计算机网络第四章——网络层（末）

赌书消得泼茶香当时只道是寻常

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概述：组播机制是让源计算机一次发送的单个分组可以抵达用一个组地址标识的若干目标主机，并被它们正确接收，组播仅应用于UDP
因特网中的IP组播也使用组播组的概念，每个组都有一个特别分配的地址，要给该组发送的计算机将使用这个地址作为分组的目标地址
实现过程：主机使用一个称为IGMP(因特网组管理协议）的协议加入组播组，使用该协议通知本地网络上的路由器关于要接收发送给某个组播组的分组的愿望，通过扩展路由器的路由选择和转发功能，可以在许多路由器互联的支持硬件组播的网络上面实现因特网组播
优点：数据只需发送一次就可发送到所有接收者，大大减轻了网络的负载和发送者的负担
注意：组播需要路由器的支持才能实现，能够运行组播协议的路由器称为组播 路由器

这个单播IP地址就是之前所讲的ABC类里面经常使用的一个IP地址，这些IP地址就会构成一个点对点的传输方式，
这个组播就是只给一些有相同需求的主机发送信息，并且数据不是在原点进行复制，而是在快到终点的主机的路由器中进行复制，

在原点进行复制，然后一个链路中可能有多个相同的进行传输

是一份在一个链路中进行传输，若是要进行分路则在进行复制，组播路由器就是指可以运行组播协议的路由器，那么这类路由器既可以运行组播协议又可以运行单播协议，

在互联网中进行通信的话，每一个主机都需要有一个独一无二的IP地址，若是某一个主机想要接收特定的多播组的分组，也就是每一个主机都会有一个组播地址，属于同一个组播组的组播地址是一致的
如上：只在本局域网上进行硬件组播，在因特网的范围内进行组播（在因特网上进行组播的最后阶段，还是要把组播数据报在局域网上用硬件组播交付给组播 组的所有成员）
硬件地址的映射关系不是唯一的，因此收到组播数据报的主机，还要在IP层利用软件进行过滤,把不是本主机要接收的数据报丢弃

硬件主播指的就是在局域网的范围内，对于一个组播的数据报，我应该怎么给这些主机，进入局域网之后要交给哪一个主机要根据主机的MAC地址，这里同样也是通过MAC地址来找到可以接收组播数据报的主机，
这里可能会考察IP地址和MAC地址进行一个映射，首先前面一定是01 00 5E，然后把后面的23位抄下来就可以，

用途
利用因特网组管理协议(IGMP)要使路由器知道组播组成员的信息
特点
IGMP是TCP/IP的一部分
工作阶段：
第一阶段：主机加入新的组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明要成为该组的成员，本地的组播路由器收到IGMP报文后，将组成员关系转发给因特网上的其他组播路由器
第二阶段：本地组播路由器周期性地探询本地局域网上的主机,以便知道这些主机是否仍继续是组的成员，响应结果，只要对某个组有一台主机响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的，一个组在经过几次的探询后仍然没有一台主机响应时，则不再将该组的成 员关系转发给其他的组播路由器
实现因特网组播的路由算法：基于链路状态的路由选择，基于距离-向量的路由选择
协议无关的组播(PIM)（可以建立在任何路由器协议之上)

一个是在本局域网内部进行硬件多播，一个是在因特网的范围内进行多播，这两协议就是因特网范围内要使用的协议，IGMP协议是一个路由器内部所使用的协议，组播路由器通过使用IGMP协议就可以知道它所连的局域网中是不是还有可以接收组播数据报的主机了，连接到局域网上的组播路由器还必须和其他的路由器进行一个协同的合作，进行一个信息的交换，才能够把这个组播数据报用一个最小的代价来传送给组播组中的全部成员，

如何避免这个多播组不发给这个R4,这就要靠路由器使用的IGMP协议，只有这样一个协议才知道如果收到了一个组播组的数据报我要不要分发给这个局域网，但是要注意这个IGMP知道的并不是很详细，不知道其中组播组的数目，同时也不知道这些成员在那些网络上，只是可以让路由器知道是不是有主机参见了或者退出了组播组

在组播的过程中一个组播的成员是可以变化的，也就是可以突然加入或者退出，

协议无关就是指虽然在建立转发树的时候是使用单播数据报，但是不需要使用一个相同的单播的路由选择协议，稀疏和密集指的是主机离的远还是离的近，

QQ登陆就是IP登录的，因为IP地址发生了变化，之所以会有漫游费就是需要移动IP技术，因此我们就需要在手机的原有的永久地址的基础上引入一个转交地址，就需要对这两个地址进行管理，

支持移动性的因特网体系结构与协议共称为移IP，它是为了满足移动结点(计算机、服务器、网段等)在移动中保持其连接性而设计的
三种功能实体：
移动结点:具有永久IP地址的移动结点
本地代理:在一个网络环境中，一个移动结点的永久“居所“被称为归属网络，在归属网络中代表移动结点执行移动管理功能的实体称为归属代理(本地代理)，它根据移动用户的转交地址，采用隧道技术转交移动结点的数据包
外部代理:在外部网络中帮助移动结点完成移动管理功能的实体称为外部代理
动态IP:局域网中的计算机可以通过网络中的DHCP服务器动态地获得一个IP地址
移动IP:移动结点以固定的网络IP地址实现跨越不同网段的漫游功能，并保证基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变

简单来说就是设备移动，IP不动，
归属代理可以理解为是一个管家，管理的就是移动结点没有移动的时候最开始是那个地方，那个地方就是归属网络，一个路由器也可以认为是一个归属代理，外部代理就是指若是一个移动结点移动到了外地，就会进入外部网络，这个外部网络中的一个管家就是外部代理，

当爷爷被抓走之后，它想和这些葫芦娃通信只能通过将盘丝洞的地址告诉葫芦娃，这样葫芦娃才知道到哪里才能找到爷爷，当有其他人想要找爷爷的时候，葫芦娃也可以告诉别人，你去哪个盘丝洞找它，
也就是说当爷爷进入一个外部网络之后，他会先获得这个盘丝洞的地理位置或者盘丝洞ID，然后把这个外部代理发送给归属代理，外部代理是知道这个爷爷的永久地址，

这个转交地址的获得是有两个途径，一个是外部代理会在这个外部网络内广播一个ACMP的报文，这个报文就会包含这个转交地址这个外部代理的地址，A收到之后就会知道他的外部代理，第二种就是主动的发送一个广播报文来获得外部代理的一个转交地址，那么获得了转交地址之后，应该向归属代理这边注册一下自己的一个信息，通过外部代理发送注册报文给归属代理，外部代理是管着这个移动结点的，这个报文就要经由这个外部代理，然后外部代理再把这个注册报文发给归属代理，这个报文中既要包含转交地址，又要包含永久地址，

路由器的组成和功能：
基本描述：路由器是一种具有多个输入/输出端口的专用计算机
任务：连接不同的网络(连接异构网络)并完成路由转发
功能:可以隔离广播域
工作过程：源主机和目标主机在同一个网络上，那么直接交付而无须通过路由器，源主机和目标主机不在同一个网络上，路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器，即间接交付
功能组成（分成两个部分）：
路由选择部分( 控制部分）核心构件: 路由选择处理机，任务
根据选定的路由选择协议构造出路由表，和其他相邻路由器交换路由信息然后更新和维护路由表。
分组转发部分，1、交换结构：根据转发表对分组进行处理，将从输入口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去，交换方法：通过存储器进行交换，通过总线进行交换，通过互联网络进行交换。2、一组输入端口，从物理层接收到的比特流中提取出链路层帧，进而从帧中提取出网络层数据报，一组输出端口将数据报变为比特流发送到物理层
注意：注意: 如果一个存储转发设备实现了某个层次的功能，那么它就可以互联两个在该层次上使用不同协议的网段(网络 )
路由器与网桥区别：网桥与高层协议无关，路由器是面向协议的，依据网络地址进行操作，并进行路径选择、分段、帧格式转换、对数据报的生存时间和流量进行控制等

路由选择部分就是为了构建一个完整的路由表而服务的，分组转发又包含三个部分，这个转发表是由路由表得来的，根据路由表的几列属性，然后结合主机的网卡特性就可以确定一个转发表，这个转发表就是告诉这个分组应该从哪一个端口输出，转发是从一个输入端口到另外一个输出端口，而路由选择是路由器之间选择一个合适的路径，把一个信息从源主机到目的主机，

先对这个分组进行判断，如果是路由器之间进行路由交换信息的分组，就会将这个分组交给上面的哪个路由选择，如果是数据分组就会放到交换结构中选择一个合适的输出端口输出，上图就是很多的数据分组在进行排队寻找出口

所以说如果对于任何层的设备，他都可以互联他所在的层次以及它以下的层次不同协议的网段是不正确的，
交换机的每一个接口都是一个冲突域，

路由表功能：实现路由选择。
路由表结构：目的网络IP地址，子网掩码，下一跳IP地址，接口
转发:路由器根据转发表把收到的IP数据报从合适的端口 转发出去，仅涉及一个路由器
路由选择:涉及很多路由器，路由表是许多路由器协同 工作的结果
默认路由(路由表中)目的:减少转发表的重复项目，使用一个认路由代所有具有相同”下一跳”的项目。
这个默认路由通常都是一个路由器，全部填上0就可以了，

本章回顾
异构网络互联就是指通过路由器可以将不同的网络连接起来形成一个互联网，这个路由与转发就是说的路由器的两个功能，路由选择和分组转发，第三个就是拥塞控制，注意拥塞控制和流量控制区分开，拥塞控制是一个全局性的问题，会涉及到网络中所有的主机路由器以及所有导致网络传输速率下降的因素，而流量控制就是发送方发送的太快，接收方接收不过来流量控制就是抑制发送方发送的速率，对于拥塞控制也是有两种解决方式一种叫做开环控制，一种叫做闭环控制，开环控制也是一种静态的方法，也就是设置之初就将所有可能导致网络拥塞的因素考虑到做一个事先的预防，而闭环控制是一种动态的拥塞控制的手段，通过检测网络系统去检测，一检测到拥塞的问题就及时去控制，在网络层中IP数据报又可以称为一个分组，格式中主要讲了首部格式包含两个部分，一个是固定部分20B以及可变部分，那么这个数据报的剩下部分就是可变部分，IP数据的分片也是结合首部中的三个字段标识标志和片偏移来讲的，IPv4也就是分类的IP地址也就是ABCDE这几种，接下来就到了子网划分这个阶段，并且产生了一个子网掩码的概念，通过子网划分就把主机号中的一部分拿出来作为了主机号，现在就是使用一个无分类CIDR也就是使用了一个网络前缀，而且这个书写是有所区别，在分类的IP地址中讲了一种网络地址转换NAT,就是从ABC类中取出一部分作为私有地址，这些私有地址是无法和外部直接进行通信的，而且外部也不知道有这些私有地址的存在，也就是我们机房中的地址，所以也就需要一个私有IP地址到公有的IP地址的转换，无分类中又讲了一个构成超网就可以减少路由器的表项内容，然后讲了一个最长匹配，最后这个分组要送交给网络前缀最长的，
重要协议，主要讲了ARP协议也就是将IP地址转化为MAC地址的协议，DHCP协议就是动态的从DHCP服务器哪里动态的获取IP地址，注意这个过程中使用的都是一种广播的形式，ICMP协议主要是分成两个部分一个是ICMP差错报告报文，一个是ICMP询问报文，它们两个所负责的领域或者说功能也不太一样，ICMP差错报告报文主要是对于发生的差错才会发送这样一个差错报告报文，询问报文主要是为了确定两个主机之间的连通性，其中这个ICMP差错有五种类型，讲IP组播的时候讲了两个协议一个是IGMP协议，一个是组播路由选择协议，ICMP和IGMP都算是网络层的协议，DHCP是应用层的协议是应用层协议是基于UDP的，因为这个ARP协议是结合了网络层的IP地址和链路层的MAC地址所以这里就不去细究是那一层的协议了，
IPv6是40B的固定首部加上有效载荷，地址标识形式就是16B,多播地址也叫做组播地址，任播地址虽然形式上是一对多，但是实质上是一对一，接下来学习了IPv6向IPv4过渡的两个策略，
路由算法主要包括静态路由算法和动态路由算法，动态路由算法主要学到的是两种链路状态路由算法和距离向量路由算法，
路由选择协议的划分主要是根据是否在一个自治系统内，如果是在一个自治系统内就是使用内部网关协议RIP和OSPF协议，若是系统间使用的就是BGP协议，
移动到一个新的网络的时候就会从外部网络的外部代理中获得一个转交地址，然后由这个外部代理将转交地址发给本地代理，本地代理就知道要是有一个数据报是要发到这个主机的，那么本地代理就先截获，然后发给转交地址，然后由外部代理发给主机，
路由选择的一个核心构件就是路由选择处理机，这个处理机就可以建立路由表更新路由表，
而这个分组转发是由一个输入端口，输出端口，交换结构构成的，交换结构内部会有一个转发表，输入的结构就可以根据这个转发表中的表项把这个分组发给对应的分组，