计算机网络层
计算机网络 (网络层,链路层) 归纳提纲 适合复习《自定而下的方法》时使用_anditty的博客-CSDN博客
https://blog.csdn.net/qq_43210583/article/details/115290976?spm=1001.2014.3001.5501
第四章 网络层 (data plane)
4.1 网络层概览
在端中是第三层,在router里是最高层
在send side做封装segment into datagrams
router通过IP报文投决定如何去传输
两个重要的网络层函数
forwarding(data plane):把packets从router的input转移到合适的output
local, per-router
routing(control plane):决定route的选择
network-wide,·决定要经过哪些router
两种方式
traditional:由每一个router自己决定
control plane:去计算出一个forwarding table
data plane:按照这个表格去转发
software-defined(SDN):服务器决定
control plane:其中每个router会收集信息,让server去决定forwarding table
Link layer保证不了任何事情,除了best effort
4.2 Router
Input port
其中网络层需要做的事情有 使用报文头按照table做转发
两种转发方式:
destination-based forwarding:根据目的IP
longest prefix matching:按照匹配到的最长的目的IP去匹配
generalized:根据headre里的其他信息
三种不同类型的switching fabrics
output
也需要一个buffer,防止丢包,但是如果队列满了也会丢datagram
排队方式:选择下一个要发的datagram
FIFO
如果队列满了怎么办?
tail drop
priority drop
random
priority
维护一个高优先和低优先队列,优先选择高优先队列发
RR round robin
高优先和低优先交替发
Weighted Fair Queuing (WFQ):
按照某个weight在不同队列中选择的发
4.3 IP
1.IP的 fragmentation和reassembly
MTU(max transfer size):最大的frame(分片)size
例子:
2.IPv4 addressing
subnet:位于相同网络号的一组网络,不需要router可以physically的连接
例子:下图有六个子网
addressing方式: CIDR: Classless InterDomain Routing
如何获得IP地址?
hard-code 系统管理员定义
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
一个应用层协议,在UDP之上(udp封装在IP之上)
四个步骤
DHCP discover
DHCP offer
DHCP request
DHCP ack
除了iP还能返回:
client下一个router地址
DNS的name和IP
子网掩码
层次编址
ISP从ICANN: Internet Corporation for Assigned Names and Numbers获得地址区间
NAT (network address translation)
不需要ISP提供的地址范围：所有设备只需一个IP地址
可以改变本地网络中设备的地址，而不需要通知外界
可以改变ISP，而不需要改变本地网络中设备的地址
本地网络中的设备无法明确寻址，外界可以看到（安全上的优势）
NAT要做什么
发出数据报：将每个发出的数据报的（源IP地址，端口号）替换为（NAT IP地址，新端口号远程客户端/服务器将使用（NAT IP地址，新端口号）作为目标地址进行响应。
记住（在NAT翻译表中）每一个（源IP地址，端口号）到（NAT IP地址，新端口号）的翻译对。
传入数据报：将每个传入数据报的 dest 字段中的 (NAT IP 地址，新端口号) 替换为存储在 NAT 表中的相应 (源 IP 地址，端口号)。
4.IPv6
对比v4
地址更多
取消checksum
用next header代替options
ICMPv6
tunneling
把v6作为v4的payload
一个例子(重点)
4.4 Generalized Forward and SDN
结构:
Openflow
pattern：匹配数据包头中的数值。
action：对于匹配的数据包：丢弃、转发、修改、匹配的数据包或发送匹配的数据包到控制器。
priority：消除重叠pattern的歧义。
counters。#bytes和#packets
因此,我们可以非常自由的用软件去定义router的功能:
第五章 网络层 (control plane)
两种control plane:
Per-router control plane:每个router自己用算法去算出table来
Logically centralized control plane:由控制器去统一控制多个CA
5.1 routing协议
用一张graph去描述网络;
怎么定义cost? 找最大用倒数,找最小不用倒数
cost could always be 1, or inversely related to bandwidth, or inversely related to congestion
算法的分类
global or decentralized
global:所有router有完整的信息
decentralized:router只知道一部分邻居的信息
static or dymantic
1. link state
Dijkstra
重点是之后还要根据这个图画出每个router的table呢:
算法的复杂度是O(n^2)
2. distance vector
Bellman-Ford equation (dynamic programming)
5.2 intra-AS routing in the Internet: OSPF
定义AS
把router聚合成小的区域:autonomous systems (AS)
Gateway router: at “edge” of its own AS, has link(s) to router(s) in other AS
Interior router: no link to other AS
intra-AS routing (Interior gateway protocol, IGP)
同一个AS的router必须run相同的routing
常见的协议
RIP(distance)
OSPF(link state)
IS-IS 和OSPF本质上一样
IGRP
inter-AS routing(boarder gateway protocol, BGP)
gateway router像intra—AS那样运行inter-AS routing
还必须把这个信息告诉AS里的所有router
OSPF
基于IP协议(不是TCP或者UDP)
安全性：所有OSPF报文经过认证（防止恶意入侵）。
允许多条同价路径（RIP中只有一条路径）。
集成的单播和多播支持。
多播OSPF(MOSPF)使用与OSPF相同的拓扑数据库。
Hierarchical OSPF
两层结构,只在area中做link-state advertisements
area border routers: “summarize” distances to nets in own area, advertise to other Area Border routers.
backbone routers: run OSPF routing limited to backbone.
boundary routers: connect to other AS’es.
5.4 routing among the ISPs:BGP
BGP提供两个功能:
获得周围的AS的reachability信息:eBGP
把这些信息传给AS的内部router:iBGP
根据可到达性信息和策略确定通往其他网络的 "好 "路线
基础知识
两个BGP router通过TCP交流信息,终点(NEXT-HOP)作为前缀加到路线(AS-PATH)上去
但是我们会根据policy,决定去接受或者拒绝这条路径,也可以决定是否去advertise这条路径(各怀鬼胎)
有时我们会收到多条到某个点的路径
.本地偏好值属性：策略决定。(例如一般联通不会把他的某条路径告诉移动,这样移动就能不用花费走这条路)
最短的AS-PATH
选择到达自己网关最近的router：烫手山芋路由。
补充标准
之后我们要去生成forward table
5.5 The SDN control plane
5.6 ICMP Internet Control Message Protocol
used by hosts & routers to communicate network level information
carried in IP datagrams
5.7 Network management and SNMP (simple network management)
SNMP
第六章 连接层和LANs
术语:
host and routers:node
links
frame
server
rdt between nodes:为什么要同时具备链路级和终端可靠性？因为链路上可能发生的错误导致重传代价大
framing,link access
flow control
error detection and correction
全双工和半双工
6.2 error
二维检测
CRC
6.3 multiple access protocols
两种类型的link
point-to-point
broadcast(share wire or medium):802.11,HFC
目标:
when one node wants to transmit, it can send at rate R.
当M个节点要传输时，每个节点可以以平均速率R/M发送。
fully decentralized:
没有特别的节点来协调传输
时钟、槽位不同步
简单
三类MAC协议
channel partitioning (DMA division multiple access)
TDMA
FDMA:划分channel
CDMA
random access
slotted ALOHA:完全随机,效率差0.37
ALOHA:更随机 0.18
CSMA:在传输之前线监听,空闲才传输,但是还是又可能有碰撞
CSMA/CD(只适合有线网络 Ethernet):
NIC收到frame
NIC发现信道空闲去发包
如果NIC发现了另一个人也在传,那么立即停止
NIC开始等待,在m次碰撞后,等待的时间从{0,1,2, …, 2^m-1}中选择,NIC选择K*512bits的时间,然后回到步骤2(binary exponential bakkoff)
CSMA/CA(802.11)
taking turns
polling:
Masetr去按照顺序邀请一些nodes去传输,如果有就传polling overhead,latency,single point of failure (master)
token passing:
polling overhead,latency,single point of failure (master)
6.4 LANs
1.ARP address resolution protocol
Mac地址(LAN address)是48bit的
每个node会维护一张table:
ARP会发送一个目的地MAC全是F的包去查询,所有的node都会接收到这个包,然后对应的nodeB,会把自己的IP信息send回去,A会保存这个信息直到超时.
ARP被包含在IP中
一个例子:
2.Ethernet
局域有线网络技术
物理拓扑:
connectionless
unreliable
CSMA/CD
802.3 Ethernet standards
3.switches
store, forward Ethernet frames
CSMA/CD
transparent
plug-and-play, self-learning
每个switch有一个swtich table,记录Mac地址,interface,TTL;
Switch通过记录来者的各项信息维持这个转发表,当switch收到一个包不知道发给谁的时候,他会发给周围所有人,看谁接受了,记录下来.
switch vs routers
router是网络层的 vs switch是link层的设备
routers使用routing 算法和ip address vs switch使用flooding,learning,MAC address
4.vLAN Virtual Local Area Network
port-based VLAN
traffic isolation:只能同一个vlan交流
dynamic membership
forwarding between VLANS: done via routing
MAC-based VLAN
trunk port:
6.6 data center
multiple applications, each serving massive numbers of clients
managing/balancing load, avoiding processing, networking, data bottlenecks
load balancer: application-layer routing
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