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  • 计算机网络(四)_网络层

    千次阅读 2020-05-15 08:23:45
    计算机网络-网络层-详细总结 相关博文: 三言两语轻松计算机网络入门 走进科学之-计算机网络物理层-硬核扫盲 走进科学之计算机网络-数据链路层-硬核扫盲 文章目录计算机网络-网络层-详细总结网络层提供的服务互联...

    相关博文:

    计算机网络入门

    计算机网络物理层

    计算机网络-数据链路层

    与网络层相关的IP地址与子网掩码单独抽出于下

    IP地址

    计算机网络-域名与IP地址详解

    子网掩码与子网划分

    计算机网络-子网掩码与子网划分

    一些基本概念

    网络层提供的服务

    网络层应该向上层传输层提供怎样的服务,分为两种形式:

    • 虚电路
      虚电路是分组交换的两种传输方式中的一种。提供面向连接的通信服务。在两个节点或应用进程之间建立起一个逻辑上的连接或虚电路后,就可以在两个节点之间依次发送每一个分组,接收端收到分组的顺序必然与发送端的发送顺序一致,因此接收端无须负责在接收分组后重新进行排序。虚电路协议向高层协议隐藏了将数据分割成段,包或帧的过程。虚电路是建立一条逻辑连接,发送方与接收方不需要预先建立连接。

    • 数据报服务

    端系统要发送数据时,网络层给该数据附加上地址、序号等信息,然后作为数据报发送给网络节点(路由器);目的端系统收到数据报可能是不按照顺序到达,也有可能出现数据报丢失。网络层于此只需尽最大努力持续交付即可。数据报服务与OSI的无连接网络服务类似。

    现代网络层协议主要使用的是数据报服务。

    网络层传输示意图

    • H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送

    • 网络层负责在不同的网络之间(基于数据包的IP地址)尽力转发数据包,不负责丢包重传和接收顺序(这是由传输层负责的)

    • 数据包在Internet中的传输,Internet既有局域网,又有广域网,既有光纤,又有铜线,无线,还有不同的协议

    互联网络与虚拟互联网络

    虚拟网络把复杂的Internet看成一个网络,化简问题。虚拟互联网络就是逻辑互联网络,他的意思就是互联起来的各种物理网络的异构性本来就是客观存在的, 但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络,而不用考虑具体的网络异构细节

    互联网中间设备

    又称为中间系统或中继(relay)系统

    • 物理层中继系统:转发器(repeater),有点像集线器
    • 数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)
    • 网络层中继系统:路由器(router),上图的蓝色圆都是路由器。
    • 传输层/应用层中继系统:网关(gateway)器,网关就是路由器接口的地址。一般是本网段第一个地址

    数据包的路由过程

    发送端(封装数据):

    (1)应用层准备要传输的数据;
    (2)传输层把文件进行分段并编号;(数据段)
    (3)网络层把传输层的每一个数据包增加原IP地址和目标IP地址;(数据包)
    (4)数据链路层把每个数据加上MAC地址;(数据帧)

    • 使用自己的子网掩码,判断自己和目标地址分别在哪个网段,若在同一个网段(不通过路由器),通过ARP协议广播的方式得到目标IP地址的MAC地址,然后就能封装出一个数据帧进行组播协议发送;

    • 如果子网掩码不是一个网段,通过ARP协议广播的方式得到路由器(网关)的MAC地址,然后把数据通过交换机发送到路由器M2(图中路由器)因为M2和M3是点对点通信,没有别的主机,所以它们之间的MAC地址就是FF

      (5)物理层把数据帧变成数字信号(bit流),交给物理层传输

    接收端(解封):

    (1)交换机Switch1(图中的交换机)接收bit流,能对数据进行存储转发。它根据数据帧的MAC地址,确定数据是从哪来的(是上一跳不是发送端),要去哪
    (2)路由器M2获取交换机的数据包,识别其中的IP地址,根据路由表选择出口,它无法识别数据段内容
    (3)路由器M2到M3是点对点通信,遵守PPP协议
    (4)PC3收到bit流后,数据链路层发现MAC地址是自己的,去掉MAC地址给它的网络层,网络层去掉IP地址给传输层,传输层把数据给应用层,应用层把各个数据拼接起来

    扩展:

    路由器/交换机/集线器不会中病毒,病毒是一个完整的应用程序,且在传输过程中因为分段机制可能变得不完整,无法运行

    路由器不能识别数据内容,它只负责信息的传递。但是病毒会影响网络设备。因为病毒会占用网络流量

    ARP协议与RARP

    ARP(地址解析协议Address Resolution Protocol)

    应用于局域网,不过路由

    主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机,并接收返回消息,以此确定目标的物理地址

    不管网络层使用的是什么协议,在实际网络的链路上传送数据帧时,最终还是必须使用硬件地址

    每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache),里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表

    当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时,就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有,就可查出其对应的硬件地址,再将此硬件地址写入 MAC 帧,然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址

    ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题

    如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上,那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址,然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做

    从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的,这种地址解析过程对主机的用户是透明的

    只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知 IP 地址的主机或路由器进行通信,ARP 协议就会自动地将该 IP 地址解析为链路层所需要的硬件地址

    ARP协议存在ARP欺骗的漏洞,本质是利用了主机发送数据需要先组播获取IP地址这个过程。

    利用该漏洞可以截获主机将发送到外部的数据

    ICMP协议

    为了提高 IP 数据报交付成功的机会,在网落层使用了网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)

    ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告(所以有了ping command)。

    ICMP 报文作为 IP 数据报的数据,加上数据报的首部,组成 IP 数据报发送出去。

    ping command

    PING是网络层命令,用于测试网络连接量的程序

    ping发送一段ICMP回声请求消息给目的地并报告主机是否收到所希望的ICMP回声应答

    ping中有一个重要参数TTL( Time To Live),数据包每过一个路由,TTL减一

    TTL默认初始值如下:
    Linux 64
    Windows 128
    Unix 256

    可以根据TTL值+pathping command粗略判定对方是什么系统

    pathping

    pathping 能跟踪数据包路径

    使用ping能够判断网络通还是不通,但是比如请求超时,你就不能判断什么位置出现的网络故障造成的请求超时。使用pathping命令能跟踪数据包的路径,能够查出故障点,并且能够计算路由器转发丢包率和链路丢包率以及延迟,据此能够判断出网络拥塞情况

    Internet组播管理协议 IGMP

    网络直播的数据发送需求:

    使用多播可明显地减少网络中资源的消耗

    IP 多播的一些特点

    • 多播使用组地址:即IP 使用 D 类地址支持多播。多播地址只能用于目的地址,而不能用于源地址

    • 永久组地址—由因特网号码指派管理局 IANA 负责指派

    • 动态的组成员

    • 使用硬件进行多播

    IGMP 使路由器知道多播组成员信息

    IGMP 可分为两个阶段

    第一阶段:当某个主机加入新的多播组时,该主机应向多播组的多播地址发送IGMP 报文,声明自己要成为该组的成员。本地的多播路由器收到 IGMP 报文后,将组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器

    第二阶段:因为组成员关系是动态的,因此本地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机,以便知道这些主机是否还继续是组的成员,如果不是,则不再向该主机发送信号。

    IP数据报

    上面多次提到IP数据报,这里正式说下IP数据报

    这是IP数据报的模型

    首部:固定长度,20字节(5*32位),是所有IP数据包必须具有的。后一部分是可选字段,长度可变

    • 版本:用来表示TCP/IP是哪个版本,ipv4还是ipv6
    • 区分服务:确定更高的传输优先级(如聊天信息优先级高于大文件传输)
    • 总长度:确定数据部分长度。一共是16位,最多有2^16-1=65535字节

    注意,网络层,数据包最大65535字节;而数据链路层数据最大是1500字节,是不一样的。所以说,一旦超过数据链路层的最大要求时(网络层数据部分超过1480字节),数据包会分片

    数据包分片:把数据分割,分别添加IP地址,通过网络发给目标MAC地址。目标在通过网络层拼接。传送过程中可能会丢包,或者后发的先到(解决方法后面讲(按序分组))

    • 标识:如果出现数据包分片,那么标识用来确定哪些数据包是需要组合的,属于一个包的片标识相同

    • 标志:确定该数据包是完整的还是分片中的一部分。占3位,只有前两位有用,标志字段最低位是MF(More Fragment),MF=1表示后面还有分片,MF=0表示最后一个分片。标志字段中间一位是DF(Don’t Fragment),只有DF=0才允许分片

    • 片偏移:偏移等于当前字节在数据部分的第几个再除以8,依次表达分片后的数据包的先后顺序

    • 生存时间:上面讲的TTL

    • 协议:

      ICMP协议号:1;
      IGMP协议号:2;
      TCP协议号:6;
      UDP协议号:17;域名解析
      IPv6协议号:41;
      OSPF协议号:89;

    • 首部检验和:16位,只检验数据报的首部,不检验数据部分。这里不是采用CRC循环冗余检验码而是采用简单的计算方法。每经过一个路由器就会检验一次

    • 可选字段:用来支持排错、测量以及安全等措施,内容很丰富,选项字段的长度可变,从 1 个字节到 40 个字节不等,取决于所选择的项目,可惜,实际上这些选项很少被使用

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  • 计算机网络之网络层(哈工大课件)

    万次阅读 多人点赞 2021-08-24 22:49:33
    网络层服务2.虚电路网络3.数据报网络4.IP协议4.1 IP数据报4.2 IP分片4.3 IP编址4.4 有类IP地址4.5 IP子网划分与子网掩码 1.网络层服务 网络层 网络层核心功能-转发与路由 网络层核心功能-连接建立 网络层服务模型...

    1.网络层服务

    网络层
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    网络层核心功能-转发与路由
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    网络层核心功能-连接建立
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    网络层服务模型
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    网络层服务模型
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    2.虚电路网络

    连接服务与无连接服务
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    虚电路(Virtual circuits)
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    VC的具体实现
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    VC转发表
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    虚电路信令协议(signaling protocols)
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    3.数据报网络

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    数据报转发表
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    最长前缀匹配优先
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    数据报网络 or VC网络?
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    4.IP协议

    4.1 IP数据报

    Internet网络层
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    IP数据报(分组)格式
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    IP分组格式
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    4.2 IP分片

    最大传输单元(MTU)
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    IP分片与重组
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    IP分组格式
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    IP分片过程
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    4.3 IP编址

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    IP子网(Subnets)
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    4.4 有类IP地址

    IP子网(Subnets)
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    IP地址(Addresses)
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    特殊IP地址
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    私有(Private)IP地址
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    4.5 IP子网划分与子网掩码

    IP子网(Subnets)
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    IP地址(Addresses)
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    子网划分(Subnetting)?
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    子网划分?
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    子网掩码
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    子网划分
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    子网掩码的应用
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    一个C类网络划分子网举例
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    4.6 CIDR与路由聚合

    CIDR
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    CIDR与路由聚合
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    路由聚合
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    5.DHCP协议

    如何获得IP地址?
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    动态主机配置协议(DHCP)
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    DHCP工作过程示例
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    DHCP工作过程示例
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    6.网络地址转换(NAT)

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    NAT穿透问题
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    7.互联网控制报文协议(ICMP)

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    ICMP报文
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    例外情况
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    ICMP报文的格式
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    ICMP差错报告报文数据封装
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    ICMP的应用举例:Traceroute
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    8.IPv6简介

    IPv6:动机
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    IPv6数据报格式
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    其他改变 vs IPv4
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    IPv6地址表示形式
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    IPv6基本地址类型
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    IPv4向IPv6过渡
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    隧道(tunneling)
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    9.路由算法

    路由与转发
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    网络抽象:图
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    图抽象:费用(Costs)
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    路由算法分类
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    10.链路状态路由算法

    网络抽象:图
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    链路状态路由算法
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    Dijkstra 算法
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    Dijkstra 算法:例1
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    Dijkstra 算法:例2
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    Dijkstra 算法:讨论
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    11.距离向量路由算法(1)

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    Bellman-Ford 举例
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    距离向量路由算法
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    距离向量路由算法:举例
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    距离向量DV: 链路费用变化
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    距离向量DV: 无穷计数问题
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    12.层次路由

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    互连的AS
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    自治系统间(Inter-AS)路由任务
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    例: 路由器1d的转发表设置
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    例: 在多AS间选择
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    13.RIP协议

    AS内部路由
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    RIP
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    RIP:举例
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    RIP: 链路失效、恢复
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    RIP路由表的处理
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    14.OSPF协议简介

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    OSPF优点(RIP不具备)
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    分层的OSPF
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    15.BGP协议

    Internet AS间路由协议: BGP
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    BGP基础
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    BGP基础: 分发路径信息
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    路径属性与BGP路由(route)
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    BGP路由选择
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    BGP路由选择策略
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    为什么采用不同的AS内与AS间路由协议?
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  • 原文链接:网络层次划分及网络协议 1 OSI七模型、TCP/IP四模型、TCP/IP五模型 不管是OSI七模型还是TCP/IP的四、五模型,每一中都要自己的专属协议,完成自己相应的工作以及与上下层级之间进行沟通。 ...

    引用

    原文链接:网络层次划分及网络协议

    OSI七层模型、TCP/IP四层模型、TCP/IP五层模型

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    不管是OSI七层模型还是TCP/IP的四层、五层模型,每一层中都要自己的专属协议,完成自己相应的工作以及与上下层级之间进行沟通。
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    1)物理层(Physical Layer)

    激活、维持、关闭通信端点之间的机械特性、电气特性、功能特性以及过程特性。该层为上层协议提供了一个传输数据的可靠的物理媒体。简单的说,物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。物理层记住两个重要的设备名称,中继器(Repeater,也叫放大器)和集线器。

    2)数据链路层(Data Link Layer)

    数据链路层在物理层提供的服务的基础上向网络层提供服务,其最基本的服务是将源自网络层来的数据可靠地传输到相邻节点的目标机网络层。为达到这一目的,数据链路必须具备一系列相应的功能,主要有:如何将数据组合成数据块,在数据链路层中称这种数据块为帧(frame),帧是数据链路层的传送单位;如何控制帧在物理信道上的传输,包括如何处理传输差错,如何调节发送速率以使与接收方相匹配;以及在两个网络实体之间提供数据链路通路的建立、维持和释放的管理。数据链路层在不可靠的物理介质上提供可靠的传输。该层的作用包括:物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。

    有关数据链路层的重要知识点:

    1> 数据链路层为网络层提供可靠的数据传输;

    2> 基本数据单位为帧;

    3> 主要的协议:以太网协议;

    4> 两个重要设备名称:网桥和交换机。
      
    3)网络层(Network Layer)

    网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术。如果您想用尽量少的词来记住网络层,那就是"路径选择、路由及逻辑寻址"。

    网络层中涉及众多的协议,其中包括最重要的协议,也是TCP/IP的核心协议——IP协议。IP协议非常简单,仅仅提供不可靠、无连接的传送服务。IP协议的主要功能有:无连接数据报传输、数据报路由选择和差错控制。与IP协议配套使用实现其功能的还有地址解析协议ARP、逆地址解析协议RARP、因特网报文协议ICMP、因特网组管理协议IGMP。具体的协议我们会在接下来的部分进行总结,有关网络层的重点为:

    1> 网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外,网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能

    2> 基本数据单位为IP数据报;

    3> 包含的主要协议:

    IP协议(Internet Protocol,因特网互联协议);

    ICMP协议(Internet Control Message Protocol,因特网控制报文协议);

    ARP协议(Address Resolution Protocol,地址解析协议);

    RARP协议(Reverse Address Resolution Protocol,逆地址解析协议)。

    4> 重要的设备:路由器。
      
    4)传输层(Transport Layer)

    第一个端到端,即主机到主机的层次传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输。此外,传输层还要处理端到端的差错控制和流量控制问题。 传输层的任务是根据通信子网的特性,最佳的利用网络资源,为两个端系统的会话层之间,提供建立、维护和取消传输连接的功能,负责端到端的可靠数据传输。在这一层,信息传送的协议数据单元称为段或报文。 网络层只是根据网络地址将源结点发出的数据包传送到目的结点,而传输层则负责将数据可靠地传送到相应的端口。
    有关传输层的重点:

    1> 传输层负责将上层数据分段并提供端到端的、可靠的或不可靠的传输以及端到端的差错控制和流量控制问题;
    2> 包含的主要协议:TCP协议(Transmission Control Protocol,传输控制协议)、UDP协议(User Datagram Protocol,用户数据报协议);
    3> 重要设备:网关。

    5)会话层

    会话层管理主机之间的会话进程,即负责建立、管理、终止进程之间的会话。会话层还利用在数据中插入校验点来实现数据的同步

    6)表示层

    表示层对上层数据或信息进行变换以保证一个主机应用层信息可以被另一个主机的应用程序理解。表示层的数据转换包括数据的加密、压缩、格式转换等。

    7)应用层

    为操作系统或网络应用程序提供访问网络服务的接口

    会话层、表示层和应用层重点:

    1> 数据传输基本单位为报文;
    2> 包含的主要协议:FTP(文件传送协议)、Telnet(远程登录协议)、DNS(域名解析协议)、SMTP(邮件传送协议),POP3协议(邮局协议),HTTP协议(Hyper Text Transfer Protocol)。

    网络层协议

    ARP/RARP协议
    地址解析协议,即ARP(Address Resolution Protocol),是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议(传输层->网络层)。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机,并接收返回消息,以此确定目标的物理地址;收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间,下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的,网络上的主机可以自主发送ARP应答消息,其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存;由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文,使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机,这就构成了一个ARP欺骗。ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。

    ARP工作流程举例:

    主机A的IP地址为192.168.1.1,MAC地址(物理地址)为0A-11-22-33-44-01;

    主机B的IP地址为192.168.1.2,MAC地址为0A-11-22-33-44-02;

    当主机A要与主机B通信时,地址解析协议可以将主机B的IP地址(192.168.1.2)解析成主机B的MAC地址,以下为工作流程:

    (1)根据主机A上的路由表内容,IP确定用于访问主机B的转发IP地址是192.168.1.2。然后A主机在自己的本地ARP缓存中检查主机B的匹配MAC地址。
    (2)如果主机A在ARP缓存中没有找到映射,它将询问192.168.1.2的硬件地址,从而将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的IP地址和MAC地址都包括在ARP请求中。本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP地址匹配。如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址不匹配,它将丢弃ARP请求。
    (3)主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配,则将主机A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP缓存中
    (4)主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A
    (5)当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时,会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。本机缓存是有生存期的,生存期结束后,将再次重复上面的过程。主机B的MAC地址一旦确定,主机A就能向主机B发送IP通信了。

    逆地址解析协议,即RARP,功能和ARP协议相对,其将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址,比如局域网中有一台主机只知道物理地址而不知道IP地址,那么可以通过RARP协议发出征求自身IP地址的广播请求,然后由RARP服务器负责回答。

    RARP协议工作流程:

    (1)给主机发送一个本地的RARP广播,在此广播包中,声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址;
    (2)本地网段上的RARP服务器收到此请求后,检查其RARP列表,查找该MAC地址对应的IP地址;
    (3)如果存在,RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用
    (4)如果不存在,RARP服务器对此不做任何的响应

    路由选择协议:
    常见的路由选择协议有:RIP协议、OSPF协议。

    RIP协议 :底层是贝尔曼福特算法,它选择路由的度量标准(metric)是跳数,最大跳数是15跳,如果大于15跳,它就会丢弃数据包。

    OSPF协议 :Open Shortest Path First开放式最短路径优先,底层是迪杰斯特拉算法,是链路状态路由选择协议,它选择路由的度量标准是带宽,延迟。

    传输层协议

    TCP/IP协议
    TCP/IP协议是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础,由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。通俗而言:TCP负责发现传输的问题,一有问题就发出信号,要求重新传输,直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。

    IP层接收由更低层(网络接口层例如以太网设备驱动程序)发来的数据包,并把该数据包发送到更高层—TCP或UDP层;相反,IP层也把从TCP或UDP层接收来的数据包传送到更低层。IP数据包是不可靠的,因为IP并没有做任何事情来确认数据包是否按顺序发送的或者有没有被破坏,IP数据包中含有发送它的主机的地址(源地址)和接收它的主机的地址(目的地址)。

    TCP是面向连接的通信协议,通过三次握手建立连接,通讯完成时要拆除连接,由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务,采用"带重传的肯定确认"技术来实现传输的可靠性**。TCP还采用一种称为"滑动窗口"的方式进行流量控制,所谓窗口实际表示接收能力,用以限制发送方的发送速度**。

    TCP报文首部格式:
    在这里插入图片描述
    TCP协议的三次握手和四次挥手:

    在这里插入图片描述
      注:seq:"sequance"序列号;ack:"acknowledge"确认号;SYN:"synchronize"请求同步标志;;ACK:“acknowledge"确认标志”;FIN:"Finally"结束标志。

    TCP连接建立过程:首先Client端发送连接请求报文,Server段接受连接后回复ACK报文,并为这次连接分配资源。Client端接收到ACK报文后也向Server段发生ACK报文,并分配资源,这样TCP连接就建立了。

    TCP连接断开过程:假设Client端发起中断连接请求,也就是发送FIN报文。Server端接到FIN报文后,意思是说"我Client端没有数据要发给你了",但是如果你还有数据没有发送完成,则不必急着关闭Socket,可以继续发送数据。所以你先发送ACK,“告诉Client端,你的请求我收到了,但是我还没准备好,请继续你等我的消息”。这个时候Client端就进入FIN_WAIT状态,继续等待Server端的FIN报文。当Server端确定数据已发送完成,则向Client端发送FIN报文,“告诉Client端,好了,我这边数据发完了,准备好关闭连接了”。Client端收到FIN报文后,“就知道可以关闭连接了,但是他还是不相信网络,怕Server端不知道要关闭,所以发送ACK后进入TIME_WAIT状态,如果Server端没有收到ACK则可以重传。”,Server端收到ACK后,“就知道可以断开连接了”Client端等待了2MSL后依然没有收到回复,则证明Server端已正常关闭,那好,我Client端也可以关闭连接了。Ok,TCP连接就这样关闭了!

    (1)为什么要三次握手?

    在只有两次"握手"的情形下,假设Client想跟Server建立连接,但是却因为中途连接请求的数据报丢失了,故Client端不得不重新发送一遍;这个时候Server端仅收到一个连接请求,因此可以正常的建立连接。但是,有时候Client端重新发送请求不是因为数据报丢失了,而是有可能数据传输过程因为网络并发量很大在某结点被阻塞了,这种情形下Server端将先后收到2次请求,并持续等待两个Client请求向他发送数据…问题就在这里,Cient端实际上只有一次请求,而Server端却有2个响应,极端的情况可能由于Client端多次重新发送请求数据而导致Server端最后建立了N多个响应在等待,因而造成极大的资源浪费!所以,"三次握手"很有必要!

    (2)为什么要四次挥手?

    试想一下,假如现在你是客户端你想断开跟Server的所有连接该怎么做?第一步,你自己先停止向Server端发送数据,并等待Server的回复。但事情还没有完,虽然你自身不往Server发送数据了,但是因为你们之前已经建立好平等的连接了,所以此时他也有主动权向你发送数据;故Server端还得终止主动向你发送数据,并等待你的确认。其实,说白了就是保证双方的一个合约的完整执行!

    (3)为什么TIME_WAIT状态需要经过2MSL(最大报文段生存时间)才能返回到CLOSE状态?

    答:虽然按道理,四个报文都发送完毕,我们可以直接进入CLOSE状态了,但是我们必须假象网络是不可靠的,有可以最后一个ACK丢失。所以TIME_WAIT状态就是用来重发可能丢失的ACK报文。在Client发送出最后的ACK回复,但该ACK可能丢失。Server如果没有收到ACK,将不断重复发送FIN片段。所以Client不能立即关闭,它必须确认Server接收到了该ACK。Client会在发送出ACK之后进入到TIME_WAIT状态。Client会设置一个计时器,等待2MSL的时间。如果在该时间内再次收到FIN,那么Client会重发ACK并再次等待2MSL。所谓的2MSL是两倍的MSL(Maximum Segment Lifetime)。MSL指一个片段在网络中最大的存活时间,2MSL就是一个发送和一个回复所需的最大时间。如果直到2MSL,Client都没有再次收到FIN,那么Client推断ACK已经被成功接收,则结束TCP连接。
    ————————————————
    上段原文链接

    使用TCP的协议:FTP(文件传输协议)、Telnet(远程登录协议)、SMTP(简单邮件传输协议)、POP3(和SMTP相对,用于接收邮件)、HTTP协议等。

    UDP协议:
    UDP用户数据报协议,是面向无连接的通讯协议,UDP数据包括目的端口号和源端口号信息,由于通讯不需要连接,所以可以实现广播发送。

    UDP通讯时不需要接收方确认,属于不可靠的传输,可能会出现丢包现象,实际应用中要求程序员编程验证。

    UDP与TCP位于同一层,但它不管数据包的顺序、错误或重发。因此,UDP不被应用于那些使用虚电路的面向连接的服务,UDP主要用于那些面向查询—应答的服务,例如NFS。相对于FTP或Telnet,这些服务需要交换的信息量较小。

    每个UDP报文分UDP报头和UDP数据区两部分。报头由四个16位长(2字节)字段组成,分别说明该报文的源端口、目的端口、报文长度以及校验值。UDP报头由4个域组成,其中每个域各占用2个字节,具体如下:

    (1)源端口号;
    (2)目标端口号;
    (3)数据报长度;
    (4)校验值。
    使用UDP协议包括:TFTP(简单文件传输协议)、SNMP(简单网络管理协议)、DNS(域名解析协议)、NFS、BOOTP。

    TCP 与 UDP 的区别:TCP是面向连接的,可靠的字节流服务;UDP是面向无连接的,不可靠的数据报服务。

    应用层协议

    DNS协议:
    DNS是域名系统(DomainNameSystem)的缩写,该系统用于命名组织到域层次结构中的计算机和网络服务,可以简单地理解为将URL转换为IP地址。域名是由圆点分开一串单词或缩写组成的,每一个域名都对应一个惟一的IP地址,在Internet上域名与IP地址之间是一一对应的,DNS就是进行域名解析的服务器。DNS命名用于Internet等TCP/IP网络中,通过用户友好的名称查找计算机和服务。

    NAT协议:
      NAT网络地址转换(Network Address Translation)属接入广域网(WAN)技术,是一种将私有(保留)地址转化为合法IP地址的转换技术,它被广泛应用于各种类型Internet接入方式和各种类型的网络中。原因很简单,NAT不仅完美地解决了lP地址不足的问题,而且还能够有效地避免来自网络外部的攻击,隐藏并保护网络内部的计算机。

    DHCP协议:
    DHCP动态主机设置协议(Dynamic Host Configuration Protocol)是一个局域网的网络协议,使用UDP协议工作,主要有两个用途:给内部网络或网络服务供应商自动分配IP地址,给用户或者内部网络管理员作为对所有计算机作中央管理的手段

    HTTP协议:
    超文本传输协议(HTTP,HyperText Transfer Protocol)是互联网上应用最为广泛的一种网络协议。所有的WWW文件都必须遵守这个标准。  
    HTTP 协议包括哪些请求?

    GET:请求读取由URL所标志的信息。

    POST:给服务器添加信息(如注释)。

    PUT:在给定的URL下存储一个文档。

    DELETE:删除给定的URL所标志的资源。

    HTTP 中, POST 与 GET 的区别

    1)Get是从服务器上获取数据,Post是向服务器传送数据。
    2)Get是把参数数据队列加到提交表单的Action属性所指向的URL中,值和表单内各个字段一一对应,在URL中可以看到。
    3)Get传送的数据量小,不能大于2KB;Post传送的数据量较大,一般被默认为不受限制。
    4)根据HTTP规范,GET用于信息获取,而且应该是安全的和幂等的。
    I. 所谓 安全的 意味着该操作用于获取信息而非修改信息。换句话说,GET请求一般不应产生副作用。就是说,它仅仅是获取资源信息,就像数据库查询一样,不会修改,增加数据,不会影响资源的状态。
    II. 幂等 的意味着对同一URL的多个请求应该返回同样的结果。

    在浏览器中输入 http://www.baidu.com/ 后执行的全部过程。

    现在假设如果我们在客户端(客户端)浏览器中输入 http://www.baidu.com, 而 baidu.com 为要访问的服务器(服务器),下面详细分析客户端为了访问服务器而执行的一系列关于协议的操作:

    1)客户端浏览器通过DNS解析到www.baidu.com的IP地址220.181.27.48通过这个IP地址找到客户端到服务器的路径客户端浏览器发起一个HTTP会话到220.161.27.48,然后通过TCP进行封装数据包,输入到网络层。
    2)在客户端的传输层,把HTTP会话请求分成报文段,添加源和目的端口,如服务器使用80端口监听客户端的请求,客户端由系统随机选择一个端口如5000,与服务器进行交换,服务器把相应的请求返回给客户端的5000端口。然后使用IP层的IP地址查找目的端。
    3)客户端的网络层不用关心应用层或者传输层的东西,主要做的是通过查找路由表确定如何到达服务器,期间可能经过多个路由器,这些都是由路由器来完成的工作,不作过多的描述,无非就是通过查找路由表决定通过那个路径到达服务器
    4)客户端的链路层,包通过链路层发送到路由器,通过邻居协议查找给定IP地址的MAC地址,然后发送ARP请求查找目的地址,如果得到回应后就可以使用ARP的请求应答交换的IP数据包现在就可以传输了,然后发送IP数据包到达服务器的地址。

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  • 【计算机网络】第四章:网络层

    万次阅读 多人点赞 2020-01-02 23:27:51
    负责在不同的网络之间(基于数据包的IP地址)尽力转发数据包,不负责丢包重传和接收顺序。 有点像送快递,一个人往另一个地方寄快递,每个快递走不同的路线,可能后发的先到了,也...但是网络层不管这些,只管寄快递。

    各个章节的知识点总结传送门如下,欢迎自取:
    【计算机网络】第一章:计算机网络概述https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103795715
    【计算机网络】第二章:物理层 https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103802457
    【计算机网络】第三章:数据链路层 https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103812828
    【计算机网络】第四章:网络层 https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103812967
    【计算机网络】第五章:传输层 https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103812974
    【计算机网络】第六章:应用层 https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103812980
    【计算机网络】第七章:网络安全 https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103812986
    【计算机网络】第八章:Internet上的音频视https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103813005
    【计算机网络】第九章:无线网络https://blog.csdn.net/iwanderu/article/details/103813011

    4.1 网络层提供的服务

    4.1.1 网络层的作用

    负责在不同的网络之间(基于数据包的IP地址)尽力转发数据包,不负责丢包重传和接收顺序。
    有点像送快递,一个人往另一个地方寄快递,每个快递走不同的路线,可能后发的先到了,也可能丢件了。但是网络层不管这些,只管寄快递。
    在这里插入图片描述
    数据包在Internet中的传输,Internet既有局域网,又有广域网,既有光纤,又有铜线,无线,还有不同的协议,这是Internet复杂所在。
    路由器是三层设备:能看到网络层的IP地址来选择路径。
    在这里插入图片描述

    4.1.2 互联网络与虚拟互联网络

    (1)互联网互联的设备
    中间设备又称为中间系统或中继(relay)系统。

    ->物理层中继系统:转发器(repeater),有点像集线器。
    ->数据链路层中继系统:网桥或桥接器(bridge)。
    ->网络层中继系统:路由器(router)。
    ->传输层/应用层中继系统:网关(gateway)器。
    网关就是路由器接口的地址。一般是本网段第一个地址。

    (2)网络需要解决的问题
    在这里插入图片描述
    (3)虚拟网络把复杂的Internet看成一个网络,化简问题。虚拟互联网络就是逻辑互联网络,他的意思就是互联起来的各种物理网络的异构性本来就是客观存在的, 但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络,而不用考虑具体的网络异构细节。
    在这里插入图片描述

    4.2 网络设备和OSI参考模型的关系

    4.2.1举例,PC4向PC3传输数据

    在这里插入图片描述
    PC:计算机;Hub:集线器;Switch:交换机;Router:路由

    发送端(封装):

    (1)应用层准备要传输的数据;
    (2)传输层把文件进行分段并编号;(数据段)
    (3)网络层把传输层的每一个数据包增加原IP地址和目标IP地址;(数据包)
    (4)数据链路层把每个数据加上MAC地址;两种情况:(数据帧)
    使用自己的子网掩码,判断自己和目标地址分别在哪个网段,若在同一个网段(不过路由器),通过ARP协议广播的方式得到目标IP地址的MAC地址,然后就能封装出一个数据帧;如果子网掩码不是一个网段(用与运算),通过ARP协议广播的方式得到路由器(网关)的MAC地址,然后把数据通过交换机发送到路由器M2,因为M2和M3是点对点通信,没有别的主机,所以它们之间的MAC地址就是FF。
    (5)物理层把数据帧变成数字信号(bit流)

    接收端(解封):

    (1)交换机Hub0接收bit流,能对数据进行存储转发。它根据数据帧的MAC地址,确定数据是从哪来的,要去哪。
    (2)路由器M2获取交换机的数据包,识别其中的IP地址,根据路由表选择出口,它无法识别数据段内容。
    (3)路由器M2到M3是点对点通信,遵守PPP协议。
    (4)PC3收到bit流后,数据链路层发现MAC地址是自己的,去掉MAC地址给它的网络层,网络层去掉IP地址给传输层,传输层把数据给应用层,应用层把各个数据拼接起来。

    4.2.2 路由器/交换机/集线器会不会中病毒

    不会,路由器不能识别数据内容。它只负责信息的传递。但是病毒会影响网络设备。因为病毒会占用网络流量。

    4.3 ARP协议

    4.3.1 TCP/IP协议层次关系

    在这里插入图片描述
    IP协议:把数据包从一个网段转到另一个网段,就是用来选择路径用的。
    ARP为IP服务,IP为ICMP/IGMP服务。

    4.3.2 ARP协议的作用

    将IP地址通过广播(本网段,不通过路由器),目标MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF,解析目标IP地址的MAC地址。
    ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和MAC地址的映射关系。如果所找的主机和原主机不在同一个局域网上,那么就要通过ARP找一个位于本局域网上的某个路由器的MAC地址,然后把分组发送给这个路由器,让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。
    从IP地址到MAC地址的解析是自动进行的,主机的用户对这种地址解析过程是不知情的。
    只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信,ARP协议就会自动地将该IP地址解析为链路层所需要的MAC地址。

    4.3.3 使用ARP的四种典型情况

    (1)发送方是主机,要把IP数据报发送到本网络的另一个主机,此时用ARP找到目标主机的MAC地址;
    (2)发送方是主机,要把IP数据报发送到另一个网络的另一个主机,此时用ARP找到本网络上一个路由器的MAC地址,剩下的工作由路由器进行;
    (3)发送方是路由器,要把IP数据报发送到本网络的另一个主机,此时用ARP找到目标主机的MAC地址;
    (4)发送方是路由器,要把IP数据报发送到另一个网络的另一个主机,此时用ARP找到本网络上一个路由器的MAC地址,剩下的工作由路由器进行;

    4.3.4 逆地址解析协议RARP

    只知道自己MAC地址就能获得其IP地址。

    4.3.5 ARP欺骗/网络执法官/ARP防火墙-实验课

    如果同一网段中有电脑中毒,可能会把中毒电脑的MAC地址传回去。

    4.4 网际控制报文协议ICMP

    4.4.1 ICMP

    ICMP:在IP之上,用来测试网络层有没有故障。使用最多的命令是ping。
    为了提高IP数据报交付成功的机会,在网络层使用了ICMP(Internet Control Message Protocol)。
    ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告;
    ICMP不是高层协议,而是IP层协议;
    ICMP报文件为IP层数据报的数据加上数据报的首部,组成IP数据报发送出去。

    4.4.2 ping(Packet Internet Grope)命令诊断网络故障

    PING是网络层命令。
    TTL是数据报的生存时间每过一个路由器就会减1,作用是防止数据报在网络中循环。TTL默认初始值如下:
    Linux 64
    Windows 128
    Unix 256
    可以根据TTL值粗略判定对方是什么系统。

    (1)PING,因特网包套所起,用于测试网络连接量的程序。ping发送一饿ICMP回声请求消息给目的地并报告是否收到所希望的ICMP回声应答。
    (2)ping指端对端联通,通常用作可用性检测,但是某些病毒会强行大量远程执行ping命令抢占你的网络资源,导致系统网速变慢。严禁ping入侵作为大多数防火墙的一个基本功能提供给用户进行选择。
    (3)如果打开IE浏览器访问网站失败,可以通过ping命令测试到Internet的网络连通,可以为你排除网络故障提供线索。

    4.4.3 ping和pathping命令

    QQ能登上,网页打不开是为什么? 网络层没有问题,域名解析有问题。
    pathping 能跟踪数据包路径,发现出问题的位置。
    Windows上跟踪数据包路径的命令:tracerert 10.7.1.53
    路由器上跟踪数据包路径的命令:traceroute 12.0.0.3

    4.5 IGMP协议和多播组播

    点到点通信:
    广播:目标MAC地址全是F,目标IP地址全是255,也就是全是1.全网广播不能跨越路由器。
    组播=多播:分组广播。

    4.5.1 访问多播视频节目

    使用多播一般用于直播,网络会议,能够节省带宽。
    IGMP协议的作用就是周期性扫描本网段内有没有主机在访问多播数据包。

    4.6 IP数据包的结构

    注意,ARP数据包不是这个格式。
    首部:第一部分是固定长度,20字节,是所有IP数据包必须具有的。后一部分是可选字段,长度可变。
    在这里插入图片描述
    每一行32bit相当于1个字节,一共5行,共20字节。
    在这里插入图片描述
    (1)版本:用来表示TCP/IP是哪个版本,ipv4还是ipv6.
    (2)区分服务:确定更高的传输优先级。
    (3)总长度:确定数据部分长度。一共是16位,最多有2^16-1=65535字节。

    注意,网络层,数据包最大65535字节;而数据链路层数据最大是1500字节,是不一样的。所以说,一旦超过数据链路层的最大要求时(网络层数据部分超过1480字节),数据包会分片。最大传输单元MTU。

    在这里插入图片描述

    数据包分片:把数据分割,分别添加IP地址,通过网络发给目标MAC地址。目标在通过网络层拼接。传送过程中可能会丢包,或者后发的先到(泪滴攻击就是利用目标机发送破坏的IP包(重叠的包货过大的包负荷)可以通过TCP/IP协议来瘫痪各种不同的操作系统)。所以需要编号。

    (4)标识:如果出现数据包分片,那么标识用来确定哪些数据包是需要组合的。
    (5)标志:确定该数据包是完整的还是分片中的一部分。占3位,只有前两位有用,标志字段最低位是MF(More Fragment),MF=1表示后面还有分片,MF=0表示最后一个分片。标志字段中间一位是DF(Don’t Fragment),只有DF=0才允许分片。
    (6)片偏移:偏移等于当前字节在数据部分的第几个再除以8.(下图是一个举例)
    在这里插入图片描述
    (7)生存时间:就是TTL,time to live,每过一个路由器就减1。8位二进制。防止数据包在网络中循环。
    (8)协议:用协议号标识数据部分是什么数据。
    在这里插入图片描述

    ICMP协议号:1;
    IGMP协议号:2;
    TCP协议号:6;
    UDP协议号:17;域名解析
    IPv6协议号:41;
    OSPF协议号:89;

    (9)首部检验和:16位,只检验数据报的首部,不检验数据部分。这里不是采用CRC检验码而是采用简单的计算方法。每经过一个路由器就会检验一次。
    在这里插入图片描述
    (10)源地址和目的地址都是IP地址,32位,只符合IPv4。IPv6是128位。
    (11)可变部分:一般没用。

    4.7 IP协议

    (1)网络畅通的条件
    沿途路由器必须知道下一跳给谁,数据包有去有回。
    在这里插入图片描述

    4.7.1 静态路由

    需要管理员告诉路由器所有没有直连的网络下一跳给谁。
    适合于小规模网络,不能自动调整路由。

    4.7.2 动态路由

    (1)RIP协议
    周期性广播(30s)路由表,选择路径的依据是最少的跳数,最大跳数是15跳,所以一般不适合大网络。
    (2)OSPF协议
    根据带宽选择路径。

    4.8 子网掩码

    能够帮助路由器判断对应主机是否在同一个网段中。
    在这里插入图片描述

    4.9 ABCDE类网络地址

    网络地址(网络号)唯一指定了每个网络。同一网络中的每台计算机都共享相同的网络地址,并用它作为自己IP地址的一部分。ABC对应的子网掩码分别是255.0.0.0和255.255.0.0和255.255.255.0
    在这里插入图片描述
    特殊的几个地址

    127.0.0.1 本地换回地址
    169.254.0.0
    10.0.0.0,172.16.0.0–172.31.0.0,192.168.0.0–192.168.255.0 保留的私网地址

    在这里插入图片描述

    4.10 子网划分

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    注意,全为1是广播,所以63,127,191,254不选
    在这里插入图片描述

    参考文献
    https://www.bilibili.com/video/av9876107?p=7

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    千次阅读 2016-11-26 19:43:02
    其中,网络层负责计算机层次的通信(主机到主机通信),网络层协议只把报文传递到目的计算机。然而,报文仍然需要递交给正确的进程,传输层协议即负责进程到进程的通信。 寻址:端口号在客户-服务器模式中,客户...
  • 网络层 网络层的作用是在复杂的网络环境中为要发送的数据报找到一个合适的路径进行传输。 网络层向上提供简单灵活,无连接的,尽最大努力交付的数据报服务。从数据报从主机A发送到主机B的过程中可能要经历很多节点...
  • Pytorch: 自定义网络层

    万次阅读 多人点赞 2018-08-11 18:14:19
    Pytorch: 自定义网络层 Function与Module的异同 Function与Module都可以对pytorch进行自定义拓展,使其满足网络的需求,但这两者还是有十分重要的不同: Function一般只定义一个操作,因为其无法保存参数,...
  • OSI七层模型第三层:网络层,Network Layer OSI网络层主要功能:基于数据包的逻辑地址进行转发,寻找网络中目的的位置,...当一个从应用层发起的数据包,一层层封装到网络层时,会接着封装上一个网络层的头部,在网...
  • 对于初学者甚至许多计算机科班出身的同学来说,学习网络和操作系统一样,感觉十分抽象,学完总有一种朦朦胧胧的感觉,...OSI将计算机网络可以分为七层模型,从底层网上分别是物理层,数据链路层,网络层,... ,应...
  • 渲染层网络层错误--微信小程序

    万次阅读 2020-02-27 23:14:46
    异步请求需要一定的时间,而小程序一进页面就开始加载,请求速度没跟上,这时页面显示加载的时候image里面的值是空的,就会出现渲染层、网络层错误, 解决: 只需要加上wx:if="{{arr.length>0}}“或者wx:if=”...
  • 网络层

    万次阅读 2016-11-19 19:40:07
    网络层 网络层是OSI参考模型中的第三层,介于传输层和数据链路层之间,它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上,进一步管理网络中的数据通信,将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端...
  • OSI七层模型详解(物理层、数据链路层、网络层、传输层.....应用层协议与硬件)   OSI 七层模型通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯,因此其最主要的功能就是帮助...
  • 异构网络互联3.拥塞控制 0.思维导图 1.主要任务与传输单位 2.路由选择与分组转发 路由器主要完成两个功能:是路由选择 (确定哪一 条路径),二是分组转发 (当一个分组 到达时所采取的动作)。 1)路由选择。指按照...
  • OSI 七模型通过七个层次化的结构模型使不同的系统不同的网络之间实现可靠的通讯,因此其最主要的功能就是帮助不同类型的主机实现数据传输 。 完成中继功能的节点通常称为中继系统。在OSI七模型中,处于不同...
  • 网络层(network layer) 不同的社区之间该如何通信呢? 换句话说,如何让WiFi上的一台计算机和以太网上的另一台计算机通信呢?我们需要一个“中间人”。这个“中间人”必须有以下功能: 1. 能从物理层上在两个网络...

空空如也

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