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Network Layer 记录

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网络层主要是两个部分：一个是路由器；另一个是各种协议。

路由器

路由器两个过程：建表+查表(Routing Table + Forwarding Table)

路由器第一个过程：建表

路由器建表：Routing Table，有两种方法：Distance Vector Protocol 和 Link State Protocol

Distance Vector Protocol: 每个节点和邻居进行交换

  1. 流程：test04.flv

每隔一段时间进行交换（这个时间值是人为定的）

  1. 评价

  2. 好消息传的快，坏消息传的慢，具体优缺点自己查吧

  3. 好消息指的是如果网络更新了，可以很快让其他节点更新为新的路径

  4. 坏消息指的是如果网络断掉了，其他节点可能会比较慢才会知道到不了某个节点

  5. 问题：test07.mp4

  6. 解决措施

  7. 设置上限，一般设为16
  8. split horizon，(A,B)邻居，如果B->C更新，下一跳是从A走的，那么就不把这个消息告诉A。
  9. split horizon with poison reverse，之前是不告诉A，现在改成告诉A，不过值设置为无限大，就是告诉A，不要从我这里走，我B和C没有路可走

每个节点发送 LSP 封包，因此也会收到其他所有节点的 LSP 封包，从而可以构建整个网络图。

  1. 流程
    每个人发布和邻居的信息

  2. 封包构成

  3. 谁发布的
  4. Seq（视频说明）
  5. Age（视频说明）
  6. 具体情况（即和各个邻居之间的距离）

两个方法的比较

Distance Vector 是把自己的路由表告诉邻居，LinkState 恰好相反，把自己邻居告诉所有人

路由器第二个过程：查表

路由器查表：Forwarding Table

具体收发

通过两张表去理解：
1. 表一例子：IP(Z) -- Router(A) -> 来的 IP 下一跳在哪；IP(Z) 指任何的 IP 设备
2. 表二例子：IP(A) -- MAC(A) -> 传给下一跳还要知道 MAC 地址；IP(A) 指和这个路由器相连的那些主机

一个很好的例子：test01.mp4，特别注意目的MAC：如果在同一网络，那么就知道目的MAC，但是不在同一网络，就不知道目的MAC，因此只能传给router的MAC。与此同时，IP的源头和目的一直保持不变

查表算法

建表有了整个网络拓扑图，查表本质是最短路径。然后如何找最短路径就是不同协议的事情了。

OSPF 使用 Dijkstra's Algortihm 寻找最短路径

如何提高速度

查表是真的慢(表很大)，解决方法：有专门的硬件来实现，好的硬件比优化算法之类的提升更明显（非常有力大砖飞的工程魅力）

其他特性

  • 会过滤掉 broadcast 和 multicast，因此这些分包就只能在自己的那些网络(以太网)上传递，不会通过路由器传递其他的网络上
  • ACL: 就是利用路由器，把那些黑名单上的 IP 记录下来，路由器就会不会传这些包
  • 配置容易，但是配置好很难，要考虑许多因素
  • 和交换机的比较：test03.mp4

IP 协议

IP 头部

具体自行查阅资料，这里面太细节了。

封包切割

一个封包大小有上限，所以需要切割：
- Identification 相同就是同一个大封包
- Fragment Offset 可以看出顺序
- Flag 可以判断是否 结束

有视频讲了切割的例子：test02.mp4

TTL

Time to live: 防止封包循环就一直传一直传

Flag

  • DF 有可能设置不能被切割，这个时候路由器就会尽量找一个不被切割的线路，如果没有，那就丢掉
  • MF 如果是1表示后面还有小封包，一直到最后一个小封包为0，然后就可以组合了

IP 地址

SomeThing

  • 组播地址：[224.0,240.0)
  • 直接广播地址：主机都为1，例如192.168.24.59/30（主机号一共两位，均为1）
  • 网络本身：主机都为0，例如192.46.10.0
  • 环路自检地址：127.0.0.1
  • 受限广播地址：255.255.255.255
  • A,B,C类地址主机号位数分别是24,16,8

IPv6

  • 地址为128bit
  • 没有提供校验和字段
  • 首部长度不可变
  • 不允许分片（太大则丢弃）

子网问题

IP过来 → 和每一项MASK进行AND → 如果某一项和表里的IP相等：OK，传到NextHop（原则：最长前缀匹配原则）

为什么每台电脑都要设置子网掩码？

用于区分下一跳发给谁。要发给某个IP → 子网掩码AND → 判断：
- 若与自己同一网段，直接发送，即目的IP就是那个IP，和网关没啥事
- 若不是，那么发给网关(默认路由器)处理，即目的IP就是网关IP

  1. https://www.zhihu.com/question/263438014
  2. https://zhidao.baidu.com/question/1960295755438724700.html

CIDR: 更加灵活的网络划分

以前的子网是强制按照 A、B、C 进行划分的，所以就会有很多浪费。后来 CIDR 协议就出来了，也即是现在的这种 192.168.0.0/23 这种表现方法。

其他协议

ARP → (IP, MAC)

  1. 流程：如果表中没有某个IP，发送一个广播请求封包。对方收到后就会回答。其中封包的目的 MAC 为 FF-FF-FF-FF-FF-FF
  2. 注意：这个 IP 的主机/路由器是和我们自己的路由器直接相连的，不然也没有意义，因为传包，肯定只能传给相邻的人，所以只要知道邻居的MAC就行
  3. 注意：源主机发送数据报时，也有可能会通过ARP寻找路由器的MAC地址

DHCP ---> 分配IP

  1. 流程：有一个专门的 DHCP Server，一个主机开机，会广播 DHCP 请求，有一个DHCP relay检查到，就会把这个包发给DHCP Server，然后这个服务器就会返回正确的IP。

  2. 注意点

  3. 分配的IP是有有效期的，比如这个只能用3天等
  4. DHCP请求封包，因为是广播嘛，所以目的IP地址是255.255.255.255

ICMP → 扩展 IP 的功能

  • ICMP 报文本身出错不再处理
  • ICMP 报文是IP协议，封装在IP数据报中
  • 可以在封包丢掉时告诉发送者为什么会丢掉，哪些原因封包会丢掉？目的没开机或者断线、某些小封包丢了、TTL 变为0(Time To Live)、CheckSum 出错....
  • ICMP-Redirect：路由器检测到有更好路线，会告诉 source host 有更好的路径了

NAT

NAT 是工作在网络层的，所以就放在网络层这个文件夹中。我之前一直放在应用层去了。
- NAT 四种模式，NAT 穿透以及虚拟机的 NAT

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