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《信息网络与协议》要点整理
整理人:
朱之凯SA15006134
师兄给的经验:
(1)考试很简单^_^
(2)根据提纲来复习~~
(3)讲义ppt上给的例子都很重要,基本上都考了!
第一章信息网络概述
一、Internet发展历程:
1、当前Internet存在的主要问题:
(1)可扩展性:
流量增加、路由表膨胀
(2)移动性:
越来越多的移动用户接入到Internet,在设计时未考虑移动性支持
(3)服务质量:
IP网络提供的是尽力投递服务,未考虑数据内容
(4)网络安全:
越来越多的应用使用Internet,在设计时并未充分考虑安全性
(5)能耗:
互联网耗电量约占全球的5.4%,我国是4.3%,还在不断增长
二、交换:
1、交换:
A.为什么需要交换:
通过减少网络中节点之间所需的通信线路,来增强其可扩展性,构建更大规模网络。
B.交换操作:
为输入数据选择输出线路/端口,在输入和输出之间建立连接,通过该连接将数据放到输出线路/端口上
C.交换机:
网络中执行交换操作的设备。
通过一系列交换机的交换操作,在两个通信节点之间建立一条数据传输路径,这条路径由物理或者逻辑上的链路组成。
D.交换类型:
2.电路交换:
A.原理:
电路交换传输线路或者时隙,通过交换机在通信双方之间建立一条专用的传输路径。
传输路径建立后,数据像流一样在路径上传输。
通信过程有发送端到接收端电路连接建立、数据传输、电路连接拆除。
B.特点:
(1)优点:
占用固定的线路资源,保证数据传输的速率、延时、可靠性及有序性
(2)缺点:
线路资源利用率低,没有有数据传输时也占用线路或者固定时隙;电路连接建立导致延迟。
(3)为话音传输设计的,支持固定的数据速率。
3.分组交换:
A.原理:
交换分组,以分组为单元统计复用线路(也称为链路)资源
统计复用:
只有有数据要传输才占用线路
分组大小:
太小,分组开销大;太大,复用效率低,影响其它分组的发送
两种类型:
数据报交换与虚电路交换
B.特点:
(1)优点:
线路利用率高,节点只有在有数据要传输时才占用通信线路,因此多个节点的分组可以共享一条通信线路
(2)缺点:
需要资源管理机制来保证数据传输的速率、延时、可靠性和有序性,增加了复杂性
(3)以分组为单元统计复用线路/链路资源
(4)分组交换是为数据传输设计的,支持可变的数据速率的地。
4.数据报交换:
A.原理:
数据报交换是直接发送分组,比如IP网络
B.特征:
(1)健壮性:
直接发送分组,无服务质量保证
(2)健壮性:
相同源-目的的分组可能沿不同路径传输,可绕开故障路径
5.虚电路交换
A.原理:
虚电路交换先建立连接,再发送分组,比如ATM网络
B.特征:
(1)面向连接:
分组发送前在源和目的之间建立连接。
(这个与电路交换不同,连接不是占用固定的线路资源,只是告诉网络的资源需求,在每个交换机上建立“连接状态”;建立的连接路径被称为虚电路),具有一定的服务质量保证。
(2)有序性:
同一源和目的的分组沿相同的路径到达目
(3)基于虚电路标识执行交换操作,效率高。
第二章接入网技术
一、ATM:
信元、VPI/VCI
1.ATM:
异步传输模式。
既可用于接入网,又可用于核心网
2.信元:
A.概念:
基本交换单位,固定长度(53个字节)
B.为什么选择固定长度的信元:
(1)构建硬件简单
(2)交换单元并行处理
(3)队列行为优化:
控制延迟、提高队列处理效率【结合例子~】
C.信元格式:
3.VPI/VCI:
VPI:
VirtualPathIdentification,虚路径标识
VCI:
VirtualChannelIdentification,虚通道标识
二、ADSL:
DMT技术、ADSL体系结构、PPPOE
1.DMT技术:
A.什么是DMT:
离散多音,用于ADSL的调制方法
B.利用线的1104KHz带宽,划分为256个载波:
(1)子信道0(0~4.3125KHz):
传统业务
(2)子信道1~5(4.3125~25.875KHz):
保护频带
(3)子信道6~31(25.875~138KHz):
26个上行信道
(4)子信道32~255(138~1104KHz):
224个下行信道
PS:
双向数据传输时,为了避免上行和下行之间的干扰,在31~32附近的信道不被使用(保护频带,位于138KHz左右)
C.子信道信噪比动态变化:
(1)相邻信道信号功率重叠
(2)传输线路衰减(高频远大于低频)
(3)无线电广播等电磁辐射的干扰
D.速率自适应:
DMT以自适应的方式分配各个子信道的速率,以达到最佳的传输线路利用率,例如让信噪比较高的信道传送更多的位,关闭被窄频噪声所覆盖的子信道。
2.ADSL体系结构:
3.PPPOE:
A.提出背景:
结合以太网和PPP两种技术,引入了PPPOE(PPPoverEthernet),在以太网上建立PPP连接,在多路访链路上提供一条逻辑的点对点链路,也被称为PPPOE会话。
PPPOE运行在用户主机和BRAS之间,并且在两者之间建立PPP会话。
B.PPPOE帧结构:
C.PPPOE过程:
D.PPPOE特点:
(1)通过PPP会话的建立和释放进行基于时间或者流量的统计,计费方式灵活方便。
(2)动态IP地址配置和管理。
(3)与传统拨号上网类似,提供基于用户名和密码的认证。
(4)由于存在多层协议封装,开销大。
三、为什么要引入MAC(MediumAccessControl)?
解决共享链路访问控制问题。
四、802.11:
网络拓扑、基本CSMA/CA原理、扩展CSMA/CA原理
1.802.11的网络拓扑
A.网络构成
(1)无线站点STA(wirelessSTAtion)
配置支持802.11协议的无线网卡的终端
STA通过MAC层机制来共享同一个无线信道
最简单的WLAN仅仅由STA组成,它们之间直接通信
(2)无线接入点AP(wirelessAccessPoint),基站BS(BaseStation)
数据链路层设备AP为STA之间的通信提供帧转发功能
B.拓扑:
2.为什么是CA而不是CD?
在无线环境下很难检测到冲突。
3.基本CSMA/CA原理:
A.两个过程:
(1)载波侦听:
站点在发送帧之前侦听无线信道是否空闲,如果是,则进入冲突避免阶段,如果当前信道忙,说明现在有其它站点正在传输数据,则延迟发送帧直到侦听到信道空闲。
(2)冲突避免:
站点在发送帧之前要先等待一个帧间间隔IFS(InterFrameSpacing),并且确保在IFS时间内信道空闲。
为了防止多个站点在等待IFS时间后同时发送而导致冲突,与以太网类似,引入了一个随机退避算法来选择一个退避时间(backofftime)
B.具体流程:
C.信道状态:
D.帧间间隔(IFS):
控制发送帧之前的等待时间。
IFS越短,帧的优先级越高
(1)SIFS:
最高优先级,用于CTS、ACK等控制帧
(2)PIFS:
等于SIFS+1,中等优先级,用于PCF操作模式下的帧
(3)DIFS:
等于SIFS+2,最低优先级,用于DCF操作模式下的数据帧
E.退避时间:
(1)站点执行随机退避算法来确定退避时间:
从0到竞争窗口CW之间的随机选择一个值r,则退避时间为r倍的时槽
(2)竞争窗口CW(ContentionWindow)采用与以太网类似的指数退避算法来设置。
CW初始化为一个最小值CWmin,当发送方认为发送的帧发生冲突时将CW加倍增大,直到到达最大值CWmax。
竞争窗口CW:
开始为2k-1,下一次为2k+1-1
4.扩展CSMA/CA原理
A.过程:
(1)发送方像发送数据帧一样发送RTS帧。
(2)接收方等待SIFS时间后直接发送CTS帧。
(3)网络分配向量(NAV:
NetworkAllocationVector)看作是计数器,当减为0后,其他站点就开始使用基本的CSMA/CA机制发送数据帧。
B.原理:
基于RTS/CTS的虚拟信道侦听
(1)发送方发送RTS帧,其中包含了一个持续时间域,该域的值表明发送方完成帧交换所需要的时间,包括从发送数据帧到接收ACK帧所需要的时间。
收到RTS的站点根据其中的持续时间为自己声明一个虚拟信道,并且该信道正忙,用网络分配向量(NAV:
NetworkAllocationVector)来表示,在NAV时间内,该站点不会尝试发送帧。
(2)接收方响应CTS帧中也包含一个持续时间域,该域的值足够大,以保证发送方能够完成数据帧交换。
收到CTS的站点根据其中的持续时间为自己声明一个虚拟信道,并且该信道正忙,用网络分配向量(NAV:
NetworkAllocationVector)来表示,在NAV时间内,该站点不会尝试发送帧。
(3)NAV更新:
只有当RTS/CTS中的持续时间域的值大于当前存储的NAV时,该NAV才会被更新。
C.示意图:
五、PON网络架构、关键技术
1.PON网络架构:
A.什么是PON?
PON是无源光网络(PON:
PassiveOpticalNetwork)
(1)接入路径上使用无源的光分/合路器,不进行光电转换
(2)多个用户共享光纤,性价比高
B.网络结构:
2.关键技术:
(为了解决PON中面临的问题)
A.问题:
如何控制多个ONU/ONT对共享馈线光纤的高效访问。
B.关键技术:
第三章下一代互联网协议IPv6
必考题:
基本的IP网络配置,包括地址、路由等
一、CIDR地址块的概念、路由中的前缀汇聚、前缀最长匹配规则;路由表配置
1.CIDR地址块的概念:
ClasslessInter-DomainRouting,无类别域间寻路
(1)可变长度的网络前缀取代地址分类中的网络号
(2)具有相同前缀的IP地址组成CIDRBlock,表示为A.B.C.D/N,其中N为前缀长度。
(对于CIDRBlock,前缀越短,block越大,该block包含的地址数量越多)
2.路由中的前缀汇聚:
(1)每个CIDRBlock分配给一个网络,到该网络的路由通过CIDRBlock前缀来标识。
(2)多个连续的CIDRBlock所对应的网络如果连接在路由器的同一个端口下面,则在路由器上,到这些网络的路由可以用一个更短前缀来标识,该前缀对应的CIDRBlock包含这些连续的CIDRBlock。
3.前缀最长匹配规则:
在CIDR中,如果路由器上的路由表中有多条表项满足要求,则采用前缀最长匹配规则。
4.路由表配置:
(结合上述内容)
二、NAPT的基本原理及其局限性
1.NAPT的基本原理:
(1)网络地址和端口转换NAPT:
NetworkAddressandPortTranslation:
最常用的一种网络地址转换方式;使用IP地址和TCP/UDP端口号
(2)不仅仅要修改分组的IP头标,还要修改TCP/UDP头标中的端口号
2.局限性:
(1)地址和端口转换将带来比较大的开销。
(2)IP地址和端口号可能存在于载荷的任何位置,因此需要软件针对具体的应用做额外的处理。
(3)并不是说有的数据都是使用UDP或者TCP来传输。
(4)破坏了原有的主机到主机的通信模型。
三、IPv6单播地址:
链路局部地址、全局地址
1.链路局部地址:
作用范围为链路,在链路范围内分配。
2.全局地址:
四、
IPv6组播地址:
链路范围内全节点组播地址、全路由器组播地址;被请求节点地址
1.全节点组播地址:
FF02:
:
1(link-local)
2.全路由器组播地址:
FF02:
:
2(link-local)
3.被请求节点地址:
如果知道这个地址,那么就可以向这个组播组发送,这样缩小了组播的范围。
五、IPv6邻居发现机制:
地址解析、地址重复检测、路由器发现;被请求节点地址的作用
1.地址解析:
A.作用:
IP分组转发过程
(1)根据分组的目的IP地址查找路由表,得到下一跳节点的IP地址
(2)根据下一跳节点的IP地址,通过地址解析过程得到其所对应的MAC地址
(3)将分组封装在MAC帧中传输,目的MAC地址为地址解析得到的MAC地址
B.过程:
(1)通过在节点之间交换邻居请求(NS)和邻居公告(ND)消息来完成
(2)判断是否需要进行地址解析过程
(3)根据需要开始地址解析过程
2.地址重复检测:
(1)基于邻居请求(NS)/邻居公告(NA)来实现。
(2)节点发送NS,其中包含要检测的IPv6地址。
(3)如果收到相应的NA,则检测到重复,节点不会使用重复的地址,否则开始使用该IPv6地址。
3.路由器发现:
A.概念:
节点通过路由器发现过程找到本地链路上路由器的集合
B.配置其它网络参数:
(1)确定节点地址自动配置方式:
是否使用有状态地址自动配置(DHCPv6)?
(2)为链路定义的网络前缀列表,每个前缀包含IPv6网络前缀和有效、推荐生存期。
(3)IPv6头标中HopLimit域的缺省设置
(4)本地链路的MTU
C.具体过程:
(1)被动式:
IPv6路由周期性公告路由器公告RA消息:
组播发送。
同一链路上的IPv6主机接收RA消息,并且使用其内容来配置或者维护网络参数设置。
(2)主动式:
IPv6主机主动发送路由器请求RS:
组播发送。
同一链路上的路由器响应RA:
单播或者组播方式发送。
4.被请求节点地址的作用:
?
?
?
(1)便于链路寻址,获得MAC地址
(2)NS的目的地址
(3)实现对主机的分组拦截
六、基于EUI-64地址的IPv6地址自动配置过程
1.EUI-64地址:
(1)一种新的网络接口地址标准
(2)为网络设备制造商来提供了更多的地址空间
(3)与MAC地址的互相映射【结合ppt的例子!
】
2.自动配置的状态:
(1)尝试(Tentative):
地址正在进行地址重复检测(DAD)过程,不能使用
(2)有效(Valid):
地址能够用于发送和接收分组,Valid状态包括Preferred和deprecated状态
首选(Preferred):
DAD成功,地址有效,能够用于任意的连接或者会话
弃用(Deprecated):
地址有效,除了不能用于新的连接或者会话,其它与
Preferred状态相同
(3)无效(Invalid):
地址不能再使用
3.自动配置过程:
A.链路局部地址
B.全局地址
七、手动隧道、自动隧道(ISATAP)原理及其路由配置(特别注意IPv6路由表配置)
1.手工配置隧道(ConfiguredTunneling):
(1)对每个IPv6分组,都事先手工配置它所对应的隧道的端点,主要是用于隧道封装所需的IPv4地址。
(2)配置到隧道的路由。
2.自动配置:
本质是建立一个IPv6地址到IPv4地址之间的映射关系
(1)分组中所包含的IPv6地址和/或路由的下一跳决定隧道的端点,主要是指用于隧道封装所需的IPv4地址。
(2)配置到隧道的路由。
3.路由配置:
【详情看ppt上例子!
】
第四章IP网络移动管理
一、网络层切换与链路层切换
1.基本常识:
A.切换概念:
移动节点从一个接入点到另一个接入点的过程。
B.五元组:
标识应用会话,结构为<源/目的IP地址、协议、源/目的端口号>
C.切换类型:
链路层切换、网络层切换
2.链路层切换:
同一个网络中不同AP间的切换是链路层切换,链路层切换不改变IP地址,执行链路层操作。
因此其不改变五元组,对应用会话无影响。
AP:
无线接入点
3.网络层切换:
不同网络不同AP之间的切换首先执行链路层切换,再执行网络层切换,进行网络相关参数配置。
因此切换过程中移动节点IP地址发生变化。
问题:
通信对端并不知道移动节点地址发生变化;即使通信对端知道了Addr2,由于五元组发生了变化,会话也会中断。
如何消除影响:
(1)应用层:
需要应用支持,本质上是重新建立IP会话。
(2)网络层解决方案:
需要增强网络协议,对应用透明。
IPv6的自动配置机制将使得网络层移动管理更易实现,故主要关注IPv6网络移动管理。
二、移动IPv6如何对上层应用屏蔽移动性?
(结合讲义上的图例)
1.基本常识:
A.几个关键词:
家乡地址HoA、转交地址CoA、家乡代理:
HomeAgent
B.基本过程:
移动监测、转交地址配置、绑定注册分组拦截技术
2.对上层应用屏蔽移动性:
A.双向隧道模式:
移动节点和通信对端的通信始终使用家乡地址进行通信;移动节点的移动由家乡代理跟踪,对于通信对端来说透明;所有通信必须通过家乡代理转发。
B.路由优化模式:
通信对端知道移动节点当前的转交地址。
三、PMIPv6引入的原因及原理
1.基本概念:
PMIPv6,代理移动IPv6,基于网络端的本地移动管理。
2.引入原因:
更加易于部署、更加易于管理、更好的性能
3.原理:
A.网络端控制地移动管理:
在网络中引入一个功能实体代理移动节点执行与家乡代理之间的信令,比如:
移动接入网关。
B.本地移动管理:
在本地管理域中引入一个类似家乡代理的功能实体,负责管理域内的移动管理操作,比如:
本地移动锚定点
C.移动管理相关信令运行在移动接入网关和本地移动锚定点之间!
第五章IP网络服务质量
一、QoS度量参数;流、行为集合、服务等级协议的概念
1.QoS(QualityofService)度量参数:
带宽/传输速率、延迟、延迟抖动、丢包率
2.流(flow):
流是从一个源到一个目的的有序分组集合,由特定于具体应用并且具有相同QoS需求的分组所组成。
一个流和一个应用会话(Session)相对应,IP网络中通常用五元组来标识一个流。
在面向连接的网络中,属于同一个流的所有分组将会走相同的路径到达目的地;在无连接的网络中,属于同一个流的分组可能会走不同的路径到达目的地。
3.行为集合(BA:
BehaviorAggregate):
行为集合是在路由器上执行相同QoS操作的分组的集合(多个流如果具有相同的QoS操作,则在路由器上可以汇聚成一个行为集合)。
行为集合有时与类(Class)的概念等同,流可以看作是只有1个流的行为集合或者类。
4.服务等级协议(SLA:
ServiceLevelAgreement):
用户-网络运营商、网络运营-网络运营商之间协商的QoS服务内容;SLA内容包括服务方式、流量规格、使用费、用户以及网络运营商双方没有履行合同规定时的惩罚条例等;用户有义务保证输入网络的流或者业务保持在SLA中约定的水平以下(带宽、突发速率、突发长度等);网络运营上有义务保证提供的服务不低于SLA中约定的水平。
二、支持QoS操作的路由器功能:
1.QoS路由器框图:
2.QoS路由器功能:
A.接纳控制:
当应用要求QoS服务时,判断其要求是否能够得到满足,应该是放在每个网络的入口路由器上。
B.流量调节:
检查到达的分组是否满足SLA中设定的QoS水平,如果不满足,实施事先指定的整形操作,包括丢弃、延迟、重标记等。
C.流量控制:
为了满足QoS需求(带宽、丢包率、延迟、延迟抖动等),选择是否向输出链路输出分组以及控制分组的输出顺序(即队列管理和调度),该功能设置在输出端口处。
三、综合服务原理,综合服务类型
1.综合服务原理:
A.资源预留:
(1)正向收集资源状态信息,进行接纳控制:
发送应用通过建立消息将想发送流的流量特性发送给路径上的每个路由器和接收主机;路径上路由器在建立消息中附加上可以提供的QoS信息(例如预测的延迟等)送给接收主机。
(2)反向进行资源预留,设置资源预留状态:
接收应用接受预留建立消息中的QoS信息,决定数据传输所需QoS参数,并将其通过预留消息沿相反路径通知给路由器和发送主机;路径上的路由器根据预留消息预留所需网络资源。
B.数据流传输:
发送主机发送遵循预留规定的数据流
C.流量调节:
中间路由器监测数据流是否满足预留规定,如果不满足的话,则:
(1)对于保证型服务,采用整形;
(2)对于受控负载型服务,将不符合的分组转为尽力服务。
D.流量控制:
路由器根据指定的服务类型,对每个流的分组进行调度和队列管理,实现指定QoS(带宽、延迟等)
2.综合服务类型:
(保证型是定量服务,而受控负载型和尽力服务为定性服务)
A.保证型(GS:
GuaranteedService):
提供完全保证的服务质量,用于要求低延时的业务,其最大延时和带宽能够得到定量保证。
B.受控负载型(CLS:
Controlled-LoadService):
能够提供一种相当于网络节点在低负载情况下的尽力服务,要求低的丢包率,可以接受一定范围内的延迟。
C.尽力服务(BE:
BestEffort)
四、资源预留协议中的PATH和RESV消息,资源预留合并(FF、SE、WF)
1.资源预留协议(RSVP:
ResourceReSerVationProtocol):
用来在源端和目的端之间路径上为数据流预留资源。
资源预留请求是单向的,由接收端发起资源预留的过程。
RSVP位于协议栈的传输层,但是不传输应用数据。
在综合服务中,资源的预留和释放过程一般由RSVP协议来完成。
2.消息:
PATH消息和RESV消息
具体内容由对象(Object)组成,对象由具体的QoS服务来定义和解释。
消息分为PATH消息和RESV消息。
A.PATH消息:
对应着综合服务中建立消息。
特点:
由发送端发往接收端;传递流的流量特征;收集中间路由器的QoS消息;采用端到端的转发方式,源和目的IP地址在转发过程中保持不变;包含SEND_TSPEC以及ADSPEC对象。
B.RESV消息:
对应着综合服务中的预留消息。
特点:
由接收端发往发送端;设置中间路由器上的资源预留参数;采用逐跳转发方式,目的地址为转发的下一跳地址;包含FLOWSPEC以及FLOWSPEC对象。
3.资源预留合并:
A.FF:
由某个发送端独占的预留,对于每个流都需确保资源。
B.SE:
指定多个发送端共享的预留。
C.WF:
由所有发送端共享的预留。
注意:
资源预留合并3种方案注意看讲义上的例题,每年常考题!
五、区分服务原理,EFPHB和AFPHB
1.区分服务:
A.概念:
DiffServ,主要是解决综合服务的可扩展性问题
B.原理:
预先设置PHB、数据传输【结合ppt上的图!
】
C.关键词:
DSCP(区分服务码点)、PHB(逐跳行为,4种)
2.EFPHB和AFPHB
A.加速转发型PHB(EFPHB):
提供低丢失率、低延时和低延时抖动的服务。
严格限制EF分组到达路由器
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