导图社区 第四章网络图
整理的机械工业出版社计算机网络第四章—–网络层的知识结构，有需要的同学可以参考一下，花了不少精力哦
计算机网络自顶向下这本书第二章重点知识的整理，有助于理清思路，查漏补缺！下图包括了应用层协议的原理 、WEB应用与HTTP协议、 FTP(文件传输协议） 、 DNS(域名系统) 等方面的知识，快收藏学起来吧！
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民法分论
网络层
网络层的重要功能
转发
当一个分组到某路由器的一条输入链路时，该路由器必须将该分组移动到适当的输出链路
选路
当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径（利用选路算法）
连接建立
某些网络体系结构而非因特网，要求从源到目的地沿着所选择的路径彼此握手，以便在网络层数据分组能够开始流动之前，给定的源到目的地连接之间建立起状态。
网络服务模型
Internet
尽力而为
1.分组间定时无保障
2.分组接收的顺序与发送顺序不同步
3.传送的分组不能保证最终交付
ATM
CBR（恒定比特率）
适用于承载实时、恒定比特率的音频和视频流量
第一个标准化的ATM服务模型
ABR（可用比特率）
比尽力而为稍好
与internet的区别：最小信元传输速率（MCR）可以得到保障
两者比较
网络层的三大组件
1.IP协议
2.选路组件
3.报告数据流中的差错和对某些网络层信息请求进行响应的设施
选路协议
层次选路
原因
规模
路由表中不可能存储所有的节点! 路由表的信息交换将淹没数据链路!
管理自治
internet =众多网络组成的网络 每个网络管理者管理自己网络的路由选择
自治系统（AS）
AS内部选路
RIP（选路信息协议）
OSPF（开放最短路径优先）
优点
安全: 所有OSPF 消息需要认证 (防止恶意入侵)
允许多个相同开销的路径 (在 RIP中只有一条路径)
单播和多播综合支持
在大的区域中使用层次 OSPF.
AS域间选路
BGP（边界网关协议）
网关路由器
路由选择算法
第一类
全局
链路状态路由算法（LS）
DijKstra算法
Prim算法
看书理解
特点：该算法必须知道网络中每条链路的费用
分布式
距离向量路由算法
DV算法
特点：每个节点都要从一个或者多个直接相连的邻居接收某些信息
第二类
动态
路由变化很快 周期性更新 直接响应链路开销的变化
静态
路由变化很慢,通常由人工进行设置
第三类
负载敏感
负载迟钝
IPv6
数据报格式
版本号
4bit，用于表示ip版本号，通常为6
流量类型
与iPv4TOS字段含义一致
流标签
20bit，用于表示一个数据报的流
有效载荷长度
16bit无符号整数，给出了ipv6数据报中跟在定长的40字节数据报首部后面的字节数量
下一个首部
表示该数据报中的内容（数据字段）需要交付给哪个协议，与ipv4首部中协议字段的值相同
跳限制
转发数据报的每台路由器将该字段的值-1，直至0，丢弃该数据报
源和目的地地址
给定了源目的地主机的地址和转发后的目的地主机地址
数据
有效载荷部分
IPv4到IPv6的过渡
双栈
原理
一些路由器具有双重栈 (v6, v4) 能够在两种格式中转换
隧道
在穿过IPv4路由器时，IPv6分组作为 IPv4分组的负载
与IPv4的比较
1.ipv6有固定长度的 40 字节首部
2.ipv6不允许分片
3.扩大的地址容量，ipv4为32bit，ipv6为128bit
4.流标签与优先级
5.校验和:ipv6全部去掉，减少每一跳的处理时间
6.选项: 允许, 但是不是标准首部的一部分，而是用下一个首部域指出
7.ICMPv6:新版本的 ICMP 增加消息类型, 例如. “分组太大”多播组管理功能
ICMP（互联网控制报文协议）
功能
用于主机和路由器彼此交互网络层信息
差错报告
产生错误信息的报文
特点
位于IP之上
因为ICMP的消息是装载在ip分组里面的
ICMP报文类型
NAT（网络地址转换）
提供的服务
帮助同一子网内部的主机与因特网进行交互
实现方式
1.静态转换
2.动态转换
3.端口多路复用
实现过程
缺陷/问题
妨碍P2P应用程序
帮助解决IP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（动态主机配置协议、又称即插即用协议）
使得主机可以自动获取ip地址
使得主机获取子网掩码、第一跳路由器地址（默认网关）、本地DNS服务器的地址
步骤
1.DHCP服务器发现
2.DHCP服务器提供
3.DHCP请求
4.DHCP ACK
网络层的服务
有连接服务
虚电路（VC,virtual circuit)
组成
1.源和目的主机之间的路径
2.VC号，沿着该路径的每段链路一个号码
3.沿着该路径的每台路由器中的转发表表项
实现位置
1.端系统
2.路由器
工作步骤
1.虚电路建立
运输层
与网络层联系，指定接收地址
决定发送方与接收方的路径
给出每条链路的VC号
在每条链路的转发表中增加一项（vc号）
预留带宽
2.数据传送
3.虚电路拆除
网络层通知网络另一侧的端系统结束呼叫，更新路径上每台路由器中的转发表确定虚电路不存在
使用的协议与报文:信令协议与信令报文
过程图
由来
电话
无连接服务
数据报
1.发送分组的时候，端系统为分组加上目的地端系统的地址，然后将该分组加上目的地端系统的地址并发送
2.分组进入路由器，每个路由器使用该分组的目的地址转发该分组
3.在路由器内部，路由器通过转发表将目的地址映射到相应的链路接口并转发
最长前缀匹配原则
在该表中寻找最长的匹配项，并向与最长前缀匹配的链路接口转发该分组
因特网
两者的比较
1.虚电路采用的是真正的电路，数据报不是
2.虚电路模型比数据报复杂得多
3.虚电路面向连接，数据报是无连接的
路由器的组成与工作原理
输入端口
1.将一条输入的物理链路端接到路由器的物理层
2.与位于接入链路远端的数据链路层功能交互数据链路层功能
3.查找与转发
4控制分组从输入端口转发到选路路由器
交换结构
将路由器的输入端口连接到它的输出端口
输出端口
存储经过交换结构转发的分组，并将分组传输到输出链路
执行与输入端口相反的数据链路层和物理层功能
选路路由器
执行选路协议，维护选路信息与转发表，执行路由器的网络管理功能
组成结构图
分布式交换
工作原理
1.选路处理器计算转发表，给每个输入端口存放一份转发表拷贝
2.在每个输入端口本地做出交换决策，无须激活中央处理器
可以避免在路由器某个单点转发处理瓶颈
目的
以线速完成输入端口的处理
排队
如果数据报到达输入端口速度快于输入端口将数据报转发到交换结构的速度，就会发生排队
IPV4
版本号（4bit）
规定数据报的IP协议版本
首部长度（4bit）
确定IP数据报的数据部分从哪开始
服务类型
区别不同类型的IP数据报（如高时延、高吞吐量）
数据报长度（16bit）
IP数据报总长度
寿命
确定ip数据报不会永远在网络上循环，每当数据报经过一次路由器，该值-1，直到0，丢弃
协议
指明ip数据报数据部分交给哪个运输层的协议（值为6→TCP，值为17→UDP）
首部检验和（理解检验机制）
帮助路由器检测收到的ip数据报中的比特错误
源和目的IP地址
源主机产生一个数据报，在这里插入其ip地址，在目的ip地址插入最终目的地的地址
选项
允许ip首部被拓展
数据（有效载荷）最重要
数据字段交付给目的地的运输层报文段（TCP或UDP）
大小
32比特
最大传输单元（MTU）
一个链路层帧能承载的最大数据量
ip分片
IP地址
长度
32bit（4字节），共有2^32个ipv4地址
分类
A类：第一位为“0”
B类：前两位为“10”
C类：前三位为“110”
基本的IP地址
D类：前四位为“1110”
E类：前五位为”11110“
书写方式（点分十进制）：193.32.216.9
等于11000001 00100000 11011000 00001001
子网掩码
定义（功能）
将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分
该
表示形式
全1表示网络位，全0表示主机位
例如IP地址200.23.16.0/23的子网掩码为255.255.254.0
减少网络上的通信量；节省IP地址；便于管理；解决物理网络本身的某些问题
使用子网掩码划分子网后，子网内可以通信，跨子网不能通信，子网间通信应该使用路由器，并正确配置静态路由信息。
划分子网
无类别域间寻路（CIDR）
子主题
如数据报为255.255.255.255
该为ip广播地址，交付给同一子网内的所有主机
LS与DV的比较
相同
均采用互补的思想解决计算选路的问题
区别
DV中，每个节点仅与它直接相连的邻居进行交谈；LS中，每个节点与所有其他节点交通
报文复杂性
LS中一条链路的费用发生改变就必须向所有节点发送新的链路费用，DV仅在一条链路的费用的改变影响其最低费用路径时才传播以改变的链路费用
收敛速度
LS收敛速度快，DV收敛较慢，收敛时会遇到选路环路
健壮性
LS路由计算某种程度上是分离的，健壮性好，DV中一个节点会向所有的节点通稿器不正确的最低费用路径，健壮性差
