华南理工大学《高级计算机网络》复习资料简洁版docx.docx
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华南理工大学《高级计算机网络》复习资料简洁版
第一讲:
网络概述
计算机网络:
是自主计算机的互联结合。
互联网:
全球范围、通用、异构的公用计算机网络
高速信息网络体系结构的发展趋势:
分层结构;分布控制、管理和安全机制
计算机网络的体系结构:
就是一种分层结构,它是计算机网络各层次及各层协议的集合。
在该模型中每一层均向它相邻的鬲层提供口己独特的服务,同时也调用它相邻的卜•层向它提供的服务。
层与层Z间通过它们Z间的接口进行通信。
Internet使用的体系结构:
是TCP/IP模型。
它是由数十个具有一定层次结构的协议组成的一个体系结构。
而TCP和IP是该协议屮两个最重要的协议。
它分为四个层次:
应用层、传输层(乂叫主机到主机层TCP)、网络层(IP)和网络接口层(链路层)。
互联网体系结构:
指计算机网络的各层及其协议的集合(architecture).或精确定义为这个计算机网络及其部件所应完成的功能.计算机网络的体系结构综合了OSI和TCP/IP的优点,本身由5层组成:
应用层,运输层,网络层,物理层和数据链路层.
优点:
各层功能相对独立,各层因技术进步而做的改动不会影响到其他层,从而保持体系结构的稳定性缺点:
(1)随着网络规模的扩展,现有网络无法满足可控性,网络缺乏信任控制
(2)缺乏有效的机制来容纳界构网络
(3)现有网络控制结构不具扩展性
下一代网络的体系结构:
由“服务层/服务栈”和“传输层/传输栈”组成,采用“外带信令控制”思想,定义了开放的川户-网络接口和网络-网络接口
互联网发展规模和趋势:
Internet正在以超过摩尔定理的速度发展,Data/Voice/Video三网融合;高速信息网络体系结构的发展趋势是分层结构,分布控制、管理和安全机制
网络的发展趋势
(1)向开放式的网络体系结构发展:
使不同软硬件环境、不同网络协议的网络可以互相连接,真正达到资源共享、数据通信和分布处理的冃标。
(2)向高性能发展:
追求高速、高可靠和高安全性,采用多媒体技术,提供文本、图像、声音、视频等综合性服务。
(3)向智能化发展:
提高网络性能和提供网络综合的多功能服务,并更加合理地进行网络各种业务的管理,真正以分布和开放的形式向川户提供服务。
卜-一代互联网的技术体系结构:
应用(AddIication丿
网格计算、远程教育、远程医疗、远程沉浸、
数字视频、协同匚作、实时控制、虚拟现实、
TT
/
服务(Service)
中间件:
身份认证、访问控制、目录服务、网格…
工程:
!
组播、QoS、IPv6J网络管理.网络测量…
/
-TT
/
了皋础设施(Infrastrueture)
/
髙速计算机互连网络(IP)
光纤传输网络(DWDM)+Ethernet+WLAN
丿
第二第三章IPv6协议
IPv4的危机:
地址危机(最大的危机,但可通过NAT、CIDR、VLSM)、端到端业务模式无法实施、
QoS和性能问题、配置复杂、安全问题、路由表的膨胀、移动性支持不够
ipv6的改进之处
简化的报头格式,地址扩展到128位,增强的安全性和服务质暈,可以实现更高效得路由基础,捉供了对移动特性得支
Ipv6的特点(也是相对于ipv4改进之处):
地址及寻址、全新的报文格式;,高效的报头、全新的地址配•置方式,即插即用、更好的QoS支持、内置的安全性、全新的邻居发现协议、良好的扩展性、内置的移动性、端点分片
修正项:
地址:
32bits->128bits从32位变为128位
TimetoLive->HopLimit(跳数限制)生存时间变为跳数限制服务Protocol->NextHeader
TypeofService->TrafficClass(流量类别)
删掉的项
Fragmentationfieldsmovedoutofbaseheader(主头部)
IPoptionsmovedoutofbaseheader
HeaderChecksumeliminated
HeaderLengthfieldeliminated
LengthfieldexcludesIPv6header
增加的项:
FlowLabel流标记
版本(4)业务等级(8)流标记(20)
净荷长度(16)下一个头(8)跳数限制(8)
信源地址(128)
信宿地址(128)
IPv6地址分类:
单播地址(UnicastAddress)
组播地址(MulticastAddress)
全球路由选择前缀(48)
子网标识符<16)接口标识符(64)
任播地址(AnycastAddress)
特殊地址:
地址类型
二进制前缀
IPv6标识
未指定
00...0(128bits)
:
:
/128
环回地址
00...1(128bits)
:
:
1/128
组播
11111111
FF00:
:
/8
链路本地地址
1111111010
FE80:
:
/10
网点本地地址
million
FEC0:
:
/10
全局单播
(其他)
多路广播(组播)地址的高序列八位字节具冇十六进制值FF。
此八位字节的任何其他值都标识单播地址。
链路•本地(Link-Local)
用在单一•链路上
带有链路•本地源或FI的地址的数据包不转发到其它链路
如:
FE80:
:
20C:
76FF:
FEOA:
9A7C
站点-本地(Site-Local)
用于单一站点
带有站点-本地源或目的地址的数据包不转发到具它站点
应用与RFC1918类似
如:
FECO:
:
20C:
76FF:
FEOA:
9A7C
全球(Global)
全球唯一地址
带有全球地址的数据包可被转发
如:
3FFE:
321F:
0:
CE:
:
1
—台主机的MAC地址是:
0012:
3400:
ABCD,试求具牛成的链路本地地址。
解:
首先将MAC地址写成二进制形式:
000000000001001000110100000000001010101111001101
0000000000010010001101001111111111111110000000001010101111001101
0000001000010010001101001111111111111110000000001010101111001101
顺数第七位取反
(將十六進位值FF-FE插入以太网MAC位址的中间,也就是第三位元組與第四位元組中間。
将原来以太网MAC地址的第一个byte的倒数第二位取反,假如原来是1取反得0,0取1.)0212:
34FF:
FE00:
ABCD
其他几种特殊的单播地址
IPv6兼容地址:
0:
0:
0:
0:
0:
0:
w.x.y.z或:
:
w.x.y.z(双协议栈)
IPv4映射地址:
0:
0:
0:
0:
0:
FFFF:
w.x.y.z或:
:
FFFF:
w.x.y.z(IPv6网络中的IPv4节点表示)
6to4地址,…
80bits
32bits
groupID
组播:
111111111|Flgs|scop|reseruednustbezero
□Flags:
0001.或0000
■用來衣示permanent(0000)或i悔H寸组扌満组(0001)
ADI
ino
tOLOi
&
逗埃一愆HP
仙
*分&
加
d
B.
寒勺圮•
抠復一玄池氾!
5
4
佬分配・
&
&
F<
Scope
■农示组播组的范圉
GroupID
■组播组ID(RFC22
-些众所周知的组播地址:
IPV6众所周知的组播地址IPv4众所周知的组播地址组播组
节占一水地茄闱
FF01:
:
1
224.0.0.1
所有-节点地址
FF01:
:
2
224.0.0.2
所有一路由器地址
m:
Mr★ifhum
rAEiurn
FF02:
:
1
224.0.0.1
所有-节点地址
FF02:
:
2
224.0.0.2
所有一路由器地址
FF02:
:
5
224.0.0.5
OSPF所有路由器
FF02:
:
6
224.0.0.6
OSPFIGP
rr02:
:
9
224.0.0.9
RIP路由器
FF02:
:
D
224.0.0.13
所有PIM路由器
站点-本地范围
FF05:
:
2224.0.0.2所有一路由器地址
任何有效范围
FFOX:
:
101224.0.1.1网络时间协议NTP
IPv6地址新类型一任播:
任播地址:
一组接口的标识符(通常属于不同的节点)。
发送到此地址的数据包被传递给该地址标识的所冇接口。
任播地址类型代替IPv4广播地址,任播地址从单播地址空间屮分配,仅能做目标地址,且仅分配给路由器,目标地址为任播地址的数据报将发送给最近的一个接口
-台IPv6主机,其一个接口上可以具有的IPv6地址
链路本地地址
FE80:
:
/10
环回地址
:
:
1/128
所有节点组播地址
FFO1:
:
1(本地接门范围),FF02:
:
l(本地链路范围)
分配的可聚合全球单播地址
2000:
:
/3
uucr.・呻・UUCC・/
被i门求ij地址
尸尸02:
:
1:
尸尸00:
/104
主机所属组的组播地址
FF00:
:
/8
单播地址:
每个接口的链路本地地址
每个接口的单播地址(可以是一个站点木地地址和一个或多个可聚集全球地址)
回环(loopback)接口的回环地址(:
:
1)
此外,主机还必须监听如下这些组播地址:
节点本地范围内所有节点组播地址(FFO1:
:
1);
链路本地范围内所有节点组播地址(FF02:
:
l);
请求节点(solicited-node)组播地址(如果主机的某个接口加入请求节点组);
组播组组播地址(如果主机的某个接口加入任何组播组)。
第山章
网络层的基本功能:
最主要的功能是将分组从源机经选定的路由送到目的机
路由器的基本组成部件?
接到一个分组,如何处理?
基本组成部件:
RAM/DRAM,NVRAM,FlashM,ROM,Interface,其他,如CPU
路由器基本功能:
路由选择,存储转发。
当其接到分组时,处理步骤如下:
1.打开数据报,读取头部
2.确定目标网络地址
3•查找路由表,重新打包后转发到相应的接口
静态路由和动态路由?
静态路由是指由网络管理员手工配査的路由信息。
当网络的拓扑结构或链路的状态发牛变化时,网络管理员需要手工去修改路由表川相关的静态路由信息。
静态路由一般适用于比较简单,拓扑结构长期不变的网络环境
动态路由是指路由器能够H动地建立H己的路由农,并且能够根据实际实际情况的变化适时地进行调整。
主要通过路由选样协议來实现。
距离矢量路由选择(DistanceVectorRouting):
D-V算法是动态、分布式算法,在较小的系统小使用,RIP协议采用此算法
距离矢量路山选择工作原理:
1每个路由器用两个向量Dil(从节点i到节点1的时延向聚)和Sil(从节点i到节点1的一条最小时延路径上的下一个节点)來表示该点到网上所有节点的路径距离及其下一个节点
2相邻路由器之间交换路径信息
3各节点根据路径信息更新路由表
24
36
20
21
28
3024224031222209
M8-30119I-6-O14I一7莎-9
JIJHJK
delaydelaydelay
isisis
10126
丘A
20
A
28
1
H
17
1
30
1
18
篇
H
nr
15
K
Router
A
ToA
0
12
JA
Celayis
8
182772031
123
123
O
20
Nev/estimatedriplayfromJ
Line
routingtableforJ
Vectorsreceivedfrom
J*sfourneighbors
优点:
算法简单
缺点:
交换的路径信息量人、路径信息传播慢,使得路径信息町能不一致、收敛速度慢,存在无穷计算问题、不适合大型网络
距离矢量路有选择协议町能的问题:
路由环路(routingloop)、计数到无穷问题、收敛慢的问题原因是相信错误信息导致
40.0.0.0
down
到达信宿40.0.0.0的路由变化
时间
A
B
C
刷新
初始
2
1、
0
借宿可达
40.0.0.0斷开
2
>2
B->Ct1*1=2
第1步
2
一3V
C->B.2+1=3
第2步
4■
B->AtB->C.3+1=4)
第3步
4
」<
C4*1=5
・••
第13步
14
14
CTB.14-^1=15
第Z步
16*
-15_
A6
B->C>
15-^1=16
•••
距离向量路由选择协议问题的解决办法:
定义路径代价的最大值(Maximum):
超过该值就认为不可达,扔弃
提高收敛速度:
1水平分割(SplitHorizon):
上图中B直接跟C说不能到达信宿,那么C也就认为信宿不可达(即
正无穷)
2毒性逆转(PoisonReverse):
当C发现信宿故障时,主动将到它的距离设为不可达
3抑制定时器(Hold・DownTimers):
启动定时器,等待信宿一定时间,过时就只接受比原来更短的路径更新,否则为不可达
4触发刷新法(TriggeredUpdates):
当C发现信宿故障,立即改为不可达,并更新整个网络
链路状态路由选择(LS):
Dijkstra算法计算最短路径:
通过用边的权值作为距离的度量來计算最短路径,(注意:
最少边数的路径不一定是最短路径)
Dijkstra算法步骤:
1.初始化:
设节点i为源节点令N二{i},对所有不在N小的节点v,写出
D(v)
|(jrv)若v与i直接连接
oo若V与i不直接相连
2.寻找一个不在N中的节点w,KD(w)值为最小,把w加入到N中,然后对所冇不在N中的节
点用[D(v),D(w)+I(w,v)]中的较小的值去更新原有的D(v)值,即
D(v)—min[D(v),D(w)+I(w,v)]
3)重复步骤⑵,直到所有的网络节点都在N中为止
链路状态路由选择协议:
OSPF(开放最短路径优先)
OSPF是一种基于开放标准的链路状态路由|办议,是冃前IGP中应用最广、性能最优的一个协议
OSPF可以在大型网络中使用
无路由自环
OSPF支持VLSM
使用带宽作为度量值(108/BW)
收敛速度快
通过分区实现高效的网络管理
OSPF数据包类型描述
■
*OSPF数据包类型
描述:
1~
:
Type1-Hello
与邻居建立和维护毗邻关系。
:
[Type2—数据库描述包(DD)
1
1
描述一个OSPF路山器的链路状态数据库内:
1
容。
:
厂
:
Type3—琏路状态请求(LSR)
1
1
请求相邻路由器发送其链路状态数据库中:
的具体条目:
:
Type4—链路状态更新(LSU)
向邻居路由器发送链路状态通告:
:
Type5—琏路状态确认(LSA)
确认收到了邻居路由器的LSUJ
OSPF的运行步骤运行机制:
建立路由器毗邻关系
选举DR和BDR
发现路由
选择最佳路由
维护路山信息
距离矢量与链路状态对比:
1距离矢量
链路状态
-"-1
1
1通过邻居获得网络拓扑
直接获得整个网络拓扑
1
1通过距离矢量计算
授短路径优先计算
1
1周期性更新,收敛满
事件触发更新,收敛快
1
'传递路由表格
传递链路状态信息
1
OSPF路由器建立全毗邻关系的过程及状态如何迁移?
为什么需要选举DR?
过程:
Down、Init(初始)、Two-way(双向)、ExStart(准启动)、Exchange(交换)、Loading(加载)、Fulladjacency(全毗邻)
状态迁移图如下所示:
为什么要选举DR:
减少邻接数,减少LSA的洪泛,从而减少网络带宽的占用和cpu,内存的占用,加速收敛,述减少拓扑数据库的大小
选举制:
DR是路由器选出来的,而非人工指定的
终身制:
DR—旦当选,除非路由器故障,否则不会更换
世袭制:
DR选出的同吋,也选出BDR,DR故障后,山BDR接替DR成为新的DR
最佳路由算法:
SPF算法、负载均衡为什么说OSPF克服了了路由B环:
1每一条LSA都标记了生成者(用牛成该LSA的路山器的RouterlD标记),其他路山器只负责传输,这样不会在传输的过程小发生对该信息的改变和错谋理解。
2路由计算的算法是SPF,计算的结果是一棵树,路由是树上的叶子节点,从根节点到叶子节点是单向不可回复的路径。
3区域Z间通过规定骨干区域避免
OSPF在大型网络中可能遇到的问题:
1、LSDB非常庞大,占用大量存储空间
2、计算最小生成树耗时增加,CPU负担很重(一点变化都会引发从头重新计算)
3、网络拓扑结构经常发牛变化,网络经常处于“动荡”之中
第六讲边界网关协议BGP
白治系统(AS):
由一个或一组管理员管理的基于一种路由策略的网络(路由器的集合)。
边界网关协议(BGP):
实现基于TCP/IP网络自治系统之间路由的协议。
BGP的主要特点是什么?
1•运行在AS之间
2.是克服了路由口环的DV(克服方法为:
BGP路由器记录下全路径信息,而不仅仅是路径代价)
3.重要属性:
路径属性:
施加在每条路rfl上,表征了路由的特征
Origin属性:
IGP优J*Incomplete
AS路径(ASPath)属性(1/2):
描述了完整的路径,途经的AS
NextHop属性:
下一个AS、在同一个AS,Nexthop值不会发生变化
本地优先(localpref)属性:
施加影响,引导流量
MED(MultiExitDistiguisher)属性:
除非配置了ualways-compare-med其他时候永远只比较来白同一AS的路径、不跨AS传播,只影响它的上游AS、MED值越小,该条路由越优团体(community)属性:
便于制定路由策略
BGP路由的注入方式:
动态路由注入:
自动
半动态路由注入:
比动态路由具有更髙的操控性
静态路由注入:
操控性最强
BGP路由的使用原则:
多条路径时,BGP路由器只选最优的给自己使川
BGP路由器只把自己使用的路由通告给相邻体
BGP路由器从EBGP获得的路由会向它的所有BGP相邻体通告(包括EBGP和IBGP)
BGP路由器从IBGP获得的路由不会向它的IBGP相邻体通告(避免内部产生环路)
BGP路由器从IBGP获得的路由是否通告给它的EBGP相邻体耍依IGP和BGP同步的情况而定连接-•建立,BGP路山器将把自己所有的BGP路山通告给新和邻体(极大的考验和挑战!
)
BGP如何根据属性來选路决策:
0.首先:
£弃下一跳(nexthop)不口J达的路由;丄优选最大衡亟(weight)的南由;(Cisco所独有)
3.优选最高本地优光级(local-preference)的路缶;
4.优选本路由器始发的路由;
5.优选经ilAS(AS-Path)最少的路由;
6.优选起,点类或(origin)農低的路由;
7.优选MED值最低的路由;
8.优选从EBGP学来的路由;
9.优选AS内部最短的路径可以到达的路由;
10•优选BGPID最低的路由器发布的路由°
16.BGP路由注入方式,通告原则
动态路由注入,半动态路由注入,静态路山注入
多条路径时,BGP路山器只选最优的给自己使用
BGP路山器只把自己使用的路山通告给相邻体
BGP路由器从EBGP获得的路由会向它的所冇BGP相邻体通告(包括EBGP和IBGP)
BGP路由器从IBGP获得的路由不会向它的IBGP相邻体通告(避免内部产生环路)
BGP路由器从IBGP获得的路由是否通告给它的EBGP相邻体要依IGP和BGP同步的情况而定
连接一建立,BGP路由器将把白己所有的BGP路由通告给新相邻体(极人的考验和挑战!
)
大型网络运行BGP有哪些问题和解决方法?
(1)路由表庞大。
解决:
路山聚合
(2)IBGP和邻体过多,逻辑全连接不现实。
解决:
BGP联盟,NGP反射
(3)复杂网络中变化十分频繁。
解决:
BGP衰减
第七第八章组播技术基础
IP组播:
是指在IP网络中将数据包以尽力传送(best-effort)的形式发送到网络中的某个确定节点子集,这个子集称为一个组播组(multicastgroup)。
IP组播带來的好处(优势):
1.一对多通讯下,降低网络流量,提高网络通讯效率。
由于每个分支只发送一份报文,所以网络规模(如用户数量)的增大不会额外增加网络的负担。
2.降低了骨干上的网络流量
3•降低了应用服务器的负担
IP组播的劣势:
1•传送不可靠!
(尽力投递/bestefforteffort)
2.组播报文的复制开销!
3.路由器的资源消耗增加!
4•其它缺陷(可控可管性差),包括用户管理和安全。
因特网纟R管理协议IGMP:
是IP协议簇中负责IP组播组成员管理的协议。
它用來在IP主机和与其直接相邻的组播路由器ZI'可建立、维护组播组成员关系。
IGMP不包括组播路由器Z间的组成员关系信息的传播与维护。
所有参与组播的主机必须支持IGMP协议。
IGMPV1RFC1112:
提供成员关系查询/成员关系报告两个基本功能。
IGMPv2RFC2236:
增加了查询器路市器选择/特定组查询/离开组消息及授大响应时间字段等扩展功能。
IGMPv3RFC3376:
增加了对特定(源纟R)的加入离开的支持,以提供对多播应用更好的支持。
3个版本的IGMP的T作原理及特点
IGMPV1
IGMPV2
IGMPV3
訥夥选举
依靠上层路由协议
自BA举
自卫举
离开方式
默默离开
主动发出离开报文I
主动发出离开报文
指定但査询
无
有
有
指定派组加入
无
无
有
PIM-DM运行机制:
1、采用PUSH方式,将组播流录周期性扩散到网络屮所有设备,建立和维护SPT(shortpathtree)(假设所有主机都需要接收组播数据)
周期性扩散、
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
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