本文基于2019 王道考研 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò): 2019 王道考研 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
個(gè)人筆記總結(jié)
第一章：王道考研 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)筆記 第一章：概述&計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
第二章：王道考研 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)筆記 第二章：物理層

第三章：王道考研 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)筆記 第三章：數(shù)據(jù)鏈路層
后續(xù)章節(jié)將陸續(xù)更新…

第四章大綱：

一、網(wǎng)絡(luò)層功能

網(wǎng)絡(luò)層提供主機(jī)與主機(jī)之間的邏輯通信

1. 路由選擇和分組轉(zhuǎn)發(fā)

也就是網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備路由器本身的功能：

• 路由選擇
• 分組轉(zhuǎn)發(fā)

實(shí)現(xiàn)讓數(shù)據(jù)在路由器之間走最佳的路徑

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2. 實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)互聯(lián)

通過路由器可以把不同的網(wǎng)絡(luò)連接起來形成一個(gè)大的互聯(lián)網(wǎng)

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3. 擁塞控制

擁塞控制要和流量控制區(qū)分開：

• 擁塞控制是全局性的問題，涉及到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中所有主機(jī)、路由器，以及導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸能力下降的所有因素
• 流量控制解決就是因?yàn)榘l(fā)送方發(fā)送的太快，接收方來不及接收的問題

擁塞控制分為兩種：

• 開環(huán)控制：是靜態(tài)的，在網(wǎng)絡(luò)開始之前就先把所有能產(chǎn)生擁塞的因素考慮大，預(yù)先控制
• 閉環(huán)控制：是動(dòng)態(tài)的，預(yù)先不考慮，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)自動(dòng)調(diào)整實(shí)現(xiàn)擁塞控制

二、數(shù)據(jù)交換方式

數(shù)據(jù)交換的由來：

通過網(wǎng)絡(luò)核心路由器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，將多種多樣的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；

那么如何使數(shù)據(jù)通過路由器從源主機(jī)到目的主機(jī)呢？具體的實(shí)現(xiàn)就需要數(shù)據(jù)交換技術(shù)

為什么需要數(shù)據(jù)交換？

• 減少鏈路條數(shù)和長(zhǎng)度
• 減少單個(gè)交換設(shè)備的流量

為了解決以上問題，就利用交換設(shè)備互聯(lián)形成交換網(wǎng)絡(luò)，也是現(xiàn)在最常用的數(shù)據(jù)交換方式

1. 電路交換

特點(diǎn)：獨(dú)占資源，只要建立了連接，就會(huì)占用那一部分鏈路資源

• 比如A和B打電話，即使兩個(gè)人不說話，資源也被會(huì)兩個(gè)人占用

優(yōu)點(diǎn)：

1. 通信時(shí)延小：只要連接建立好，有數(shù)據(jù)就會(huì)通過交換設(shè)備發(fā)出去
2. 有序傳輸：建立好連接后，數(shù)據(jù)按序發(fā)送，按序接收
3. 沒有沖突：因?yàn)楠?dú)占連接，不會(huì)有第三方的接入
4. 實(shí)時(shí)性強(qiáng)：通信雙方的鏈路一旦建立成功，雙方便可隨時(shí)進(jìn)行通信

缺點(diǎn)：

1. 建立連接時(shí)間長(zhǎng)
2. 線路獨(dú)占，使用效率低
3. 靈活性差；如果一個(gè)設(shè)備宕機(jī)，則該鏈路崩潰，無法進(jìn)行通信
4. 無差錯(cuò)控制能力；發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，交換設(shè)備并不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)檢錯(cuò)或者糾錯(cuò)，只是單純的把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去

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2. 報(bào)文交換

優(yōu)點(diǎn)：

1. 無需建立連接
2. 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，動(dòng)態(tài)分配線路；不需要事先約定好一個(gè)路徑，而是可以隨機(jī)動(dòng)態(tài)的分配線路，尋找一個(gè)最佳路徑
3. 線路的可靠性較高：如果其中一臺(tái)交換設(shè)備出現(xiàn)了問題，可以從其他路徑到目的主機(jī)
4. 線路利用率很高：報(bào)文交換過程中，通信雙方不是固定的占有一整條通信線路，而是在不同的時(shí)間一段一段的占用線路
5. 多目標(biāo)服務(wù)：一個(gè)報(bào)文可以同時(shí)發(fā)往多個(gè)目的地址

缺點(diǎn)：

1. 有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延
2. 報(bào)文大小不定，需要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有較大緩存空間

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3. 分組交換

優(yōu)點(diǎn)：

1. 無需建立連接

2. 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，動(dòng)態(tài)分配電路

3. 線路可靠性較高：分組較短，出錯(cuò)幾率減小

4. 線路利用率高：報(bào)文交換過程中，通信雙方不是固定的占有一整條通信線路，而是在不同的時(shí)間一段一段的占用線路

5. 相對(duì)于報(bào)文交換，存儲(chǔ)管理更容易：對(duì)交換設(shè)備的緩存大小要求低，因?yàn)榉纸M大小很小

6. 相對(duì)于報(bào)文交換方式，總共傳輸時(shí)延小，因?yàn)榉纸M交換是一種并行轉(zhuǎn)發(fā)分組的過程，而報(bào)文交換串行轉(zhuǎn)發(fā)分組的過程

   

缺點(diǎn)：

1. 有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延：每個(gè)交換設(shè)備都得把分組存起來再轉(zhuǎn)發(fā)出去
2. 需要額外的信息量：每個(gè)報(bào)文進(jìn)行分組后，分組需要附加一些額外的信息，主要包括源地址、目的地址、報(bào)文編號(hào)等信息，最后再接受端拼合起來
3. 亂序到達(dá)主機(jī)，要對(duì)分組排序重組

分組交換分為兩種：

數(shù)據(jù)報(bào)方式

虛電路方式

對(duì)比：

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三種方式對(duì)比

三、路由算法和路由協(xié)議

1. 路由算法

路由算法的分類：

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2. 路由選擇協(xié)議

當(dāng)今采用分層次的路由選擇協(xié)議

原因：

• 因特網(wǎng)規(guī)模很大
• 許多單位不想讓外界知道自己的路由選擇協(xié)議，但還想連入因特網(wǎng)

因此將因特網(wǎng)分為很多小的團(tuán)體：自治系統(tǒng)AS

• 定義：在單一的技術(shù)管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種AS內(nèi)部的路由選擇協(xié)議和共同的度量以確定分組在該AS內(nèi)的路由，同時(shí)還使用一種AS之間的路由協(xié)議以確定在AS之間的路由。

• 一個(gè)AS內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)都屬于一個(gè)行政單位來管轄，一個(gè)自治系統(tǒng)的所有路由器在本自治系統(tǒng)內(nèi)都必須連通。

• 自治系統(tǒng)內(nèi)采用的協(xié)議對(duì)外界來說透明，而且可以使每個(gè)路由器的路由表不過與龐大

由此將路由選擇協(xié)議分為了兩種：

1. 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP：用于一個(gè)AS內(nèi)使用的，例如：RIP、OSPF
2. 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP：用于AS之間使用，例如：BGP

1. RIP協(xié)議及距離向量算法

RIP協(xié)議是內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議，用于一個(gè)自治系統(tǒng)AS內(nèi)使用

1. RIP協(xié)議（應(yīng)用層協(xié)議）

2. RIP協(xié)議報(bào)文格式

3. RIP協(xié)議特點(diǎn)

4. 距離向量算法

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2. OSPF與鏈路狀態(tài)算法

1. OSPF協(xié)議

2. 鏈路狀態(tài)路由算法

3. OSPF的區(qū)域

4. OSPF分組

5. 特點(diǎn)

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3. BGP協(xié)議

1. BGP協(xié)議（應(yīng)用層協(xié)議）

2. BGP協(xié)議交換信息的過程

3. BGP協(xié)議報(bào)文格式

4. 特點(diǎn)

5. BGP-4四種報(bào)文

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三種協(xié)議對(duì)比

四、IP數(shù)據(jù)報(bào)

1. 格式（首部）

IP數(shù)據(jù)包頭部詳細(xì)格式：


協(xié)議對(duì)應(yīng)的字段值：

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2. IP數(shù)據(jù)報(bào)分片

需要分片的原因：鏈路層有可封裝的數(shù)據(jù)上限MTU，以太網(wǎng)的MTU是1500字節(jié)；如果所傳送的數(shù)據(jù)報(bào)文長(zhǎng)度超過某鏈路MTU的值，就需要分片

分片的方法需要結(jié)合IP數(shù)據(jù)報(bào)首部的標(biāo)識(shí)、標(biāo)志、片偏移三個(gè)字段來理解

例題：

五、IPv4地址

• 路由器可以分割廣播域：因此路由器的每個(gè)接口IP地址都不同
• 網(wǎng)橋不能分隔廣播域：因此網(wǎng)橋的每個(gè)接口IP地址都相同

1. 分類IP地址(網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT)

特殊的IP地址：

網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT

在ABC三類地址當(dāng)中取出來一部分地址作為私有IP地址，特點(diǎn)：

• 無法直接和外部進(jìn)行通信，外部也不知道私有地址的存在

• 私有IP地址常用于本地網(wǎng)/專用網(wǎng)，比如單位，學(xué)校機(jī)房等

NAT就是進(jìn)行私有IP地址和共有IP地址的轉(zhuǎn)換，解決以上問題

• 只能在本地網(wǎng)、專用網(wǎng)中使用，在廣域網(wǎng)當(dāng)中，路由器以及其他主機(jī)無法識(shí)別該IP地址

• 路由器對(duì)目的地址是私有IP地址的數(shù)據(jù)報(bào)一律不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)

• 專用網(wǎng)與外部網(wǎng)絡(luò)建立通信的過程就是通過網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換NAT實(shí)現(xiàn)的

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2. 子網(wǎng)的劃分

子網(wǎng)劃分：

子網(wǎng)掩碼：由一系列連續(xù)的1和連續(xù)的0所構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)

• 主機(jī)號(hào)部分所對(duì)應(yīng)的位全為0
• 其他部分所對(duì)應(yīng)的位全為1

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3. 構(gòu)成超網(wǎng)（無分類編址CIDR）

• 減少了路由表的表項(xiàng)

六、重要協(xié)議

1. ARP協(xié)議

實(shí)現(xiàn)MAC地址和IP地址的映射

1. 發(fā)送數(shù)據(jù)的過程

交換機(jī)沒有MAC地址，路由器每個(gè)端口有一個(gè)MAC地址，每個(gè)主機(jī)有一個(gè)MAC地址

2. ARP協(xié)議

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2. DHCP協(xié)議（應(yīng)用層協(xié)議）

實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)獲取IP地址

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3. ICMP協(xié)議

ICMP、IGMP協(xié)議處于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層之間的協(xié)議，起橋梁作用

• ICMP是為了更有效的轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報(bào)和提高成功交付的機(jī)會(huì)

1. ICMP差錯(cuò)報(bào)文

2. ICMP詢問報(bào)文

3. ICMP應(yīng)用

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4. IGMP協(xié)議與組播路由協(xié)議

1. IP數(shù)據(jù)報(bào)的三種傳輸方式

2. IP組播地址

3. 硬件組播

4. IGMP協(xié)議與組播路由協(xié)議

1. IGMP協(xié)議

2. 組播路由選擇協(xié)議

七、IPv6

1. 數(shù)據(jù)格式

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2. IPv6對(duì)比IPv4

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3. IPv6地址表示與類型

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4. IPv6過渡IPv4的策略

八、移動(dòng)IP

移動(dòng)IP要與動(dòng)態(tài)IP區(qū)分開

• 動(dòng)態(tài)IP：通過使用DHCP協(xié)議在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)部的一臺(tái)主機(jī)就可以動(dòng)態(tài)的獲得一個(gè)IP地址
• 移動(dòng)IP：由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）制定的一種網(wǎng)上傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。它設(shè)計(jì)的目的，是為了讓移動(dòng)設(shè)備用戶，能夠從一個(gè)網(wǎng)上系統(tǒng)中，移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)上系統(tǒng)，但是設(shè)備的IP地址保持不變。這能夠使移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在移動(dòng)中保持其連接性，實(shí)現(xiàn)跨越不同網(wǎng)段的漫游功能

1. 相關(guān)術(shù)語

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2. 通信過程

九、網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備——路由器

路由器

路由選擇+分組轉(zhuǎn)發(fā)

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三層設(shè)備的區(qū)別