1. 概述

注释：
数据报和分组的关系：分组是一段比较长的数据，将它进行切割成一段段之后就得到数据报
功能一就是让数据在路由器之间走最佳的路径
功能二就是让不同的设备（手机，电脑，平板等）都能正常连接
功能三见图中解释
开环控制就是在拥塞之前就提前设计解决
闭环控制就是在拥塞时自动调整解决问题
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OSI参考模型 各层次的传输单元
应用层 报文
传输层 报文段
网络层 IP数据报，分组（如果IP数据报太大就切割成分组）
数据链路层 帧
物理层 比特流

2. 数据交换方式

为什么要进行数据交换？因为每个节点之间都拉网线太麻烦了也不实际，所以通过大量交换设备互联进行数据交换
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2.1 电路交换

常见的例子：打电话
注释：
链路支持多路复用（可参考数据链路层的TDM等）
特点是独占资源，因为两者建立了连接
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2.2 报文交换

注释：报文发送的过程
1.源先根据报文加上ip地址，物理地址等，通过物理层发送
2.交换机收到报文之后，先进行存储，等待链路空闲之后进行转发，但是转发的路径不是固定的，是比较随机的
3.最后通过许多交换机最终到达目的地
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2.3 分组交换

分组交换和报文交换基本相同，就是将报文切割之后再进行发送
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2.4 分组交换和报文交换的具体计算对比

注释：是怎么计算的？
报文交换：一共三段，每段都需要10000bit/1000bps=10s，三段就是3x10=30s
分组交换：可以分为两段，一个是第一个数据开始发到最后一个数据从源发出，一段是最后一个数据到达目的地。第一段总时间是10000bit/1000bps=10s，第二段总时间是（10/1000）*2=0.02s，所以总时间是10.02s。
理解一下，这里就是报文交换的时候，由于报文没有分割，所以即使先到的数据也不能先发走，只能等到最后一段报文全部到了之后才能一起走，相对于分组交换明显拖慢了前面数据的速度，所以导致报文交换明显慢于分组交换
可以看到分组交换明显快于报文交换，所以我们通常使用分组交换
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2.4.1 分组传输的两种传输方式-数据报与虚电路

综述

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数据报

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虚电路

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3. 路由算法和路由协议概述

路由算法就是让路由知道收到报文之后下一步怎么走
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AS就是多个路由器之间构成的单独的小圈子，圈子内使用自己的协议，圈子和圈子之间用的是BGP协议
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3.1 RIP协议和距离向量算法

3.1.1 RIP协议概述

通过交换信息构建路由表
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3.1.2 如何建立路由表

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3.1.3 RIP协议报文格式

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3.1.4 RIP协议特点

就是来回更新路由表，错误信息被覆盖，导致直至达到距离上限强制错误时才可以得知出错
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3.1.5 距离向量算法

注释：
为什么改地址？因为图中是从x得到的信息
为什么距离固定+1？因为路由器只从相邻路由器之间获取RIP报文，举例只会是1
为什么下一跳是x就要替换？因为网络环境不断变化，可能这次某个节点挂掉，所以保持最新的
为什么下一跳不是x时有更新和不处理两种手段？因为这样可以提高效率，比原来快就换，比原来慢就保留原来的，也可以理解
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3.2 OSPF协议和链路状态算法

3.2.1 OSPF协议概述

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3.2.2 OSPF的其他特点

为什么OSPF收敛速度快？因为它只是刷新一下链路状态，得知其是否连通，不需要和RIP一样进行对照，而是直接通过Dijilstra算法来自己算出路径
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3.2.3 链路状态路由算法

了解即可
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3.2.4 OSPF区域

了解即可
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3.2.5 OSPF分组

了解即可
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3.3 BGP协议

3.3.1 BGP协议简介

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3.3.2 BGP协议交换信息的过程

了解即可，只需要知道BGP交换协议里面交换的是一组路径向量
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3.3.3 BGP协议报文格式

BGP是应用层协议
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3.3.4 BGP协议特点

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3.3.5 BGP的四种报文

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3.4 三种路由协议的比较

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4. IP数据报

4.1 IP数据报格式

注释：

名称 注释 大小
版本 Version ipv4或者ipv6 4位
首部长度 IHL 此处数值再乘以4才是真正大小，同时因为IP数据报固定长度为20字节，所以此处最小值为5，即二进制的0101 4位
区分服务 DSCP + ECN 希望获得哪种服务，用的比较少 8位
总长度 Total Length 首部+数据的长度，最大为2^16-1=65535 16位
标识 Identification 用来表示是哪一个数据报的分片，不同的分片标识各不相同 8位
标志 Flags 用来表示是否分片和分片是否结束 3位，但实际有用的只有后两位
片偏移 Fragment Offset 用来标记分片之后，该分片在原来的数据报的位置，以8字节为单位 13位
生存时间 Time To Live 即TTL，没经过一个路由器TTL-1,0时自动放弃，根据系统不同默认的TTL不同 8位
协议 Protocol 用来标记协议名的字段值，如TCP,UDP,ICMP等等 8位
首部检验和 Header Checksum 检验首部的字段是否出错，出错就丢弃此数据报
源地址 Source IP Address 发送方ip地址 32位
目的地址 Destination IP Address 接收方ip地址 32位
可选字段 Options 用来排错等安全检测 未知，可在0-40位之间
填充 将数据报对齐成4字节的整数倍，数值全部为0 未知，根据可选字段来定

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计算偏移量时记住是以0开始的就行，以每一篇最开始的除以8得到的数值就是偏移量
MF和DF的定义见上图
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5. IP

5.1 ipv4地址

全球唯一的表示某一个主机或者路由器接口的编码

5.1.1 ip地址分类

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5.1.2 特殊ip地址

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5.1.3 私有ip地址

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解释一下
为什么A类最大是126.xxx.xxx.xxx？
因为网络号最开始第一位是0，一共八位，所以二进制表示位0xxxxxxx，最大就是2^7-1=127，但是因为127.xxx.xxx.xxx是特殊ip地址，所以将其去掉
为什么B类最大是191.255.xxx.xxx？
因为网络号最开始第一位是10，一共八位，所以二进制表示位10xxxxxx，最大就是10111111=191，最小就是10000000=128，无特殊ip地址
为什么C类最大是223.255.xxx.xxx？
因为网络号最开始第一位是110，一共八位，所以二进制表示位110xxxxx，最大就是11011111=223，最小就是10000000=192，无特殊ip地址

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5.2 网络地址转换NAT

注释：连接内网和外网，就是找个代理的用它的ip地址与外面收发数据
NAT需要构建NAT转换表，既要存广域网（WAN，外网）也要存局域网（LAN，内网）的ip地址和端口号
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5.3 子网划分和子网掩码

5.3.1 为什么需要子网划分

总结一下，就是ip不够用，所以需要额外整个子网扩展ip
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注释：
为什么子网好能全0或者全1：因为CIDR编址（可见下一段）
为什么主机号不能全0或者全1：因为全0代表本网络，全1代表广播分组
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5.3.2 子网掩码

子网掩码就是用来和ip地址一起计算子网的地址的
方法就是讲子网掩码逐位写成二进制然后而原来ip地址进行与运算，就可以得到子网ip地址
因为255是11111111，所以如果写着255的话，ip地址和子网ip地址对应的地方的数值就相同
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这道题可以看出来，即使子网掩码不同，相同ip地址对应的子网ip地址也可能相同
但是子网掩码不同，划分的子网数目不同
为什么划分的子网数目不同？或者说怎么算划分的子网位数目？
以255.255.192.0为例，255是11111111即八个1,192是11000000即2个1，一共是82+2=18个1，一共有32位地址，所以剩余有32-18=14位
以255.255.224.0为例，255是11111111即八个1,224是11100000即3个1，一共是82+3=19个1，一共有32位地址，所以剩余有32-19=13位
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这道题先将255.255.252.0计算出一共有8+8+6=22位网络号位
所以就有32-22=10位主机号位
将180.80.77.55解析，可以知道在77部分某部分开始会用来表示主机号位
77的二进制是0100 1101，因为一共有22位网络号位，所以010011 （此处分开） 01，从这个01开始是主机号位。
所以用来表示子网ip地址的应该是180.80.76（010011 00）.xxx PS注意76括号内后两位二进制00
但是本体是发布广播地址，所以主机号全部都要是1
所以应该是180.80.79（010011 11）.255（11111111）注意79括号内后两位二进制11
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注释：
1.这里特定主机路由就是指找特定的处理这里这个ip地址的路由
2.默认路由会将这个数据报发给另一个路由，直至找到对应的路由，或者TTL耗尽被丢弃
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5.4 无分类编制CIDR

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使用CIDR可以聚合网络
如图，通过缩短前缀，R1和R2就可以合并在206.1.0.0/16的子网下
但是这样转发表之中就会有多个匹配结果，所以我们使用最长前缀匹配
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最长前缀匹配就是在计算后符合同一子网的时候，选前缀越长的
这道题选B
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因为本网络是192.168.5.0/24，就是192.168.5.（0000 0000）/24，将248写成二进制是11111 000，有五个1，所以前五位都可以作为子网的编号，剩下的三位就是用来分配子网内剩余的地址了，因为不能全0或者全1，所以还要减2
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5.5 ARP协议

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5.6 DHCP协议

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5.7 ICMP协议

5.7.1 ICMP协议概述

ICMP，IGMP处于网络层和传输层之间，就是为了更好地转发ip数据报和提高交互成功的几率
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5.7.2 ICMP差错报告报文

ICMP差错报告报文如何与IP数据报结合

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五种ICMP差错报文

其中源点抑制已废弃不用
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四种不发送ICMP差错报文的情况

注释：组播是指由一点到多点，但不是无脑发到所有点，无脑发到所有点的是广播，组播有筛选条件

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5.7.3 ICMP询问报文

四种ICMP询问报文

后两种是掩码地址请求和回答报文，路由器询问和通告报文，这两个已经废弃不再使用
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5.7.4 ICMP的应用

1.ping命令：测试两个主机之间连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文
2.traceroute命令：跟踪一个分组从原点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文
traceroute命令讲解

6. IPV6

6.1 为什么会有IPV6

就是IPV4地址用完了，从根本上增加ip地址数目，之前讲的NAT和CIDR也只是在IPV4的基础上扩展了IPV4地址数目，治标不治本
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6.2 IPV6地址表示形式

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6.3 IPV6数据报格式

名称 作用 位数
版本 Version 知名协议版本，此处因为是ipv6所以总是6 4位
优先级 Traffic Class 又来区分数据报的类型和优先级 8位
流标签 Flow Label 和ipv4标识某个数据报分片不同，这是对于一整个数据报流的标记 19位
有效载荷长度 Payload Length 指的是扩展首部+数据部分的大小，和ipv4的总长度和首部长度都不同，ipv6的首部长度是固定的40字节 16位
下一个首部 Next Header 基本首部的下一个首部指的是有效载荷里标记的的扩展首部，有效载荷里的扩展首部再指向有效载荷里标记的的扩展首部，直至最后指向数据 8位
跳数限制 Hop Limit 基本相当于ipv4当中的TTL，每到一个路由器-1.减到0时丢弃 7位
源地址 Source Address 发送方ipv6地址 128位
目标地址 Destination Address 接收方ipv6地址 128位

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6.4 IPV4和IPV6的区别

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6.5 IPV6基本地址类型

名称 作用 要求
单播 一对一通信 可做源地址，目的地址
多播 一对多通信，以前的广播地址当做覆盖所有主机的多播 可做目的地址
任播 一对多当中的一个通信，看似一对多，实则一对一 可做目的地址

6.6 IPV4和IPV6之间的过渡

如果是ipv6的数据报到了ipv4，就用ipv4重新封装，把ipv6数据报前面加上ipv4伪装成ipv4数据报继续传输，直至到了ipv6路由再解开ipv4伪装
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7. IP组播（多播）

7.1 什么是组播

单播只能一对一，广播必须一对全部，组播就可以是一对全部中的一部分
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辅助理解：单播所占资源多
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组播明显减轻了压力
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7.2 IP组播地址

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7.3 硬件组播

就像全F的mac地址代表广播一样，00-10-5E打头的MAC地址就代表组播
7为什么最大是00-10-5E-7F-FF-FF？因为只有最后23位决定

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7.4 IGMP协议与组播路由选择协议

7.4.1 IGMP协议

注释：IGMP只能知道有没有组播组成员，对有几个组播组成员，成员在哪个地方都不知道
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7.4.2 组播路由选择协议

有了这个，成员可以自行找到转发组，自行决定参加哪个组播（就像电视机选台一样）
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8. 移动IP

移动IP不等于动态IP（DHCP获得的）
移动IP的可以让用户因为地理原因等等，即使不在内网也可以访问内网的东西

8.1 移动IP的相关术语

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8.2 移动IP通信过程

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9. 网络层设备

9.1 路由器

9.1.1 路由器的构造

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9.1.2 路由器的输入输出端口构造

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9.1.3 集线器，网桥，路由表几层设备比较

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9.1.4 路由器的路由表和转发表

这里实际上就是对前面知识的复习了
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10. 本章思维导图

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本章常用名词中英文对照

Forwarding table 转发表
Virtual-circuit networks 虚电路网络
Datagram networks 数据报网络
Signaling message 信令报文
Active queue management 主动队列管理
Head-of-the-line 队头
Classless interdomain routing (CIDR) 无类域间路由
Plug-and-play 即插即用
Anycast 任播
Interior gateway protocols 内部网关协议
Routing information Protocol 路由信息协议（RIP）
Open shortest Path First OSPF 开放最短路径优先
Area border routers 区域边界路由器
Circuit Switching 电路转换
Packet Switching 分组交换

掘金：前端LeBron

知乎：前端LeBron

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