408 计算机网络 知识点记忆(6)

前言

本文基于王道考研课程与湖科大计算机网络课程教学内容,系统梳理核心知识记忆点和框架,既为个人复习沉淀思考,亦希望能与同行者互助共进。(PS:后续将持续迭代优化细节)

往期内容

408 计算机网络 知识点记忆(1)

408 计算机网络 知识点记忆(2)

408 计算机网络 知识点记忆(3)

408 计算机网络 知识点记忆(4)

408 计算机网络 知识点记忆(5)

核心知识记忆点

物理层中继系统: 转发器 集线器

数据链路层中继系统: 网桥 交换机

网络层中继系统:路由器

网络层以上:网关

路由选择处理机 根据 路由选择协议 构建 转发表 进而进一步路由转发

面向连接的虚电路服务 ( 呼叫请求 呼叫应答)区别于电路交换的电话通信(物理上实际连接) "虚":这条电路不是专用的

数据报 无连接

路由器功能:转发+路由选择

路由器之间传送的消息:主机间的分组+路由信息

SDN核心思想:把网络控制、数据层面分离 让控制层面利用软件控制数据层面设备

before after SDN
路由算法 控制层面 逻辑上集中的远程控制器 路由选择 负载均衡 接入控制etc
↓ 控制 ↓        ↓ 北向API
路由表 控制 ↓        ↓ SDN控制器(网络操作系统)
↓ Openflow协议 ↓        ↓
转发表 数据层面 转发表   转发表 南向API 分组交换机

远程控制器(物理上可由不同地点的多个服务器组成):掌握网络状态 计算最佳路由 生成转发表 (直接访问控制物理设备)

流表(取代转发表,流是分组序列,共享分组首部某些字段):"匹配"+"动作"

SDN广义转发:

"匹配" 对网络体系各层首部字段匹配,

"动作" 转发分组 负载均衡 重写IP首部(类似NAT) 阻挡或丢弃一些分组(类似防火墙)

SDN四个关键特征:

1 基于流的转发

2 数据层面与控制层面分离

3 位于数据层面分组交换机之外的网络控制功能

4 可编程的网络

IPV4分组 首部前一部分长度固定20B

0     4     8       16    19   24

版本   首部长度  区分服务   总长度

标识                标志   片偏移

生存时间 协议           首部检验和

源地址

目的地址

可变部分(40) 可选字段(长度可变) 填充(全0)

数据载荷长度=总长度-首部长度*4

以太网MTU=1500B

广域网MTU=576B

      0 1 2 3   8  16  24  32

A类 1-126   0 网络号   主机号

B类 128-191 1 0 网络号    主机号

C类 192-223 1 1 0 网络号       主机号

D类 224-239 1 1 1 0 多播地址

E类 240-255 1 1 1 1 保留今后使用

主机号全0表示本网络

主机号全1表示广播地址 /直接广播地址

127.x.x.x 环回测试

0.0.0.0 表示本网络上本主机(eg DHCP)

255.255.255.255 受限广播地址 只在本网络上广播

IP地址需求:主机地址+路由器接口地址+网络地址+广播地址

网络地址转换NAT

私有IP地址块 专用地址

10.0.0.0-10.255.255.255 相当于一个A类网络

172.16.0.0-172.31.255.255 相当于16个B类网络

192.168.0.0-192.168.255.255 相当于256个C类网络

NAT转换表 {本地IP地址:端口}----{全球IP地址:端口}

划分子网与路由聚合 网络号 子网号 主机号

子网掩码 判定目的主机是否也在子网中

默认网关 指定的路由器转发

默认子网掩码 为划分子网下使用的子网掩码(A、B、C、D类网络)

默认路由

无分类编址 CIDR 网络前缀 主机号 斜线记法(CIDR记法)

路由聚合(构造超网) 最长前缀匹配(最佳匹配) 共同前缀

CIDR查找路由表存在在一种层次性的数据结构(通常采用二叉线索),自上而下按层次查找

IP首部数据报中的目的IP地址:若找到匹配的路由条目,则按指示转发,否则丢弃 并向源主机报告差错

结语

网络层作为互联网的"导航中枢",以路由与转发的精密协作,架起了全球互联的智能桥梁。从物理层的集线器到网络层的路由器,从传统转发表的静态规则到SDN的流表可编程,技术的每一次跃迁都在重塑数据的航向。IPv4分组的严谨结构、子网掩码的灵活划分、CIDR的高效聚合,无不彰显着"有限地址资源,无限连接可能"的设计智慧;而NAT的地址转换艺术、路由聚合的最长前缀匹配,则是应对规模扩张与资源枯竭的经典答案。

在虚电路与数据报的路径抉择中,我们领悟到"连接"与"自由"的辩证统一;在SDN控制面与数据面的分离中,我们窥见了软件定义未来的无限潜能。无论是传统路由器的逐跳决策,还是SDN控制器的全局调度,目标始终如一:让每个分组以最优路径抵达终点,让网络资源在动态负载中保持平衡。

参考资料

1.王道考研课程

2.湖科大计算机网络课程

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