的最低 23 位来自 D 类 IP 地址，即 01-00-5E-00-00-00 ~ 01-00-5E-7F-FF-FF

IGMP 协议的作用：是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机参加或退出了某个多播组

14.VPN：私有 IP，VPN 路由器封装 IP 数据报的过程，三种 VPN 类型的判断，NAT 路由器封装 IP 数据报的过程

私有 IP：仅在机构内部使用，不需要向因特网管理机构申请

A 类：10.0.0.0 到 10.255.255.255

B 类：172.16.0.0 到 172.31.255.255

C 类：192.168.0.0 到 192.168.255.255

VPN 路由器封装 IP 数据报的过程：用隧道技术实现 VPN。将原本的 IP 数据报作为数据部分加密到新的 IP 数据报中，并为她添加新的数据报首部，源地址是发送的路由器地址，目的地址是收到的路由器地址

三种 VPN 类型的判断：

内联网 VPN：同属于一个机构的内部部门 A 和 B 之间建立的 VPN

外联网 VPN：一个机构和某些外部机构共同建立的 VPN

远程接入 VPN：外地出差的工作人员与公司网络之间建立的 VPN
NAT 路由器封装 IP 数据报的过程：

替换：替换每个外出 IP 数据报的源地址

记录：替换信息存储到 NAT 转换表

替换：替换每个进入内网的 IP 数据报的目的地址

15.MPLS：与传输路由技术的比较，负载均衡与 FEC

MPLS：多协议标记交换，在 MPLS 域的入口处给每个 IP 数据报打标机，使用硬件转发

与传输路由技术的比较：

传统路由器技术数据转发机制：传统路由器 IP 寻址方式是逐跳转发的。转发需要由路由器对 IP 数据包进行解包处理，再通过路由协议决定转发方向。由于 IP 包的不定长特性，也就意味着时延大、转发速度慢

基于 ATM 的 MPLS 数据转发机制：多协议，因为 MPLS 基于 IP 路由和控制协议，一个介于第三层和第二层之间的 “垫层”，MPLS 不受链路层协议的限制（可使用多种链路层协议）

负载均衡与 FEC：

转发等价类 FEC：指路由器按照同样方式对待的 IP 数据报的集合

“按照同样方式对待” 表示：从同样接口转发到同样的下一跳地址，并且具有同样服务类别和同样丢弃优先级等

FEC 和标记是一一对应的关系：MPLS 的入口结点将属于同样 FEC 的 IP 数据报指派同样的标记