计算机网络笔记4-网络层

目录

• 网络层功能
• 数据交换方式
  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换
  • 比较总结
  • 数据报方式&虚电路方式
    • 数据报
    • 虚电路
    • 对比总结
• IP数据报
  • TCP/IP协议栈
  • IP数据报格式
• IPv4地址
  • 分类的IP地址
  • 子网划分
  • 无分类编址CIDR
• ARP协议(MAC地址和IP地址的映射)
• DHCP协议(动态获取地址)
• ICMP协议
  • ICMP差错报文
  • ICMP询问报文
  • ICMP应用
• IPv6地址
  • IPv6数据报格式
  • IPv6和IPv4
  • IPv6地址表现形式
  • IPv6基本地址类型
  • IPv6先IPv4过度的策略
• 路由选择算法和路由协议
  • 路由算法分类
  • 路由选择协议
• RIP协议及距离向量算法
  • RIP协议
  • 距离向量算法
  • RIP协议报文格式
  • RIP特点
• OSPF协议和链路状态算法
  • OSPF协议
  • 链路状态路由算法
  • OSPF的区域
  • OSPF分组
  • OSPF其他特点
• BGP协议
  • BGP协议报文格式
  • BGP协议特点
  • BGP-4的四种报文
• 三种协议的比较
• IP组播
  • IP数据报三种传输方式
  • IP组播地址
  • 硬件组播
  • IGMP协议
  • 组播路由选择协议
• 移动IP
  • 相关术语
  • 通信过程
• 网络层设备
  • 路由器
  • 路由表与路由转发

网络层功能

主要任务是把分组从源端传到目的端,为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。

• 功能一:路由选择与分组转发
• 功能二:异构网络互联系
• 功能三:拥塞控制
  • 开环控制(静)
  • 闭环控制(动)

数据交换方式

电路交换

电路交换的阶段:建立连接(呼叫/电路建立)->通信->释放连接(拆除电路)

特点:独占链路

优点:1.通信时延小 2.有序传输 3.没有冲突 4.实时性强

缺点:1.建立连接时间长 2.线路独占,使用效率低 3.灵活性差 4.无差错控制能力

报文交换

报文:源应用发送的信息整体。

优点:1. 无需建立连接 2.存储转发,动态分配线路 3.线路可靠性较高 4.线路利用率较高 5.多目标服务

缺点:1.有存储转发时延 2.报文大小不定,需要网络节点有较大缓存控制

分组交换

分组:把大的数据库分割成小的数据块。

优点:1. 无需建立连接 2.存储转发,动态分配线路 3.线路可靠性较高 4.线路利用率较高 5.相对于报文交换,存储管理更容易

缺点:1.有存储转发时延 2.需要传输额外的信息量 3.乱序到目的主机时,要对分组排序重组

比较总结

1. 报文交换与分组交换都采用存储转发。
2. 传送数据量大,且传送时间远大于呼叫时,选择电路交换。电路交换传输时时延最小。
3. 从信道利用率看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换时延更少。

数据报方式&虚电路方式

数据报方式为网络层提供无连接服务。

虚电路方式为网络层提供连接服务。

无连接服务:不事先为分组的传输确定传输路径,每个分组独立确定传输路径,不同分组传输路径可能不同。

连接服务:首先为分组的传输确定传输路径(建立连接),然后沿该路径(连接)传输系列分组,系列分组传输路径相同,传输结束后拆除连接。

数据报

每个分组携带源和目的地址。

路由器根据分组的目的地址转发分组:基于路由协议/算法构建转发表;检索转发表;每个分组独立选路。

虚电路

虚电路将数据报方式与电路交换方式结合,以发挥两者优点。

虚电路:一条源主机到目的主机类似于电路的路径(逻辑连接),路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立,都维持一张虚电路表,每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

通信过程:

1. 建立连接(虚电路建立):每个分组携带虚电路号,而非目的地址。源主机发送"呼叫请求"分组并收到"呼叫应答"分组后才算建立连接。
2. 数据传输:全双工通信。
3. 释放连接(虚电路释放):源主机发送"释放请求",分组以拆除虚电路。

对比总结

	数据报服务	虚电路服务
连接的建立	不要	要
目的地址	每个分组都有完整的目的地址	仅在建立连接阶段使用,之后每个分组使用长度较短的虚电路号
路由选择	每个分组独立地进行路由选择和转发	属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发
分组顺序	不保证分组的有序到达	保证分组的有序到达
可靠性	不保证可靠通信,可靠性由用户主机来保证	可靠性由网络保证
对网络故障的适应性	出故障的结点丢失分组,其他分组路径选择发生变化,可正常传输	所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作
差错处理和流量控制	由用户主机进行流量控制,不保证数据报的可靠性	可由分组交换网负责,也可由用户主机负责

IP数据报

TCP/IP协议栈

IP数据报格式

首部	数据部分

• 版本:IPv4/IPv6

• 首部长度:单位是4B,最小为5。

• 区分服务:指示期望获得哪种类型的服务。

• 总长度:首部+数据,单位是1B。

• 标识:同一数据报的分片使用同一标识。

  标志:只有2位有意义 X_ _

  中间位DF(Don't Fragment):DF=1,禁止分片;DF=0,允许分片。

  最低位MF(More Fragment):MF=1,后面"还有分片";MF=0代表最后一片/没分片。

• 片偏移:指出较长分组分片后,某片在原分组中的相对为止。以8B位单位。(除了最后一个分片,每个分片长度一定是8B的整数倍)

• 生存时间(TTL):IP分组的保质期。经过一个路由器-1,变成0则丢弃。

• 协议:数据部分的协议。

协议名	ICMP	IGMP	TCP	EGP	IGP	UDP	IPv6	ESP	OSPF
字段值	1	2	6	8	9	17	41	50	89

• 首部检验和:只检验首部。

• 源IP地址和目的IP地址:32位

• 可选字段:0~40B,用来支持排错、测量以及安全等措施。

• 填充:全0,把首部补成4B的整数倍。

IPv4地址

IP地址:全世界唯一的32位/4字节标识符,标识路由器主机的接口。

分类的IP地址

网络类型	最大可用网络数	第一个可用的网络号	最后一个可用的网络号	每个网络种的最大主机数
A	(2^7-2)	1	126	(2^{24}-2)
B	(2^{14}-2)	128.1	191.255	(2^{16}-2)
C	(2^{21}-2)	192.0.1	223.255.255	(2^{8}-2)

弱点:

1. IP地址空间的利用率有时很低。
2. 两级IP地址不够灵活。

特殊的IP地址:

NetID 网络号	HostID 主机号	作为IP分组 源地址	作为IP分组 目的地址	用途
全0	全0	可以	不可以	本网范围内表示主句,路由器表种用于表示默认路由 (表示整个Internet网络)
全0	特定值	不可以	可以	表示本网内某个特定主机
全1	全1	不可以	可以	本网广播地址(路由器不转发)
特定值	全0	不可以	不可以	网络地址,表示一个网络
特定值	全1	不可以	可以	直接广播地址,对特定网络上的所有主机进行广播
127	任何数(非全0/1)	可以	可以	用于本地软件环回测试,称为环回地址

私有IP地址:

地址类型	地址范围	网段个数
A类	10.0.0.0~10.255.255.255	1
B类	172.16.0.0~172.31.255.255	16
C类	192.168.0.0~192.168.255.255	256

路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。

网络地址转换NAT:

网络地址转换NAT(Network Address Translation):在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件,安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器,它至少有一个有效的外部全球IP地址。

子网划分

两级IP地址:

网络号	主机号

三级IP地址:

网络号	子网号	主机号

子网号能否全0全1要看情况;主机号不能全0全1。

某单位划分子网后,对外仍表现为一个网络,即本单位外的网络看不见本单位内子网的划分。

子网掩码:网络号(子网号)全1,主机号全0。

子网掩码与IP地址逐位相与,就得到子网网络地址。

使用子网时分组的转发:

路由表中:1.目的网络地址 2.目的网络子网掩码 3.下一跳地址

路由转发分组的算法:

1. 提取目的IP地址
2. 是否直接交付
3. 特定主机路由
4. 检测路由表中有无路径
5. 默认路由0.0.0.0

无分类编址CIDR

无分类域间路由选择CIDR:

1. 消除了传统的A类,B类和C类地址以及划分子网的概念。

   网络前缀	主机号

   CIDR记法:IP地址后加上"/",然后写上网络前缀(可以任意长度)的位数。如:128.14.31.0/20

2. 融合子网地址与子网掩码,方便子网划分。

   CIDR把网络前缀都相同(位数相同)的连续的IP地址组成一个"CIDR地址块"。

构成超网:将多个子网聚合成一个较大的子网,叫做构成超网,或路由聚合。

方法:将网络前缀缩短

最长前缀匹配:使用CIDR时,查找路由表可能得到几个匹配结果,应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长,地址快越小,路由越具体。

ARP协议(MAC地址和IP地址的映射)

由于在实际网络的链路上传送数据帧时,最终必须使用MAC地址。

ARP协议:完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。(解决下一跳走哪的问题)

ARP协议使用过程:

检查ARP高速缓存,有对应表项则写入MAC帧,没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组,同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组,源主机收到后将此映射写入ARP缓存(10-20min更新一次)

ARP协议4种典型情况:

1. 主机A发给本网络上的主机B:用ARP找到主机B的硬件地址;
2. 主机A发给另一网络上的主机B:用ARP找到本网络上一个路由器(网关)的硬件地址;
3. 路由器发给本网络的主机A:用ARP找到主机A的硬件地址;
4. 路由器发给另一网络的主机B:用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。

ARP协议自动进行。

DHCP协议(动态获取地址)

动态主机配置协议DHCP时应用层协议,使用客户/服务器方式,客户端和服务端通过广播方式进行交互,基于UDP。

DHCP提供即插即用联网的机制,主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址,允许地址重用,支持移动用户加入网络,支持在用地址续租。

1. 主机广播DHCP发现报文

   试图找到网络中的DHCP服务器,服务器获得一个IP地址。

2. DHCP服务器广播DHCP提供报文
   服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置,先到先得。

3. 主机广播DHCP请求报文

   主机向服务器请求提供IP地址。

4. DHCP服务器广播DHCP确认报文

   正式将IP地址分配给主机。

ICMP协议

ICMP协议支持主机或路由器:差错(或异常)报告,网络探询。

ICMP差错报文

类型:

1. 终点不可达:当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。(无法交付)
2. 源点抑制:当路由器或主机由于拥塞而丢失数据报时,就向源点发送源点抑制报文,使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。(拥塞丢数据)
3. 时间超过:但路由器收到生存时间TTL=0的数据报时,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。(TTL=0)
4. 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。(首部字段有问题)
5. 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送给另外的路由器(可通过更好的路由)

ICMP差错报告报文数据字段:

不应发送ICMP差错报文的情况:

1. 对ICMP差错报文不再发送ICMP差错报告报文。
2. 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
3. 对具有组播地址的数据报不发送ICMP差错报告报文。
4. 对具有特殊地址(如:172.0.0.0或0.0.0.0)的数据报不发送ICMP差错报告报文。

ICMP询问报文

类型:

1. 回送请求和回答报文

   主机或路由器向特定目的主机发出的询问,收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。

2. 时间戳请求和回答报文

   请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。

3. 掩码地址请求和回答报文

4. 路由器询问和通告报文

ICMP应用

• PING:测试两个主机之间的连通性,使用了ICMP回送请求和回答报文。
• Traceroute:跟踪一个分组从源点到终点的路径,使用了ICMP时间超过差错报告报文。

IPv6地址

IPv6数据报格式

版本:指明了协议版本,总是6。

优先级:区分数据报的类别和优先级。

流标签:"流"是互联网络上从特定源点到特定终点的一系列数据报。所有属于同一个流的数据报都具有同样的流标签。

有效载荷长度:指明有效载荷的长度。

下一个首部:标识下一个扩展首部或上层协议首部。

跳数限制:相当于IPv4的TTL。

IPv6和IPv4

1. IPv6将地址从32位(4B)扩大到128位(16B),更大的地址空间。
2. IPv6将IPv4的校验和字段彻底移出,以减少每跳的处理时间。
3. IPv6将IPv4的可选字段移出首部,变成了扩展首部,成为灵活的首部格式,路由器通常不对扩展首部进行检查,大大提高了路由器的处理效率。
4. IPv6支持即插即用(即自动化配置),需要DHCP协议。
5. IPv6首部长度必须是8B的整数倍,IPv4首部是4B的整数倍。
6. IPv6只能在主机处分片,IPv4可以在路由器和主机处分片。
7. ICMPv6:附加报文类型"分组过大"。
8. IPv6支持资源的预分配,支持实时视像等要求,保证一定的带宽和时延的应用。
9. IPv6取消了协议字段,改成下一个首部字段。
10. IPv6取消了总长度字段,改用有效载荷长度字段。
11. IPv6取消了服务类型字段。

IPv6地址表现形式

一般形式:冒号十六进制记法:4BF5:AA12:0216:FEBC:BA5F:039A:BE9A:2170

压缩形式:

4BF5:0000:0000:0000:BA5F:039A:0000A:2176

---->4BF5:0:0:BA5F:39A:A:2176

零压缩:一连串连续的0可以被一对冒号取代。

FF05:0:0:0:0:0:0:B3---->FF05::B3

IPv6基本地址类型

• 单播:一对一通信;可做源地址+目的地址。
• 多播:一对多通信;可做目的地址。
• 任播:一对多的一个通信;可做目的地址。

IPv6先IPv4过度的策略

• 双栈协议:双栈协议技术就是指在一台设备上同时启动IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话,这台设备既能和IPv4网络通信,又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器,那么这台路由器的不同接口上,分别配置了IPv4地址和IPv6地址,并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机,那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址,并具备同时处理这两个协议地址的功能。

• 隧道技术:通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据(或负载)可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其他协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。

路由选择算法和路由协议

最佳路由:"最佳"只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择而已。

路由算法分类

• 静态路由算法(非自适应路由算法):管理员手工配置路由信息。

  优点:简便、可靠,在负荷稳定、拓扑变化不大的网络种运行效果很好,广泛用于高度安全性的军事网络和较小的商业网络。

  缺点:路由更新慢,不使用大型网络。

• 动态路由算法(自适应路由算法):路由器间彼此交换信息,按照路由算法优化出路由表项。

  优点:路由更新快,适用于大型网络,及时响应链路费用或网络拓扑变化。

  缺点:算法复杂,增加网络负担。

  • 全局性:链路状态路由算法(OSPF)

    所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息。

  • 分散性:距离向量路由算法(RIP)

    路由器只掌握物理相连的邻居和链路费用。

路由选择协议

1. 因特网规模很大
2. 许多单位不想让外界知道自己选择协议,但还想连入因特网

自治系统AS:在单一计数管理下的一组路由器,而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由,同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由。

一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖,一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须连通。

• 内部网关协议IGP:一个AS内使用的RIP、OSPF
• 外部网关协议EGP:AS之间使用的BGP

RIP协议及距离向量算法

RIP协议

RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议,是因特网的协议标准,最大优点是简单。

RIP协议要求网络中每一个路由器都维护从它自己到其他每一个目的网络的唯一最佳距离记录(即一组距离)。

距离,通常为"跳数",即从源端口到目的端口所经过的路由器个数,经过一个路由器跳数+1。特别的,从一路由器到直接连接的网络距离为1。RIP允许一条路由最多只能包含15个路由器,因此距离为16表示网络不可达。

------->RIP协议只适用于小互联网。

RIP协议的特点:

1. 仅和相邻路由器交换信息。

2. 路由器交换的信息是自己路由表。

3. 每30秒交换一次路由信息,然后路由器根据更新信息更新路由表。若超过180s没收到邻居路由的通告,则判定邻居没了,并更新自己路由表。

   路由器刚开始工作时,只知道直接连接的网络的距离(距离为1),接着每一个路由器也之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,所有路由器最终都会知道到达本自治系统任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址,即"收敛"。

距离向量算法

1. 修改相邻路由器发来的RIP报文中所有表项

   对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文,修改此报文中的所有项目:把"下一跳"字段中的地址改为X,并把所有的"距离"字段+1。

2. 对修改后的RIP报文中的每一个项目,进行以下步骤:

   1. 路由表中若没有该目的网络,则把该项目填入该路由表中
   2. 路由表中若有该目的网络,则查看下一跳路由器地址:
      • 若下一跳是X,则用收到的项目替换源路由表中的项目
      • 若下一跳不是X,原来距离比从X走的距离远则更新,否则不做处理。

3. 若180s还没收到相邻路由器X的更新路由表,则把X记为不可达的路由器,即把距离设置为16。

4. 返回

RIP协议报文格式

RIP是应用层协议,使用UDP传送数据。

一个RIP报文最多可包括25个路由,如超过,必须再用一个RIP报文传送。

RIP特点

RIP的特点:当网络出现故障时,要经过比较长的时间(例如数分钟)才能将此信息传送到所有的路由器,"慢收敛"。(好消息传得快,坏消息传得慢)

OSPF协议和链路状态算法

OSPF协议

开放最短路径优先OSPF协议:"开放"标明OSPF协议不是受某一家厂商控制,而是公开发表的;"最短路径优先"是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。

OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议。

OSPF协议的特点:

1. 使用洪泛法向自治系统内所有路由器发送信息,即路由器通过输出端口向所有相邻的路由器发送信息,而每一个相邻路由器又再次将此信息发往其相邻的路由器。(广播)

   ------->最终整个区域内所有路由器都得到了这个信息的一个副本。

2. 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态(本路由器和那些路由器相邻,以及该链路的度量/代价--费用、距离、时延、带宽等)。

3. 只有当链路状态发生变化时,路由器才向所有路由器洪泛发生此信息。

最后,所有路由器都建立一个链路状态数据库,即全网拓扑图。

链路状态路由算法

1. 每个路由器发现它的邻居结点(发送HELLO问候分组),并了解邻居节点的网络地址。(10秒发送一次)
2. 设置到它的每个邻居的成本度量metric。
3. 构造DD数据库描述分组,向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息。
4. 如果DD分组中的摘要自己都有,则邻站不做处理;如果有没有的或者更新的,则发送LSR链路状态请求分组,请求自己没有的和比自己更新的信息。
5. 收到邻站的LSR分组后,发送LSU链路状态更新分组进行更新。
6. 更新完毕后,邻站返回一个LSAck链路状态确认分组进行确认。

只要一个路由器的链路状态发生变化:

5. 泛洪发生LSU链路状态更新分组进行更新。
6. 更新完毕后,其他站返回一个LSAck链路状态确认分组进行确认。
7. 使用Dijkstra根据自己的链路状态数据可构造到其他节点间的最短路径。

OSPF的区域

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。

每个区域都有一个32位的区域标识符(用点分十进制表示)。区域也不能太大,在一个区域内的路由器最好不超过200个。

OSPF分组

OSPF其他特点

1. 每隔30min,要刷新一次数据库中的链路状态。
2. 由于一个路由器的链路状态至涉及到与相邻路由器的连通状态,因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时,OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。
3. OSPF不存在坏消息传的慢的问题,它的收敛速度很快。

BGP协议

特点:

1. 与其它AS(自治系统)的邻站BGP发言人交换信息。
2. 交换的网络可达性的信息,即要到达某个网络所要经过一系列AS。
3. 发生变化时更新有变化的部分。

BGP协议报文格式

一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息,就要先建立TCP连接,即通过TCP传送,然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话(session),利用BGP会话交换路由信息。

BGP是应用层协议,借助TCP传送。

BGP协议特点

• BGP支持CIDR,因此BGP的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器,以及到达该目的网路所要经过的各个自治系统序列。
• 在BGP刚刚运行时,BGP的邻站是交换整个的BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销都有好处。

BGP-4的四种报文

1. OPEN(打开)报文:用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系,并认证发送方。
2. UPDATA(更新)报文:通告新路径或撤销源路径。
3. KEEPALIVE(保活)报文:在无 UPDATA时,周期性证实邻站的连通性;也作为OPEN的确认。
4. NOTIFICATION(通知)报文:报告先前报文的差错;也被用于关闭连接。

三种协议的比较

协议	RIP	OSPF	BGP
类型	内部	内部	外部
路由算法	距离-向量	链路状态	路径-向量
传递协议	UDP	IP	TCP
路径选择	跳数最少	代价最低	较好,非最佳
交换结点	和本结点相邻的路由器	网络中的所有路由器	和本结点相邻的路由器
交换内容	当前本路由器知道的全部信息,即自己的路由表	与本路由器相邻的所有路由器的链路状态	首次	整个路由表
			非首次	有变化的部分

IP组播

IP数据报三种传输方式

1. 单播:单播用于发送数据包到单个目的地,且每发送一份单播报文都使用一个单播IP地址作为目的地址。是一种点对点传输方式。
2. 广播:广播是指发送数据包到同一广播域或子网内的所有设备的一种数据传输方式,是一种点对多点传输方式。
3. 组播(多播):单网络中的某些用户需要特定数据时,组播数据发送者仅发送一次数据,借助组播路由协议位组播数据包建立组播分发树,被传递的数据到达距离用户端尽可能近的节点后才开始复制和分发,是一种点对多点传输方式。

IP组播地址

IP组播地址让源设备能够将分组发送给一组设备。属于多播组的设备将被分配一个组播组IP地址(一群共同需求主机的相同标识)。

组播地址范围为224.0.0.0~239.255.255.255(D类地址),一个D类地址表示一个组播组。只能用作分组的目的地址。源地址总是为单播地址。

特点:

1. 组播数据报也是"尽最大努力交付",不提供可靠交付,应用于UDP。
2. 对组播数据报不产生ICMP差错报文。
3. 并非所有D类地址都可以作为组播地址。

IP组播的两个情况:

1. 局域网硬件组播
2. 在因特网的范围内进行组播

硬件组播

同单播地址一样,组播IP地址也需要相应的组播MAC地址在本地网络中实际传送帧。组播MAC地址以十六进制值01-00-5E打头。余下的6个十六进制是根据IP组播组地址的最后23位转换得到的。

TCP/IP协议使用的以太网多播地址的范围是:从01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF。

收到多播数据报的主机,还要在IP层利用软件进行过滤,把不是本主机要接收的数据报丢弃。

IGMP协议

IGMP协议让路由器知道本局域网上是否有主机(的进程)参加或退出了某个组播组。

IGMP使用IP数据报传递报文。

工作的两个阶段:

1. 某主机要加入组播组时,该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文,声明自己要成为该组的成员。

   本地组播路由器收到IGMP报文后,要利用组播路由选择协议把这组关系发给因特网上的其他组播路由器。

2. 本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机,以便知道这些主机是否还是组播组的成员。

   只要有一个主机对某个组响应,那么组播路由器就认为这个组是活跃的;如果经过几次探询没有一个主机响应,组播路由器就认为本网络上的没有此组播组的主机,因此就不再把这组的成员关系发给其他的组播路由器。

组播路由器知道的成员关系只是所连接的局域网有无组播组的成员。

组播路由选择协议

组播路由协议协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发数。

构造数可以避免在路由器之间兜圈子。

对不同的多播组对应于不同的多播转发数;同一多播组,对不同的源点也会有不同的多播转发数。

组播路由选择协议常使用的三种算法:

1. 基于链路状态的路由选择
2. 基于距离-向量的路由选择
3. 协议无关的组播(稀疏/密集)

移动IP

相关术语

移动IP技术是移动结点(计算机/服务器等)以固定的网络IP地址,实现跨越不同网段的漫游功能,以保证基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。

• 移动结点:具有永久IP地址的移动设备。
• 归属代理(本地代理):一个移动结点拥有的就"居所"称为归属网络,在归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体叫做归属代理。
• 外部代理(外地代理):在外部网络中帮助移动节点完成移动管理功能的实体称为外部代理。
• 永久地址(归属地址/主地址):移动站点在归属网络中的原始地址。
• 转变地址(辅地址):移动站点在外部网络使用的临时地址。

通信过程

A刚进入外部网络:

1. 在外部代理登记获得一个转交地址,离开时注销。
2. 外地代理向本地代理登记转交地址。

B(另外的主机或路由器)给A(位于外部网络)发送数据报:

1. 本地代理截获数据报。
2. 本地代理再封装数据包报,新的数据报目的地址是转交地址,发给外部代理(隧道)。
3. 外部代理拆封数据报并发给A。

A给B发送数据报:

• A用自己的主地址作为数据报源地址,用B的IP地址作为数据报的目的地址。

A移动到了下一个网络:

1. 在新的外部代理登记注册一个转交地址。
2. 新外部代理给本地代理发送新的转交地址(覆盖旧的)。
3. 通信。

A回到了归属网络:

1. A向本地代理注销转交地址。
2. 按原始方式通信。

网络层设备

路由器

路由器是一种具有多个输入输出端口和多个输出端口的专用计算机,其任务是转发分组。

路由选择处理机:根据所选定的路由选择协议构造处路由表,同时经常或定期地和相邻路由器交换路由细腻些而不断地更新和维护路由表。

交换结构:根据转发表(路由表得来)对分组进行转发。

若收到RIP/OSPF分组等,则把分组送往路由选择处理机;若收到数据分组,则查找转发表并输出。

输入端口对线路上收到的分组的处理:

输入端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的。

输出端口将交换结构传送来的分组发送到线路:

若路由器处理分组的速度赶不上分组进行队列的速率,则队列的存储空间最终必定减少到零,这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。

路由器中的输入或输出队列产生溢出时造成分组丢失的重要原因。

路由表与路由转发

路由表根据路由选择算法得出的,主要用途是路由选择,总用软件实现。

转发表有路由表得来,可以用软件实现,也可以用特殊的硬件来实现。转发表必须包含完成转发功能所必须的信息,在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息的映射。

作者：Ligo丶

出处：https://www.cnblogs.com/Ligo-Z/

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