第六章：网络互连与互联网

需要掌握：

（1）网络互连设备

（2）网络互连的基本原理和关键技术 （扩展：TCP/IP协议簇）

（3）Internet协议及其提供的网络服务

网络互连设备包括物理层的中继器、数据链路层的网桥和交换机、网络层的路由器和应用层的网关等。

中继器是一种物理层设备，它用于在不同电缆段之间复制位信号，只起到放大信号的作用，驱动长距离通信。

网桥和交换机是数据链路层设备，它们用于在局域网之间存储、转发帧。

路由器是一种网络层设备，它用于在不同网络间存储、转发分组。

网关是一种应用层设备，它提供高层接口，用于协议转换等。
 

IP协议和TCP/UDP协议：

IP协议和TCP/UDP协议之间既有区别又有联系。它们都属于TCP/IP协议簇，但处于不同的层次。IP协议负责在网络上发送数据包，而TCP/UDP协议负责在两个主机之间建立端到端的连接并进行数据传输。TCP/UDP协议依赖于IP协议来发送数据包。（下层为上层协议提供服务。）

IP协议是一种网络层协议，它负责将数据包传送到目的主机。IP协议通过IP地址信息将数据包发送到指定的电脑。

而UDP协议是一种传输层协议，它建立在IP协议之上，负责将数据包传送到应用程序。UDP通过端口号将数据包分发给正确的程序。

IP协议提供了一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

IP地址根据网络号和主机号来分，分为A、B、C三类及特殊地址D、E。D类地址用于多点广播 (Multicast)。也称为组播地址。

VLSM（可变长子网掩码），是将IP网段进行分割，达到节省IP地址空间的目的。

CIDR（无类域间路由）是一种用于分配IP地址和进行IP路由的方法。目的是减缓互联网上路由器的路由表增长速度，并帮助减缓IPv4地址的快速耗尽。

IP协议具有的一些操作：数据报生存期、分段和重装配、差错控制和流控

IP协议的数据格式：书本P202

ICMP协议：用于TCP/IP网络中发送控制消息的协议。它属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。

ICMP报文格式：书本P203

ICMP报文有多种类型，常见的类型包括：

- 回显应答（响应）（Echo Reply，类型值为0）：用于响应回显请求报文。
- 目的不可达（Destination Unreachable，类型值为3）：用于指示数据报无法到达目的地。
- 源抑制（Source Quench，类型值为4）：用于请求发送方减少数据发送速率。
- 重定向（Redirect，类型值为5）：用于通知发送方更改路由。
- 回显请求（请求）（Echo Request，类型值为8）：用于测试目的地是否可达。
- 超时（Time Exceeded，类型值为11）：用于指示数据报在传输过程中超时。

区别）IP协议和ICMP协议都属于网络层协议

IP协议用于在网络上发送数据包，提供了一种尽力而为的服务，它不保证数据包能够到达目的地，也不保证数据包的顺序。

ICMP协议用于TCP/IP网络中发送控制消息，报告可能发生在通信环境中的各种问题

TCP/IP协议簇包括四层协议，分别是链路层、网络层、传输层和应用层。

- 链路层：负责在物理媒介上发送和接收数据帧。常见的链路层协议有以太网协议和Wi-Fi协议。
- 网络层：负责在网络上发送数据包并进行路由选择。常见的网络层协议有IP协议和ICMP协议。
- 传输层：负责在两个主机之间建立端到端的连接并进行可靠传输。常见的传输层协议有TCP协议和UDP协议。
- 应用层：负责为应用程序提供网络服务。常见的应用层协议有HTTP协议、FTP协议和SMTP协议等。
 

传输层的TCP和UDP协议：

TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）都是传输层协议，它们负责在两个主机之间建立端到端的连接并进行数据传输。

TCP是一种面向连接的协议，它提供了一种可靠的数据传输服务。在TCP连接建立之前，通信双方需要进行三次握手来建立连接。

UDP是一种无连接的协议，它提供了一种不可靠的数据传输服务。UDP不需要建立连接，通信双方可以直接发送数据。UDP不保证数据的可靠传输，也不提供流量控制等机制。

TCP格式：书本P205

TCP报文头中的标志位包括6个标志，分别是URG、ACK、PSH、RST、SYN和FIN。

TCP拥塞控制主要包括四种算法：慢开始、拥塞避免、快速重传和快速恢复。

UDP协议：书本P211

UDP协议运行在IP协议层之上，它不提供连接，只是在IP协议之上加上端口寻址功能，主要表现在UDP头上。

注意：IP的校验和只作用于IP头，并不包括数据部分，而UDP的校验和是对用户数据进行校验的。

端口（TCP、UDP）和IP地址的关联：

Internet地址分为三级，可表示为“网络地址、主机地址、端口地址的形式”。

网络地址+主机地址指的是IP地址。端口地址是指计算机网络中的TCP或UDP地址，一个应用程序或进程所占用的通信端点。

域名系统（DNS）

地址分解协议（ARP协议）：根据IP地址获取物理地址（MAC）的一个TCP/IP协议。作用是在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表经常动态更新。

RARP（反向地址解析协议）：。。。

网关协议：

网关协议用于网关之间交换路由信息。网关协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。自治系统内部的网关之间执行内部网关协议（IGP），互相交换路由信息。在不同自治系统中的网关之间交换路由信息，要用外部网关协议（EGP）。

边界网关协议 (BGP) 是 Internet 的官方路由协议，是目前唯一有效的 EGP。

BGP有两种运行方式，当BGP运行于同一AS内部时，被称为IBGP（Internel BGP，内部边界网关协议）；当BGP运行于不同AS之间时，称为EBGP（Externel BGP，外部边界网关协议）。

BGP报文共有五种类型：Open、Update、Notification、Keepalive和Route-refresh。Open报文用于建立BGP对等体（邻居关系）之间的连接关系。Update报文用于在对等体之间交换路由信息。Notification报文用于报告错误状态。Keepalive报文用于保持连接的有效性。Route-refresh报文用来请求对等体重新发送所有的可达路由信息。
 

内部网关协议（也称为路由协议）：

它是路由器之间实现路由交换的机制。而IP协议是根据路由表进行分组转发的协议，它不是路由协议，应该称作为被路由的协议。

它有如下几种：开放最短路径优先 (OSPF)、路由信息协议 (RIP)、中间系统到中间系统 (IS-IS)、增强型内部网关路由协议 (EIGRP)。

路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）：

是基于距离矢量算法的路由协议，利用跳数来作为计量标准，不超过15跳。其中RIPv1为有类别路由协议，不支持VLSM和CIDR；以广播的形式发送报文；不支持认证。RIPv2为无类别路由协议，支持VLSM，支持路由聚合与CIDR；支持以广播或组播（224.0.0.9）方式发送报文；支持明文认证和MD5密文认证。

距离矢量路由协议中路由环路问题的解决方法主要分为六种：1.定义最大值；2.水平分割技术；3.路由中毒；4.反向路由中毒；5.控制更新时间；6.触发更新。