计算机网络 第五版阅读笔记

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第一章 概述

1.因特网的组成

边缘部分：由所有连接在因特网上的主机组成

核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成

2.计算机之间的通信方式

客户服务器端方式（C/S模式）：客户端是服务请求方，服务器端是服务提供方

对等方式（P2P模式）：平等,对等连接通信，每一个主机既是客户又是服务器。

3.电路交换，分组交换和报文交换

3.1 电路交换：建立连接(占用通信资源)->通话(一直占用)－>释放连接(释放通信资源)。

优点：在通话的全部时间内，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

缺点：由于绝大部分时间线路是空闲的，因此线路的传输效率很低.

3.2 分组交换：利用首部控制信息将整个报文进行分组，形成若干个包。采用存储转发技术，路由器收到分组－>缓存分组－>检查首部－>查路由表确定转发地址－>转发分组。

优点：高效，灵活，迅速，可靠。

缺点：存储转发需要排队带来时延，且首部控制信息造成一定的开销，而且还需要专门的管理和控制机制。

3.3 报文交换：也是基于存储转发。整个报文先转发到相邻结点，全部存储下来再转发到下一个结点。

优点：通信线路利用率高，

缺点：时延太长。

4.计算机网络的类别：

按作用范围分：广域网(WAN)，城域网(MAN)，局域网(LAN)，个人区域网(PAN)

按使用者分：公用网(public network)，专用网(private network)

5.计算机网络的性能：

5.1 速率：信道上传送数据的速率。单位:b/s（bps）,还有kb/s,Mb/s,Gb/s等，指的是额定速率或标称速率

5.2 带宽：原指某个信号具有的频带宽度，在计算机网络中指单位时间内信道中的最高数据率。单位：b/s

5.3 吞吐量：单位时间内通过某个网络(或信道，借口)的数据量。绝对上限值等于带宽。一般来说,100Mb/s的以太网，其典型的吞吐量可能只有70Mb/s

5.4 时延：数据从一端传送到另一端的所需的时间。

(1)发送时延：主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也叫传输时延。

$$发送时延= \dfrac{数据帧长度(b)}{发送速率(b/s)}$$

(2)传播时延：电磁波在信道中传播一定的距离需要花费的时间。

$$传播时延= \dfrac{信道长度(m)}{电磁波在信道上的传播速率(m/s)}$$

(3)处理时延：收到分组后需要花费一定的时间来处理

(4)排队时延：分组进入路由器后，需要排队等候发送。

$$传播时延= 发送时延+传播时延+处理时延+排队时延$$

Tips:对于高速网络链路，提高的仅仅是数据发送速率而不是比特在链路上的传播速率。

5.5 时延带宽积：以比特为单位的链路长度

$$时延带宽积=传播时延 * 带宽$$

5.6 往返时间(RTT)：发送方发送开始，到收到对方接收到消息的确认，所需的时间

5.7 利用率：某信道有百分之几的时间是被利用的。

$$当前时延=\dfrac{空闲时时延 }{ 1 - 利用率}$$

Tips:信道或网络利用率过高会产生非常大的时延

6.计算机网络的非性能特征：费用，质量，标准化，可靠性，可扩展性和可升级性，易于维护和管理

7.计算机网络体系结构：

OSI七层体系：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层

TCP/IP四层体系：连接层，网际层(ip)，传输层(tcp/udp)，应用层(万维网http，电子邮件SMTP，文件发送FTP等)

五层协议体系：物理层，数据链路层，网络层，运输层，应用层

8.网络协议三要素：语法，语义，同步

9.实体，协议，服务，服务访问点，协议栈

(1)实体：任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程。

(2)协议：控制两个对等实体（或多个）进行通信的规则的集合，协议时水平的，同层间

(3)服务：下层向上层通过层间借口提供服务，服务是垂直的

(4)服务访问点SAP：同一系统中相邻两层的实体进行交互的地方。比较抽象，可以当成一个缓存池，可以放数据也可以取数据

(5)协议栈：网络中各层协议的总和

第二章：物理层

1.物理层特性：

(1)机械：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等

(2)电气：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围

(3)功能：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义

(4)过程：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2.传输媒体：导向传输媒体和非导向传输媒体

(1)导向传输媒体：双绞线，同轴电缆，光缆

(2)非导向传输媒体：无线电波通信，短波通信(电离层的反射)

3.通信系统：分为源系统，传输系统，目的系统

(1)源系统：包括源点和发送器，前者负责产生要传输的数据，后者负责对比特流数据进行编码后发送到传输线路上(调制器)。

(2)传输系统：简单的传输线或者复杂的传输网络

(3)目的系统：包括接收器和终点。前者负责接收传输来的数据并转换成能够被目的设备处理的信号，后者负责从接收器获取数据并把信息输出。

4.通信方式：

(1)单向通信：单工通信，只能从一方发送另一方接受，没有反方向的交互

(2)双向交替通信：半双工通信，双方都可以发送消息，但是不能同时发送

(3)双向同时通信：全双工通信，双方可以同时发送和接受消息

5.调制：分为基带调制和带通调制，基带调制仅仅对基带信号的波形进行变换，带通调制利用载波进行调制。

Q：为什么要调制？

A：信源的基带信号包含太多低频成分，甚至有直流成分，而信道并不能传输这种低频或直流分量，故需要调制。

带通调制有以下三种方式：

(1)调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化,例如：高幅值表示为1，低幅值表示为0

(2)调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化，例如，高频信号表示为1，低频信号表示为0

(3)调相(PM)：载波的初始相位随基带信号而变化，例如：发生相位变化表示为1，否则表示为0

6.信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，S/N，单位dB分贝。

$$信噪比 = 10 \lg(S/N)$$

香农公式：

$$C = W \log(1+S/N) (b/s)$$

式中C代表极限传输速率(b/s)，W为信道的带宽(HZ)，S为信道内所传的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率

习题2-08 假定要用3kHZ带宽的电话信道传送64KB/S的数据(无差错传输)，试问这个信道应该具有多高的信噪比，(分别用比值和分贝来表示？这个问题说明了什么？)

答案：由香农公式算出S/N = 3767910.675 ，再由信噪比公式算出S/N = 65.7dB。说明这是个信噪比很高的信道。

7.信道复用技术

(1) 频分复用(FDM)：每个用户都分配有自己的频带，通信过程中至始至终都占用这个频带。频分复用的用户在同样的时间占用不同的频带宽度。

(2) 时分复用(TDM)：将提供给整个信道传输信息的时间划分为若干个时分复用帧(TDM),每一个用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙进行数据传输。时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的频带宽度。

tip:时分复用时固定分配时隙，往往会降低线路利用率

(3) 统计时分复用(STDM)：时分复用的改进。利用集中器对各个用户的数据进行缓存和按需动态分配时隙，然后发送出去。此种方法可以明显提高线路的利用率。

(4) 波分复用(WDM)：相当于光的频分复用，按波长来分配给用户

(5) 密集波分复用(DWDM)：光载波的间隔小，分配密集

(6) 码分复用(CDM)：共享信道，靠不同的编码来区分各路原始信号

码片：每一个比特时间划分为m个短的间隔。如：8bit码片序列10010010，则1表示为10010010,0表示为01101101,码片序列按照惯例改为(+1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 -1)

(7) 码分多址(CDMA)：给每一个站分配的码片序列既要各不相同又要互相正交

每个站选取自己的码片序列，A站选取(+1 -1 -1 +1)，B站选取(-1 -1 +1 +1)，必须要严格正交。

习题2-16 共有4个站进行码分多址CDMA通信。4个站的码片序列为：

A：（-1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1） B：（-1 –1 +1 -1 +1 +1 +1 -1）

C：（-1 +1 –1 +1 +1 +1 -1 -1） D：（-1 +1 –1 –1 -1 –1 +1 -1）

现收到这样的码片序列：（-1 +1 –3 +1 -1 –3 +1 +1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的1还是0？

答案：S*A = (1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1，A发送1；
S*B = (1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1，B发送0
S*C = (1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0，C没有发送数据；
S*D = (1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1，D发送1

8.数字传输系统：

(1) 脉波调制PCM：模拟信号经过采样，量化，编码转换成数字信号，每个PCM信号用时分复用TDM装成帧再一帧一桢地发送。缺点：速率标准不统一，不是同步传输

(2)同步光纤网SONET和同步数字系列SDH：解决PCM的缺点

9.宽带接入方式：xDSL(ADSL,HDSL,VDSL)，光纤同轴混合网HFC，FTTx技术(光纤到户FFTH)Fiber to the home！

第三章：数据链路层

1.数据链路层使用的信道：点对点信道和广播信道

2.数据链路和帧:

(1)链路(物理链路)：一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有任何转换结点。

(2)数据链路(逻辑链路)：由物理链路加上必要的通信协议构成。通常采用网络适配器来实现。

(3)帧：点对点信道的数据链路层的协议数据单元。

3.数据链路层的三大基本功能

3.1 封装成帧：在一端数据的首部和尾部分别加上帧开始符(SOH 01)和帧结束符(EOT 04)。另外：数据长度应当小于数据链路层协议规定的最大传输单元(MTU)。

3.2 透明传输：SOH和EOT都是二进制码，若帧中数据中出现了和SOH和EOT一样的二进制码，则会出现帧定界错误。为了解决这样的问题，可以在数据中出现控制字符SOH和EOT的前面加上转义字符ESC来避免上述错误(称为”字符填充法”)。

3.3 差错检测：

(1)误码率(BER)：在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总数的比率

(2)循环冗余检验(CRC)：在数据后面添加供差错检测用的n位冗余码，在接收端通过冗余码来进行差错检测。

(3)帧检验序列(FCS)：添加在数据后面的冗余码。Tips:FCS可以用CRC获取，也可以不用CRC获得。

(4)CRC差错检测技术只能保证每一帧的无差错接收(比特差错)，但并不能解决帧丢失，帧重复以及帧失序等问题。

4.点对点协议PPP

4.1 帧格式：标志|地址|控制|协议|数据|校验|标志

(1) 标志：首部的标志符表示一个帧的开始，尾部的标志结束。规定为0x7E。

(2) 地址：因为是点对点，地址没有用，所以设为广播地址，0xFF

(3) 控制：规定为0x03，为保留字段，无意义

(4) 协议：2B，定义数据字段中携带的数据类型

(5) 数据：长度可变，最大不超过1500B(MTU)

(6) 校验：FCS，用于CRC校验

4.2 透明传输

(1)字节填充：异步传输时转义字符为0x7D。填充方法：0x7E转变成(0x7D,0x5E),0x7D转变成(0x7D,0x5D)，ASCII码的控制字符，即小于0x20的字符，如0x03变成(0x7D,0x23)。

(2)零比特填充：同步传输时采用此填充方法，因为F标志位0x7E(01111110)，数据段出现5个1就填充一个零，防止被误认为时F标志位。

4.3 PPP协议

(1) 链路控制协议簇(LCP)：建立，配置，测试PPP数据链路连接；

(2) 网络控制协议族（NCPS）：协商在该链路上所传输的数据包的格式与类型，建立，配置不同网络层协议；

(3) PPP扩展协议族：提供对PPP功能的进一步支持。

5.局域网的拓扑：星形网，环形网，总线网，树形网

6.CSMA/CD协议(半双工通信)：载波监听多点接入/碰撞检测(Carrier Sence Multiple Access with Collision Detection)

6.1 传统以太网的连接和数据编码方式：采用无连接的方式(即不必先建立连接就可以直接发送数据)，采用曼彻斯特(Manchester)编码，即高电平->低电平代表0，低电平到高电平代表1；

6.2 CSDA/CD协议要点

(1)多点接入：总线型网络

(2)载波监听：发送前先监听，如果其他站在发送数据则暂时不发送

(3)碰撞检测：边发送边监听，发送数据的同时检测总线信号电压来判断其他站是否在发送数据。档一个站检测到总线上的信号电压超过一定的阈值(超过阈值传输的信号会发生明显的失真)时，既表示总线上至少有两个站在发送数据，碰撞产生，适配器立刻停止发送。

6.3 截断二进制指数退避：碰撞不是立刻进行第二次发送，而是推迟一个随机的时间，为了减小再次重传时发送冲突的概率。基本步骤如下：

(1) 确定基本退避时间2τ，以太网把争用期(2τ)定为51.2μs,10M以太网一个争用期可以发送512bit，64字节

(2) 确定重传次数，k=Min(重传次数，10)，从离散集合[1,2,….,2^k-1]中选取一个数，记为r，则发生冲突后的基本退避时间为r倍的争用期

(3)当重传次数达16次仍然不能成功，则丢弃该帧，并向高层报告。

6.4 以太网规定最短有效帧长为64字节，凡长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常中止的无效帧。还规定了帧间最小间隔为9.6μs，为了使刚刚收到数据帧的站的接受缓存来得及清理。

7.使用广播信道的以太网

7.1 集线器工作在物理层，只进行简单的转发比特，不尽兴碰撞检测

7.2 以太网的信道利用率：a = τ/T0,单程端到端时延τ与帧的发送时间T0之比。a越小，代表检测到碰撞的时间就越短，信道利用率越高。极限信道利用率Smax=T0/(T0+τ)=1/(1+a)；只有当参数a远小于1才能得到尽可能高的极限信道利用率。

7.3 MAC层：

(1)MAC地址：硬件地址或者物理地址，固化在网卡里面的物理地址。

(2)MAC帧格式：目的地址|源地址|类型|数据|FCS

• 目的地址，源地址：分别为6个字节的MAC地址，

• 类型：2个字节，用来标志上一层用了什么协议

• 数据字段：46-1500字节(最短有效帧长64减去首部和尾部的16个字节，得出46字节)

• FCS字段：进行CRC校验

在MAC向下传输到物理层的时候还需要在帧头部插入前同步码和帧开始定界符

• 前同步码：7字节，用于使接收端的适配器在接受MAC帧时能迅速调整到其时钟频率

• 帧开始定界符：1字节，顾名思义！

Tips:此处不需要帧结束定界符时因为采用了曼彻斯特编码，当电压不在变化的时候就代表结束了

8.以太网的扩展

(1)在物理层扩展：使用多级结构的集线器

(2)在数据链路层扩展：使用网桥,透明网桥，源路由网桥，多接口网桥(交换机)

9.高速以太网(100Mb/s以上)

第三章 网络层

1.网络层的两种服务：虚电路服务(可靠性由网络保证)和数据报服务(可靠性由用户主机保证)

2.网际协议

(1)地址解析协议ARP和逆地址解析协议(RARP)：位于IP协议之下，IP使用这两个协议解析到物理地址

(2)网际控制报文协议(ICMP)和网际组管理协议(IGMP)：位于IP协议之上，使用IP协议

Tips:这里补充一下各个层的一些相关协议：应用层协议：HTTP，FTP，SMTP；运输层协议TCP，UDP

3.各个层的中间设备：

(1)物理层使用的中间设备叫转发器(repeater)

(2)数据链路层使用的中间设备叫网桥或者桥接器(bridge)

(3)网络层使用的中间设备叫路由器(router)

(4)网络层以上使用的中间设备叫网关(gateway)

4.IP协议：IP地址=网络号net_id+主机号host_id，用点分十进制(每八位转换成十进制)表示。

4.1 IP分类：

(1)A类：1字节网络号+3字节主机号，网络号最高为为0，地址范围：1.0.0.0～126.255.255.255，最大主机数为2^24-2=16777214个。

(2)B类：2字节网络号+2字节主机号，网络号前两位为10，地址范围：128.1.0.0~191.255.255.255，最大主机数为2^16-2=65534个

(3)C类：3字节网络号+1字节主机号，网络号前三位为110，地址范围：192.0.1.0～223.255.255.255，最大主机数为2^8-2=254个

(4)D类：多播地址，1110开始

(5)E类：保留地址，1111开始

一般不使用的特殊地址：(网络号为0代表本网络，主机号全0代表本主机，全1代表所有主机)

| 网络号|主机号| 源地址使用 | 目的地址使用 | 代表的意思

|-|-|-|

| 0 | 0| 可以 | 不可 | 在网络上的本主机

| 0 | host_id | 可以 | 不可 | 在本网络上的某个主机host_id

| 全1 | 全1 | 不可 | 可以 | 只在本网络上进行广播

| net_id | 全1 | 不可 | 可以 | 对net_id上的所有主机进行广播

| 127 | 非全0或全1的任何数| 可以|可以|用作本地软件环回测试之用

4.2 IP的特点

(1) 分级结构的好处：分配时只需分配网络号，主机号由用户单位自己分配；路由表根据主机号转发分组，减小了路由表所占空间以及查找路由表的时间

(2) 连接的网络不同IP也不同，同时连多个网络的主机称为多属性主机。一个路由器至少要连接两个不同的网络(内网和外网)，因此一个路由器至少应当有两个不同的IP地址

(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因为他们的网络号相同

(4) 所有分配到网络号的网络都是平等的

4.3 IP地址和物理地址

(1)IP地址时放在IP数据报的首部，MAC地址放在MAC帧的首部；

(2)在网络层和网络层以上使用IP地址，在数据链路层及以下使用MAC硬件地址;

(3)MAC帧里面看不到IP地址，被封装起来了。

4.4 ARP和RARP协议

(1) ARP工作流程：A以广播方式发送ARP请求(需要得到B的硬件地址)，B收到请求之后以单播方式给A发送ARP响应，此时B把A的IP地址和MAC地址存在高速ARP缓存内以便下一次发送，A收到B的响应之后，也在自己的ARP缓存中写入B的IP地址和MAC地址映射。

(2) 高速ARP缓存：映射地址都有一定的生存周期,超过就直接丢弃。

(3) ARP是解决同一局域网上的主机和路由器的IP地址和路由器地址的映射问题。如果所找的主机不在局域网内，那么就需要通过ARP找到位于局域网内的一个路由器的硬件地址，然后把分组数据传给路由器，路由器再把分组传给下一个网络。

4.5 IP数据报的格式

IP数据报的组成：首部(20字节)+数据部分

(1) 版本号：IP协议的版本

(2) 首部长度：常用首部长度为20个字节

(3) 区分服务：一般不使用这个字段

(4) 数据报总长度：首部和数据之和，占16位，表示最大长度为65535字节,由于MTU限制，一般不超过1500字节。另外数据报的总长度不是指未分片前的数据报总长度，而是指分片后的每一片的首部+数据的长度

(5) 标识：标识字段由计数器产生，每产生一个数据报就加1，数据报分片后标识段也被复制到各个分片中，以便重装成原来的数据报。

(6) 标志：三位，最低位记为MF，MF=1代表还有分片，反之则没有；中间一位记为DF，DF=1代表不允许分片，反之则允许分片

(7) 片偏移：分片后的该片在原分组中的相对位置。单位为8个字节，分片的长度都是8自己的倍数；

(9) 生存时间(TTL)：数据报在网络中的寿命。防止无法交付的数据报无限制地在网络中兜圈子。每经过一个路由器，TTL就减去数据报在该路由器中消耗的时间，TTL为0就丢弃该报。

(10) 协议：指携带的数据时何种协议。常用协议字段：1-ICMP，2-IGMP，6-TCP，8-EGP，17-UDP，41-IPv6等等

(11) 首部检验和：反码算术运算，即发送端首部检验和为全0，所有首部和相加取反得到接收端检验和，接收端判断首部和的反码是否为0，为0则保留，不为0则抛弃。(下图很好的说明了过程)

(12)源地址和目的地址：每个占32位，IP地址。

4.5 转发分组：对一条路由信息（目的网络地址，下一跳转地址）

(1) 从数据报中提取目的主机的IP地址D，得出目的网络地址N

(2) 如果N是与此路由器直接相连的某个网络地址，则直接交付，否则为间接交付，执行(3)

(3) 若路由表中有目的地址D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表的下一跳路由器；否则,执行(4)

(4) 若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器，否则，执行(5)

(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由，否则，执行(6)

(6) 报告转发分组出错。

5.划分子网

5.1 IP地址={<网络号>，<子网号>，<主机号>}，借用主机号的若干位作为子网号subnet_id，从两级IP结构变成了三级IP结构。

Tips:划分子网纯属一个单位内部的事，对外仍表现为一个网络。

5.2 子网掩码：从IP地址得到子网的网络地址

5.3 使用子网的分组转发(IP地址 AND 子网掩码 = 网络地址)

(1) 从数据报中提取目的主机的IP地址D

(2) 先判断能不能直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和D逐位相与，看结果是否和相应的网络地址匹配，若匹配则直接交付；否则为间接交付，执行(3)

(3) 若路由表中有目的地址D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表的下一跳路由器；否则,执行(4)

(4) 对路由表中的每一行(目的地址，子网掩码，下一跳地址)，用其中的子网掩码和D逐位相与，得到网络地址N，若与该行的目的网络地址匹配，则传给下一跳地址，否则，执行(5)

(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由，否则，执行(6)

(6) 报告转发分组出错。

6.无分类编址CIDR

(1) IP结构：IP地址 = {<网络前缀>，<主机号>}，采用斜线记法，128.13.35.7/20，表示前20位为网络前缀

(2) 网络前缀相同的连续IP地址组成一个CIDR地址块

(3) 地址掩码：也可继续称为子网掩码。

(4) 查找路由表的时候，可能会得到不止一个匹配结果。应当从匹配结果中选择最长前缀匹配的路由

例如：目的地址206.0.71.130和206.0.68.0/22以及206.0.71.126/25都可以匹配

这时就需要选择**最长前缀匹配**206.0.71.126/25作为下一跳地址。

(5) 对所有可能的前缀进行循环查找效率不高，可以采用二叉线索来快速查找最长前缀匹配

7.网际控制报文协议ICMP(不是高层协议，它属于IP层的协议)

(1) 作用：为了更有效的转发IP数据报和提高交付成功的机会

(2) 当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息

(3) 报文类型：差错报告报文和询问报文

其中，差错报告报文：

• 终点不可达：不能交付数据报时向源点发送

• 源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据，发送该报文通知源点将数据报发送速率放慢

• 时间超过：TTL将为0，丢弃数据的同时发送该报文

• 参数问题：首部字段不正确，丢弃数据，发送该报文

• 改变路由：让主机知道下次应将数据报发送给另外的更好的路由器

询问报文：

• 回送请求和应答：主机向目的主机发送回送请求报文，目的主机向源主机发送应答报文，用来测试目的主机站是否可达以及了解其状态

• 时间戳请求和应答：用于时钟同步和测量时间。

(4) 应用：分组网间探测ping，用来测试两个主机之间的连通性，采用ICMP回送请求和应答报文，PING是应用层直接使用网络层ICMP的一个例子，没有通过网络层TCP和UDP

8.路由选择协议

8.1 路由选择协议分类

(1) 内部网管协议IGP：在一个自治系统(AS)内部使用的路由选择协议，如RIP和OSPE协议

(2) 外部网关协议EGP：在一个自治系统的边界，用来将路由选择信息传递给下一个自治系统的协议。如BGP-4

8.2 内部网关协议RIP：不断更新路由表，使得从每一个路由到每一个目的路由都时最短的。

(1) 一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。

(2) 协议里的“距离”也称谓“跳数”，每经过一个路由加+1

(3) 协议特点：

• 仅和相邻路由器交换信息

• 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息(信息包括我到本AS中各个网络的最短距离，以及到每个网络经过的下一跳路由器)。

• 按固定的时间间隔交换路由信息。

(4) 距离向量算法(目的网络+距离+下一跳路由器)

地址为X的相邻路由发来RIP报文，修改报文所有项(距离d+1，下一跳全改为X)，对每一项目进行如下处理：

• 若源路由中没有目的网络N，则把该项目添加到路由表中

• 若存在目的网络N，查看下一跳路由器，若为X，直接替换路由表

• 若存在目的网络N，下一跳路由器不为X，则比较距离，若小则更新，反之则丢弃

8.3 内部网关协议OSPF

(1) 使用分布式的链路状态协议，开放最短路径优先（Open Shortest Path First）,使用Dijkstra的最短路径算法SPF

(2) 三个要点(和RIP不同)

• 采用洪泛法，路由器通过所有输出端口向所有相邻的路由发送信息

• 发送的信息时与本路由器相邻的所有路由器的链路状态

• 只有当链路状态发生变化时，路由器才会再次采用洪泛法发送信息 （与RIP不同）

(3) 特点：

• 建立了一个链路状态数据库，全网的拓扑结构图

• 能较快的更新数据库，更新过程收敛很快

• 为了使OSPF用于大规模的网络，它将一个自治系统划分为多个区域，这样利用洪泛法交换链路状态信息的范围就局限于每一个区域，减少了网络上的通信量

• OSPF不用UDP而是直接用IP数据报发送

• OSPF对于不同类型的业务可计算出不同的路由

• 多路径间的负载平衡：在代价相同的多条路径上分配通信量

• OSPF支持可变长度的子网划分和无分类的编址CIDR

(4) OSPF分组IP数据报

OSPF五种分组类型：问候(hello)分组，数据库描述(Database Description)分组，链路状态请求分组(Link state Request)，链路状态更新(Link state Update)分组，链路状态确认(Link State Acknowledgment)分组。

8.4 外部网关协议BGP：力求寻找一条能到达目的网络且比较好的路由，而并非寻找一个最佳路由

(1) 采用路径向量路由选择协议

(2) 每一个AS都需要一个BGP发言人，这些发言人之间交换路由信息，构建AS连通图，它是树形结构，不存在回路

构建的AS连通图如下：

8.5 路由器的构成：分成路由选择部分和分组转发部分

(1) 分组路由选择：根据前面的路由选择协议构造路由表，并经常定期的更新和维护路由表来选择分组路由

(2) 分组转发部分：分为交换结构，一组输入端口和一组输出端口

• 交换结构：根据转发表，对分组进行处理，将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去。三种交换方式：通过存储器，通过总线，通过互连网络

• 输入端口：从线路接受分组->物理层处理->数据链路层处理->网络层处理分组排队->交换结构

• 输出端口：交换结构->网络层处理分组排队->数据链路层处理->物理层处理->向线路发送分组

9.IP多播：采用D类IP

(1) 多播地址只能作为目的地址，不能作为源地址

(2) 网际组管理协议IGMP

10.虚拟专用网和网络地址转换NAT

(1) 在因特网中的所有目的路由器，对目的地址时专用地址的数据报一律不进行转发。如：

• 10.0.0.0到10.255.255.255

• 172.16.0.0到172.31.255.255

• 192.168.0.0到192.168.255.255

(2)利用隧道技术加密内部数据实现虚拟专用VPN网