2017-03-04 17:19:22 spfLinux 阅读数 4425
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    本课程和“入门的计算机网络基础视频课程(上)”一起,是对笔者出版的《深入理解计算机网络》图书中主要的计算机网络基础知识进行了全面地更新、提高和完善。这两个课程主要内容包括计算机网络的发展历程、计算机网络组成、各种计算机网络拓扑结构、计算机网络体系结构、网络通信原理、以太网规范、IPv4地址及子网划分与聚合、IPv6地址分类等内容,并例举了上百道各种考试的试题进行了深入讲解。

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1、下面的总结针对前言和1-15页

2、因特网生态系统

3、TCP分岔通常用于优化云服务的性能

4、Featuring the Internet:因特网特色

5、因特网是一种革命性和破坏性的技术(都体会到了)

6、因特网是“网络中的网络”

7、主机 = 端系统

8、端系统通过通信链路和分组交换机连接到一起

9、链路层交换机通常用于接入网中,而路由器通常用于网络核心中(因为链路层交换机能减少冲突)

10、端系统通过因特网服务提供商(ISP)接入因特网,每个ISP是一个由多个分组交换机和多段通信链路组成的网络,各ISP为端系统提供了各种不同类型的网络接入,因特网就是将端系统彼此互联,因此为端系统提供接入的ISP也必须互联

11、TCP(传输控制协议)和IP(网际协议)  IP协议定义了在路由器和端系统之间发送和接收的分组格式  因特网的主要协议统称为TCP/IP

12、因特网标准由因特网工程任务组(IETF)研发。IETF的标准文档称为请求评论(RFC)

13、应用程序成为分布式应用程序,因为它们涉及多台相互交换数据的端系统

14、与因特网相连的端系统提供了一个应用程序编程接口(API),该API规定了运行在一个端系统上的软件请求因特网基础设施向运行在另一个端系统上的特定目的地软件交付数据的方式。因特网API是一套发送软件必须遵循的规则集合,因此因特网能够将数据交付给目的地

15、主机被划为两类:客户和服务器

16、接入网:端系统连接到其边缘路由器(第一台)的物理链路



2017-06-02 10:00:00 weixin_33798152 阅读数 74
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    本课程和“入门的计算机网络基础视频课程(上)”一起,是对笔者出版的《深入理解计算机网络》图书中主要的计算机网络基础知识进行了全面地更新、提高和完善。这两个课程主要内容包括计算机网络的发展历程、计算机网络组成、各种计算机网络拓扑结构、计算机网络体系结构、网络通信原理、以太网规范、IPv4地址及子网划分与聚合、IPv6地址分类等内容,并例举了上百道各种考试的试题进行了深入讲解。

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本节书摘来华章计算机《计算机网络:自顶向下方法(原书第6版)》一书中的第1章 ,第1.7节,(美)James F.Kurose Keith W.Ross 著 陈 鸣 译 更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

1.7 计算机网络和因特网的历史

1.1节到1.6节概述了计算机网络和因特网的技术。你现在应当有足够的知识来给家人和朋友留下深刻印象了。然而,如果你真的想在下次鸡尾酒会上一鸣惊人,你应当在你的演讲中点缀上一些有关因特网引人入胜的历史轶闻[Segaller 1998]。

1.7.1 分组交换的发展:1961~1972

计算机网络和今天因特网领域的开端可以回溯到20世纪60年代的早期,那时电话网是世界上占统治地位的通信网络。1.3节讲过,电话网使用电路交换将信息从发送方传输到接收方,这种适当的选择使得语音以一种恒定的速率在发送方和接收方之间传输。随着20世纪60年代早期计算机的重要性越来越大,以及分时计算机的出现,考虑如何将计算机连接在一起,并使它们能够被地理上分布的用户所共享的问题,也许就成了一件自然的事。这些用户所产生的流量很可能具有“突发性”,即活动的间断性,例如向远程计算机发送一个命令,接着由于在等待应答或在对接收到的响应进行思考而有静止的时间段。
全世界有3个研究组首先发明了分组交换,以作为电路交换的一种有效的、健壮的替代技术。这3个研究组互不知道其他人的工作[Leiner 1998]。有关分组交换技术的首次公开发表出自Leonard Kleinrock[Kleinrock 1961,Kleinrock 1964],那时他是麻省理工学院(MIT)的一名研究生。Kleinrock使用排队论,完美地体现了使用分组交换方法处理突发性流量源的有效性。1964年,兰德公司的Paul Baran[Baran 1964]已经开始研究分组交换的应用,即在军用网络上传输安全语音,同时在英国的国家物理实验室(NPL),Donald Davies和Roger Scantlebury也在研究分组交换技术。
MIT、兰德和NPL的工作奠定了今天的因特网的基础。但是因特网也经历了很长的“边构建边示范(let’s-build-it-and-demonstrate-it)”的历史,这可追溯到20世纪60年代早期。J.C.R.Licklider[DEC 1990]和Lawrence Roberts都是Kleinrock在MIT的同事,他们转而去领导美国高级研究计划署(Advanced Research Projects Agency,ARPA)的计算机科学计划。Roberts公布了一个号称ARPAnet[Roberts 1967]的总体计划,它是第一个分组交换计算机网络,是今天的公共因特网的直接祖先。在1969年的劳动节,第一台分组交换机在Kleinrock的监管下安装在UCLA(美国加州大学洛杉矶分校),其他3台分组交换机不久后安装在斯坦福研究所(Stanford Research Institute,SRI)、美国加州大学圣巴巴拉分校(UC Santa Barbara)和犹他大学(University of Utah)(参见图1-26)。羽翼未丰的因特网祖先到1969年年底有了4个结点。Kleinrock回忆说,该网络的最先应用是从UCLA到SRI执行远程注册,但却导致了该系统的崩溃[Kleinrock 2004]。

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到了1972年,ARPAnet已经成长为约15个结点,由Robert Kahn首次对它进行了公众演示。在ARPAnet端系统之间的第一台主机到主机协议称为网络控制协议(NCP),就是此时完成的[RFC 001]。随着端到端协议的可供使用,这时能够写应用程序了。在1972年,Ray Tomlinson编写了第一个电子邮件程序。

1.7.2 专用网络和网络互联:1972~1980

最初的ARPAnet是一个单一的、封闭的网络。为了与ARPAnet的一台主机通信,一台主机必须与另一台ARPAnet IMP实际相连。从20世纪70年代早期和中期,除ARPAnet之外的其他分组交换网络问世:ALOHAnet是一个微波网络,它将夏威夷岛上的大学[Abramson 1970],以及DARPA的分组卫星[RFC 829]和分组无线电网 [Kahn 1987]连接到一起;Telenet是BBN的商用分组交换网,基于ARPAnet技术;由Louis Pouzin领衔的Cyclades是一个法国的分组交换网[Think 2012];如Tymnet和GE信息服务网这样的分时网络,以及20世纪60年代后期和70年代初期的类似网络[Schwartz 1977];IBM的SNA(1996~1974),它与ARPAnet并行工作[Schwartz 1977]。
网络的数目开始增加。时至今日人们看到,研制将网络连接到一起的体系结构的时机已经成熟。互联网络的先驱性工作(得到了美国国防部高级研究计划署(DARPA)的支持)由Vinton Cerf和Robert Kahn [Cerf 1974]完成,本质上就是创建一个网络的网络;术语网络互联(internetting)就是用来描述该项工作的。
这些体系结构的原则被具体表达在TCP协议中。然而,TCP的早期版本与今天的TCP差异很大。TCP的早期版本与数据可靠的顺序传递相结合,经过具有转发功能(今天该功能由IP执行)的端系统的重传(仍是今天的TCP的一部分)。TCP的早期实验以及认识到对诸如分组语音这样的应用程序——一个不可靠、非流控制的端到端传递服务的重要性,导致IP从TCP中分离出来,并研制了UDP协议。我们今天看到的3个重要的因特网协议——TCP、UDP和IP,到20世纪70年代末在概念上已经完成。
除了DARPA的因特网相关研究外,许多其他重要的网络活动也在进行中。在夏威夷,Norman Abramson正在研制ALOHAnet,这是一个基于分组的无线电网络,它使在夏威夷岛上的多个远程站点互相通信。ALOHA协议[Abramson 1970]是第一个多路访问协议,允许地理上分布的用户共享单一的广播通信媒体(一个无线电频率)。Metcalfe和Boggs基于Abramson的多路访问协议,研制了基于有线的共享广播网络的以太网协议[Metcalfe 1976]。令人感兴趣的是,Metcalfe和Boggs的以太网协议是由连接多台PC、打印机和共享磁盘在一起的需求所激励的[Perkins 1994]。在PC革命和网络爆炸的25年之前,Metcalfe和Boggs就奠定了今天PC LAN的基础。

1.7.3 网络的激增:1980~1990

到了20世纪70年代末,大约200台主机与ARPAnet相连。到了20世纪80年代,连到公共因特网的主机数量达到100000台。20世纪80年代是联网主机数量急剧增长的时期。
这种增长导致了几个创建计算机网络将大学连接到一起的显著成果。BITNET为位于美国东北部的几个大学之间提供了电子邮件和文件传输。建立了CSNET(计算机科学网),以将还没有接入ARPAnet的大学研究人员连接在一起。1986年,建立了NSFNET,为NSF资助的超级计算中心提供接入。NSFNET最初具有56kbps的主干速率,到了20世纪80年代末,它的主干运行速率是1.5Mbps,并成为连接区域网络的基本主干。
在ARPAnet界中,许多今天的因特网体系结构的最终部分逐渐变得清晰起来。1983年1月1日见证了TCP/IP作为ARPAnet的新的标准主机协议的正式部署,替代了NCP协议。从NCP到TCP/IP的迁移[RFC 801]是一个标志性事件,所有主机被要求在那天转移到TCP/IP上去。在20世纪80年代后期,TCP进行了重要扩展,以实现基于主机的拥塞控制[Jacobson 1988]。还研制出了DNS(域名系统),用于把人可读的因特网名字(例如gaia.cs.umass.edu)映射到它的32比特IP地址[RFC 1034]。
在20世纪80年代初期,在ARPAnet(这绝大多数是美国努力的成果)发展的同时,法国启动了Minitel项目,这个雄心勃勃的计划是让数据网络进入每个家庭。在法国政府的支持下,Minitel系统由公共分组交换网络(基于X.25协议集)、Minitel服务器和具有内置低速调制解调器的廉价终端组成。Minitel于1984年取得了巨大的成功,当时法国政府向每个需要的住户免费分发一个Minitel终端。Minitel站点包括免费站点(如电话目录站点),以及一些专用站点。这些专用站点根据每个用户的使用来收取费用。在20世纪90年代中期的鼎盛时期,Minitel提供了20000多种服务,涵盖从家庭银行到特殊研究数据库的广泛范围。Minitel在大量法国家庭中存在了10年后,大多数美国人才听说因特网。

1.7.4 因特网爆炸:20世纪90年代

20世纪90年代出现了许多标志因特网持续革命和很快到来的商业化的事件。作为因特网祖先的ARPAnet已不复存在。1991年,NSFNET解除了对NSFNET用于商业目的的限制。NSFNET自身于1995年退役,这时因特网主干流量则由商业因特网服务提供商负责承载。
然而,20世纪90年代的主要事件是万维网(World Wide Web)应用程序的出现,它将因特网带入世界上数以百万计的家庭和企业中。Web作为一个平台,也引入和配置了数百个新的应用程序,其中包括搜索(如谷歌和Bing)、因特网商务(如亚马逊和eBay)和社交网络(如脸谱),对这些应用程序我们今天已经习以为常了。
Web是由Tim Berners-Lee于1989~1991年期间在CERN发明的[Berners-Lee 1989],最初的想法源于20世纪40年代Vannevar Bush [Bush 1945]和20世纪60年代以来Ted Nelson[Xanadu 2007]在超文本方面的早期工作。Berners-Lee和他的同事研制了HTML、HTTP、Web服务器和浏览器的初始版本,这是Web的4个关键部分。到了1993年末前后,大约有200台Web服务器在运行,而这些只是正在出现的Web服务器的冰山一角。就在这个时候,几个研究人员研制了具有GUI接口的Web浏览器,其中的Marc Andreessen和Jim Clark一起创办了Mosaic Communications公司,该公司就是后来的Netscape通信公司[Cusmano 1998;Quittner 1998]。到了1995年,大学生们每天都在使用Netscape浏览器在Web上冲浪。大约在这段时间,大大小小的公司都开始运行Web服务器,并在Web上处理商务。1996年,微软公司开始开发浏览器,这导致了Netscape和微软之间的浏览器之战,并以微软公司在几年后获胜而告终[Cusumano 1998]。
20世纪90年代的后5年是因特网飞速增长和变革的时期,伴随着主流公司和数以千计的后起之秀创造因特网产品和服务。到了2000年末,因特网已经支持数百流行的应用程序,包括以下4种备受欢迎的应用程序:

  • 电子邮件,包括附件和Web可访问的电子邮件。
  • Web,包括Web浏览和因特网商务。
  • 即时讯息(instant messaging),具有联系人列表。
  • MP3的对等(peer-to-peer)文件共享,由Napster所领衔。

值得一提的是,前两个应用程序出自专业研究机构,而后两个却由一些年轻创业者所发明。
1995~2001年,这段时间也是因特网在金融市场上急转突变的时期。在成为有利可图的公司之前,数以百计的新兴因特网公司靠首次公开募股(IPO)并在股票市场上交易起家。许多公司身价数十亿美元,却没有任何主要的收入渠道。因特网的股票在2000~2001年崩盘,导致许多创业公司倒闭。不过,也有许多公司成为因特网世界的大赢家,包括微软、思科、雅虎、e-Bay、谷歌和亚马逊。

1.7.5 最新发展

计算机网络中的变革继续以急促的步伐前进。所有的前沿研究正在取得进展,包括部署更快的路由器和在接入网和网络主干中提供更高的传输速率。但下列进展值得特别关注:

  • 自2000年开始,我们见证了家庭宽带因特网接入的积极发展——不仅有电缆调制解调器和DSL,而且有光纤到户,这些在1.2节中讨论过。这种高速因特网为丰富的视频应用创造了条件,包括用户生成的视频的分发(例如YouTube),电影和电视节目流的点播(例如Netflix)和多人视频会议(例如Skype)。
  • 高速(54Mbps及更高)公共WiFi网络和经过3G和4G蜂窝电话网的中速(高达几Mbps)因特网接入越来越普及,不仅使在运动中保持持续连接成为可能,也产生了新型特定位置服务。2011年,与因特网连接的无线设备的数量超过了有线设备的数量。高速无线接入为手持计算机(iPhone、安卓手机、iPad等)的迅速出现提供了舞台,这些手持计算机具有对因特网持续不断和无拘束接入的优点。
  • 诸如脸谱和推特(Twitter)这样的在线社交网络已经在因特网之上构建了巨大的人际网络。许多因特网用户今天主要“活在”脸谱中。通过他们的API,在线社交网络为新的联网应用和分布式游戏创建了平台。
  • 如在1.3.3节中所讨论的,在线服务提供商如谷歌和微软已经部署了自己的广泛的专用网络。该专用网络不仅将它们分布在全球的数据中心连接在一起,而且通过直接与较低层ISP对等连接,能够尽可能绕过因特网。因此,谷歌几乎可以立即提供搜索结果和电子邮件访问,仿佛它们的数据中心运行在自己的计算机之中一样。
  • 许多因特网商务公司在“云”(如亚马逊的EC2、谷歌的应用引擎、微软的Azure)中运行它们的应用。许多公司和大学也已经将它们的因特网应用(如电子邮件和Web集合)迁移到云中。云公司不仅可以为应用提供可扩展的计算和存储环境,也可为应用提供对其高性能专用网络的隐含访问。
2019-07-06 22:13:00 weixin_30659829 阅读数 94
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 第六章讲的是:链路层和局域网。

 链路层有两种不同的信道:一是广播信道;二是点对点通信链路。

 在通过特定的链路时,传输节点将数据报封装在链路层帧中,并将该帧传到链路中。

 提供的服务:成帧,链路接入,可靠交付,差错检测和纠正。

 

链路层的主体部分是在网络适配器中实现的。其核心是链路层控制器,实现了许多链路层服务的专用芯片。

 

差错检测的3种技术:奇偶校验、检验和方法、循环冗余检测。

 

多路访问链路和协议

点对点:由链路一端的单个发送方和链路另一端的单个接收方组成。

广播链路:让多个发送方和接收节点都连接到相同的、单一的、共享的广播信道上。

 

协议主要有以下三种类型:1、信道划分协议;2、随机接入协议;3、轮流协议。

  1、信道划分协议

     1.1 TDM(时分多路复用):类似于在聚会上,让每个客人在固定的时间发言。

     1.2 FDM(频分多路复用):将信道划分为不同的频段(每个频段具有R/N带宽),并把每个频率分配给N个节点中的一个。

     1.3 CDMA(码分多址):对每个节点分配一种不同的编码。

交换局域网

 交换机运行在链路层,它们交换链路层帧。

地址解析协议(ARP):将IP地址转换为链路层地址。

MAC地址:链路层地址,是唯一的。由IEEE管理。

 

以太网是目前最流行的局域网技术。

 

web页面请求的历程

这小节是对前面的协议做个总结。

有以下几个步骤:1、网络相关的动作是运行DHCP协议,以从本地DHCP服务器获得一个IP地址以及其他信息。

 2、使用DNS协议提供名字到IP地址的转换服务,获得访问的IP地址。

 3、web客户-服务器交互:TCP和HTTP。先生成TCP套接字,执行三次握手。最后浏览器读取HTTP响应,显示网页。

转载于:https://www.cnblogs.com/luoa/p/11144386.html

2018-07-18 10:12:41 qq_37993487 阅读数 126
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第一章 计算机网络和因特网

博文为博主复习期末考试时做的的书本小笔记和大纲(书本为《计算机网络自顶向下方法》第六版),同时也部分参考了网上的资料

具体构成

1.端系统通过通讯链路(communication link) 和 分组交换机(packet switch)连接在一起
2.传输速率bit/s,bps
3.端系统通过ISP接入因特网
4.因特网的主要协议是TCP/IP

接入网

1.DSL(电话线,利用不同载频传输声音、数据,多路复用器):利用已有的电话线连接中心局的DSLAM,数据通讯通过DSL电话线接入Internet,语音痛过DSL电话线接入电话网(upstream Mbps < 2.5, downstream < 24Mbps),不同的DSL**独占**至中心局的接入
2.电缆网络(有线电视,频分多路复用)HFC(混合光纤同轴电缆),非对称,共享
3.FTTH:从中心局出来的每一条光纤实际上由许多家庭共享,直到相对接近这些家庭的位置,该光纤才分成每户一根
4.有线局域网流行:以太网
5.无线接入:主机连接基站

  • 无线局域网WIFI(LANS)
  • 广域无限接入

分组交换

1.端系统彼此交换报文,源将报文划分为较小的数据块,称之为分组

储存转发传输

1.多数分组交换机在链路的输入端使用储存转发传输

电路交换

1.通过网络链路和交换机移动数据有两种基本方法:

  • 电路交换
  • 分组交换

2.在电路交换网络中,在端系统间通讯会话期间,预留了端系统间通信沿路径所需要的资源(缓存,链路传输速率);但是在分组交换网络中,这些资源则不是预留的,会话的报文按需使用这些资源
3.频分复用FDM:每条电路连续得到部分带宽
4.时分复用TDM:每条电路在短时间间隔(即时隙)中周期性得到所有带宽

计算机网络性能

1.速率:比特率,单位时间传输比特量
2.带宽:网络中的带宽通常是指数字信道所能传送的最高数据率b/s
3.时延:delay -> 排队的分组; loss 丢包 -> 可用缓存满了,到达的分组就会被丢弃
4.四种分组延迟

  • proc:结点处理延迟,一般 < msec
  • queue:排队延迟(特殊:因为它不确定)
  • trans:传输延迟: L/R
  • prop:传播延迟: d/s, s为信号传播速度

5.丢包现象和丢包率
6.吞吐量:发送端与接受端之间的传送数据速率。min{Rs,Rc}

计算机网络的体系结构

1.组成:
2.怎么描述(计算机网络体系结构):分层结构
3.每一层遵循某一些网络协议
4. 实体:表示任何可以发送或者接受消息的硬件或者软件进程

因特网的协议栈

1.应用层:支持各种网络应用:ftp,smtp,http,dns;我们把这种位于应用层的信息分组称为报文
2.运输层:进程-进程的数据传输(tcp,ip),此层的分组称为segment
3.网络层:源主机到目的主机的数据分组路由和转发:ip协议、路由协议 ->加数据报文datagram
4.链路层:相邻网络元素(主机、交换、路由器等)的数据传输 -> 我们把此层分组称为帧(frame)
5.物理层:比特传输

封装

1.描述:

2019-06-23 20:47:02 u010825931 阅读数 60
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一:概述

1.网络层作用:将分组从发送主机移动到接收主机。

2.构造网络层分组交付的方法:数据报模式、虚电路模式。

3.编址

4.转发和路由选择 

5.分组转发涉及到的技术:

分组转发,网际协议(IP),网络层编址,IPv4数据报格式,网络地址转换(NAT),数据报分段,因特网控制报文协议(ICMP),IPv6

6.路由选择:

任务:决定从发送方到接收方的好的路径

路由选择算法:链路状态算法,距离矢量算法、等级制路由选择方法

因特网自治系统内部的路由选择协议(RIP、OSPF、IS-IS)

因特网自治系统之间的路由选择协议(BGP)

7.路由器的主要作用:将数据报从入链路转发到出链路。路由器具有截断的协议栈, 即没有网络层以上的部分。

8.转发表(forwarding table):每台路由器都有一张转发表。key:首部,value:出链路

9.路由器中的转发表是如何配置的?

10.分组交换机:根据分组首部字段的值,从输入链路接口到输出链路接口转移分组

(1)链路层交换机:基于链路层字段中的值做转发决定

(2)路由器:基于网络层字段中的值做转发决定。

11.网络服务模型

计算机网络体系结构:因特网(数据报网络),AMT(虚电路网路),帧中继(虚电路网络)

CBR(Constant Bit Rate):恒定比特率

ABR(Available Bit Rate):可用比特率

二.虚电路和数据报网络

1.网络层提供的服务:无连接服务和连接服务

虚电路网路(Virtual-Circuit VC):仅在网络层提供连接服务的计算机网路,虚电路的概念来源于电话界。它采用了真正的电路。

数据报网路(datagram network):仅在网络层提供无连接服务的计算机网路。

虚电路网路和数据报网路是计算机网络的两种基本类型。

2.虚电路网路生命周期:

(1)虚电路建立:网络层会指定路径并为每条链路指定VC号,并且每个路由表添加VC号表项

(2)数据传送

(3)虚电路拆除:每个路由表拆除VC号表项

3.虚电路网络和TCP的区别:

4.数据报网络

 5.转发实例:

注意:当前缀匹配多个时,使用最长前缀匹配规则。

数据报网络中的转发表是通过路由选择算法进行修改的,通常1~5分钟左右更新一次转发表。

因为在数据报网络中的转发表能够在任何时刻修改,所以从一个端系统到另一个端系统发送一系列分组可能在通过网络时走不同的路径,并可能无序到达。

三.路由器工作原理

2.路由器转发平面:输入端口,输出端口和交换结构共同实现了转发功能,并且总是用硬件实现。以纳秒时间尺度运行。

为何要用硬件来实现:比如10Gbps带宽的输入链路和64字节的IP数据报,其输入端口在另一个数据报到达前仅有51.2纳秒来处理数据报。而这个速率已经远快过软件的实现速率。

3.路由器控制平面:即执行路由器选择协议,对上线或下线的连接链路进行响应。通常用软件实现,并在路由选择处理器上执行(通常是一种传统的CPU)。以毫秒时间尺度运行。

4.输入端口

(1)线路端接:实现物理层功能

(2)数据链路处理:实现链路层功能  

(3)查找,转发,排队:

a.查找:使用转发表来查找输出端口(最长前缀匹配法)。转发表是由路由选择处理器来计算和更新的。     

使用硬件进行查找,快速查找算法,好的内存条。

b.排队:转发进入交换结构时,交换结构可能阻塞,所以需要排队进入交换结构。

4.匹配+动作  抽象模型思想

5.交换结构

三种交换结构:

(1)经内存交换:

(2)经总线交换:

(3)经互联网交换:

6.输出端口:和输入端口对称

7.何处出现排队

输入输出端口处都会出现排队。当缓存消耗完时,会出现丢包现象。

四.网际协议

1.因特网编址和转发是网际协议(IP)的重要组件。

2.IPv4:IP协议版本4

3.因特网网络层组件:IP协议,ICMP协议,路由选择协议。

1.IPv4和IPv6

IPv4中ip长度为32位,就是四个字节.

IPv4数据报格式:

4.数据报格式,以IPv4为例:

(1)版本:4个比特,规定IP协议版本,IPv4或IPv6

(2)首部长度:4个比特,用来确定IP数据报中的数据部分从哪里开始。如果首部不包含“选项”(大多数),则首部大小为20字节。

(3)服务类型(TOS):如实时数据报(如IP电话),非实时流量(如FTP)

(4)数据报长度:IP数据报总长度(首部+数据),16字节,理论最长65535字节,然而,数据报很少超过1500字节。

(5)标识,标志,片偏移:与IP分片有关,为了能让目的主机能够重新组装分片。IPv6不允许在路由器上对分组分片。

(6)寿命(TTL):用来确保数据报不会永远在网络中循环(如长时间的路由选择环路)。当数据报被路由器处理时,该字段的值减1,若TTL字段减为0,则该数据报必须丢弃。

(7)上层协议(协议号):仅在IP数据报到达最终目的地才会用到。指示了该IP数据报应该交给哪个特定的运输层协议,如值为6交给TCP,17-->UDP。                

端口号(运输层):将运输层和应用层绑定到一起的粘合剂                

协议号(网络层):将网络层和运输层绑定到一起的粘合剂                            

(链路层):将链路层和网络层绑定在一起的粘合剂    

(8)首部检验和:计算方式:将首部的每2个字节当做一个数,用反码运算对会这些数求和。                                      

检查方法:路由器要对每个收到的IP数据计算其首部检验和,如果该值和”首部检验和“字段的值不一致,则代表是出现差错了,然后丢弃该数据报。

注意:因为”寿命“字段的值会减一,所以”首部检验和“字段要存放最新计算出来的值。

为什么TCP/IP在运输层和网络层都执行差错检测?

a.IP层只对IP首部计算检验和,而TCP/UDP检验和是对整个TCP/UDP报文段进行计算。

b.TCP/UDP与IP不一定都必须属于同一个协议栈。如:TCP能运行在一个不同的协议上(如ATM);IP能够携带不一定要传递给TCP/UDP的数据(协议号是除了6和17以外的值)。

(9)源和目的IP地址:通常源主机通过DNS查找来决定目的地址。

(10)选项:用来拓展IP首部。一般很少使用。该字段的存在可能导致路由器处理IP数据所需的时间变化很大。IPv6中已经去掉了该字段。

(11)数据(有效载荷)。

5.IP数据报分片

问题1:为什么需要分片?每个链路层的MTU不一样。

问题2:如何分片?

问题3:在哪里重新组装分片?目的地端系统的IP层。

 

标识号:发送主机通常将它发送的每个数据报标识号加1。当某个路由器需要对数据报分片时,形成的每个片具有初始数据报的源地址,目的地址和标识号。

标志:最后一个片为0,其他为1。

片偏移:确保按正确顺序重新组装分片。

例子:

分片的缺点:

6.IPv4编址

(1)主机与路由器接入网络的方法:

(2)

(3)例子。

图中将无路由器连接这些主机的网络表示为一朵云。该网络可能是:1.以太网LAN,通过以太交换机互联。  2.无线接入点

子网(也称:IP网络或网络):互联主机接口与一个路由器接口形成的网络(223.1.1.0/24)。如主机223.1.1.1,223.1.1.2,223.1.1.3和路由器223.1.1.4形成一个子网。

子网掩码(network mask):/24 称为子网掩码

一个子网的IP定义并不局限于连接多台主机到一个路由器接口的以太网段。也包括连接多台路由器到一个路由器接口的以太网。 为了确定子网,分开主机和路由器的每个接口,产生几个隔离的网络岛,使用接口连接这些隔离的网络端点,这些隔离的网络中的每一个都叫做一个子网。

(4)因特网的地址分配策略

无类别域间路由选择(ClassLess Interdomain Routing,CIDR):将子网寻址的概念一般化了,因为对于子网寻址32为的IP被划分为2部分(前x位和后32-x位),a.b.c.d/x,x指示了地址的第一部分中的比特数(网络前缀)。一个地址的剩余32-x比特可以认为是用于区分该组织内部设备的,其中的所有设备具有相同的网络前缀。当组织内部的路由器转发分组时,才会考虑这些比特。

(5)地址聚合

当地址按块分给ISP,人后又由ISP分给客户组织时,地址聚合工作极为有效。

组织1切换ISP的例子,在别的ISP中多添加一个该组织子网地址的通告。

(6)分类编址(classful addressing)

五.主机和子网最初是如何得到它们的地址。

问题1:组织如何获得地址块?

问题2:主机如何从组织的地址块中分配到一个地址?

1.组织获取一块地址--->从ISP处获取

2.ISP获取一块地址--->从ICANN处获取

因特网名字和编号分配机构(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers,ICANN)

ICANN是一个全球性的权威机构,非盈利组织,IP地址由它管理,管理规则基于[RFC 2050]。 ICANN的工作:分配IP地址,管理DNS根服务器,分配域名和解决域名纷争。

ICANN向区域性因特网注册机构(如ARIN,RIPE,APNIC,LACNIC)分配地址,这些机构一起形成了ICANN的地址支持组织,处理本地域内的地址分配和管理。

3.获取主机地址,动态主机配置协议

DHCP(Dynamic Host Configuration)动态主机配置协议:又被称为即插即用协议(plug-and-play protocol)。它是一个客户端-服务器协议。

在最简单的场合下,每个子网都具有一个DHCP服务器。 如果某子网没有服务器,则需要一个DHCP中继代理(通常是一台路由器),这个代理知道用于该网络的DHCP服务器地址

DHCP,是一个4步骤的过程。

4.网络地址转换(Network Address Translation,NAT)

SOHO,即Small Office,Home Office,家居办公。

(1)具有专用地址的地域

2.IPv4到IPv6的迁移:IPv6向后兼容,可以发送、路由和接收IPv4数据报。但IPv4确不能处理IPv6数据报。 

 

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