作者 | 孙超

编辑 | 徐广欣

tips1.网络名词说明、物理层网络协议、数据链路层网络协议、网络层网络协议~

一. 名词

• internet

  互联网，由多个计算机网络互联而成的网络。

  
  

• Internet

  因特网，特定的计算机网络。

• ISP

  因特网服务提供商(Interne Service Provider)，例如电信、移动，他们向因特网管理机构申请海量IP。

• IXP

  因特网交换点(Internet exchange point)。

• p2p

  peer-to-peer。两个主机都运行了对等连接软件（P2P软件），进行平等的、对等连接通信。

• 路由器

  一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机。实现分组交换的关键构件。使用存储转发技术。

• 存储转发

  在发送报文之前，先将较长的报文划分为一个个小的等长数据段，每个数据段前面加上Header，这样就构成了分组 Packet，也成为包。包是网络中传输的基本单元。

• 报文(Message)，要发送的整体数据。

• Header包头，包含诸如目标地址、源地址等控制信息。

• 分组转发，路由器收到一个包，先暂存，然后根据Header去查找转发表，将包转发到下一个路由器。

• 带宽

  单位时间内网络从一点到另一点所能通过的 “最高数据率”。

• 吞吐量

  单位时间内通过某个网络（或信号、接口）的数据量。100Mb/s的以太网，典型吞吐量70Mb/s。

  
  

• 延迟

  数据从网络一端到另一端所需要的时间。总延迟 = 发送延迟 + 传播延迟 + 处理延迟 + 排队延迟。

• 发送延迟

  主机或路由器发送数据帧所需时间，也称为传输延迟 = 数据帧长度(b) / 发送速率(b/s)。

• 传播延迟

  电磁波在信道上传播一定距离所需时间，信道长度(m) / 传播速率(m/s)。其中光纤的传播速率是

• 处理延迟

  主机或路由器进行分组转发所花费的时间。

• 排队延迟

  分组进入路由器后，先在输入队列排队等待处理，确定了转发接口后，在输出队列中等待转发。RTT: 往返时间(Round-Trip Time)，从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认。

• 利用率

  信道利用率和网络利用率，利用率过高会产生非常大的延迟。上行带宽：用户到ISP的带宽。

• 下行带宽

  ISP到用户的带宽。TTL：数据报在网络中的寿命，单位是跳数。

二.网络协议

• 应用层：应用进程根据应用层协议（例如：http、smtp等），相互发送报文。

  
  

• 传输层：为应用进程的通信提供传输服务。传送报文到下层（网络层），接受下层数据返回到应用层。

• TCP：数据传输协议，面向连接的，基本传输单位是报文段（segment）。

• UDP：用户数据报协议，无连接的数据传输服务，基本传输单位是用户数据报。

  
  

• 网络层：提供通信服务，使用IP协议。接受传输层的报文段，封装成包(Packet)（或IP数据报），负责查找路由进行传输。需要使用设备路由器。

• 数据链路层：（data link layer），接受网络层的 IP数据报，组装成帧（framing），每一帧由 数据+控制信息 组成。收到一个帧后，抽取数据部分，传给网络层。

• 物理层：连接传输媒体传输bit流数据。传输数据的单位是bit，将数据交由硬件设备（光缆、无线信道等）进行处理。

1. 物理层

• 集线器（hub）：主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。即多端口转发器，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。

2. 数据链路层

• 物理链路：一个节点到相邻节点的一段物理线路（有线或无线）。

• 逻辑链路：物理线路 + 通信协议 + 实现软/硬件（例：网络适配器）。

• 信道类型：点对点信道、广播信道。

• 点对点协议：封装成帧、透明传输、差错检测。

• 封装成帧：将IP数据报的前后添加Header和Tailer，构成一个帧。

• 透明传输：无论IP数据包是什么内容，都可以构成帧进行传输。（帧的开始、结束符是特定的控制字符，不能在数据中出现）。

• PPPoE：PPP over Ethernet 宽带上网的主机使用的链路层协议。将PPP帧在封装成 Ethernet帧。
  

• 适配器：PC 和 LAN通过适配器进行通信，含有处理器和存储器（RAM 和 ROM），计算机发送IP数据报，由协议栈将IP数据报向下交给适配器，组装成帧后发送到局域网，硬件地址也成为MAC地址（适配器地址）。

1. 单播帧(unicast): 收到的帧的MAC地址与本站的硬件地址相同。

2. 广播帧(broadcast): 发送给本局域网上所有站点的帧。

3. 多播帧(multicast): 发送给本局域网上一部分的帧。

• 网桥（桥接器）：用来连接不同的网段，简单的网桥有两个端口，分别有一条独立的交换信道，不是共享一条背板总线，可隔离冲突区。每个端口与一个网段互联，可扩展局域网。

• 交换机（switch）：一种基于MAC（网卡的硬件地址）识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵，可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的发送者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

3. 网络层

a.协议

• IP协议

  所有的网络之间使用IP协议进行互联，构成一个大的网络。

• 地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）

  数据链路层传输的是MAC帧，ARP 协议通过在主机 ARP 高速缓存中存放一个从IP到硬件地址的映射表，此表动态更新。

• 网际控制报文协议 ICMP（Internet Control Message Protocol）

  ICMP 允许主机或路由报告差错情况和提供有关异常情况的报告，ICMP报文封装在IP数据报中，作为数据部分。

• 差错报告报文

• 询问报文

  ping，分组网间探测（Packet InterNet Groper），用来测试两个主机之间的连通性。使用 ICMP 的回送请求和回送回答报文，即由主机或路由器向一个特定的目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机发送ICMP回送回答报文。

• 网际组管理协议 IGMP（Internet Group Manage Protocol）

b.IP分类

• 分组转发算法

• 从数据报的首部提取目的主机的IP地址 D，从而获取网络地址 N。
  

• 若 N 与此路由器直连，则进行直接交付。否则，间接交付。

• 若路由表中有目标地址为D的特定路由，则数据发送到路由表中指明的下的路由器。否则，下一步。

• 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送到默认路由器。否则，转发分组错误。

• 子网寻址(划分子网)

• 将IP地址变成三级结构，只把IP地址的主机号部分进行划分，不改变原来的网络号。

• 子网掩码，用来计算子网地址的掩码，计算方式 IP 和 子网掩码 逐位相“与”。

• 分组转发：目的网络地址 + 子网掩码 + 下一跳地址

c.无分类编址 CIDR

• CIDR 地址块

  网络地址前缀相同的连续的IP地址组成一个 “CIDR 地址块”。

• 分组转发

  网络前缀 + 下一跳地址，选择具有最长网络前缀的路由。

d.路由选择协议

• 内部网关协议 IGP ，在一个自治系统内部使用的路由选择协议，例如 RIP 和 OSPF 协议。

• RIP

  分布式的基于距离向量的路由选择协议，按固定的时间间隔与相邻路由器交换信息。交换的信息是自己当前的路由表，即到达本AS系统中所有网络的最短距离，以及到每一个网络应经过的下一跳路由器。

• OSPF

  分布式链路状态协议，只在链路状态发生时，才向 AS 中的所有路由器发送链路状态信息。所有的路由器最终都能建立一个全网的拓扑结构图。

• 外部网关协议 BGP，源主机和目标主机处在不同的自治系统中的路由选择协议，例如 BGP 边界网关协议，致力于寻找一条能过到达目的网络且比较好的路由，而非要寻找一条最佳路由。BGP 采用了路径向量（Path Vector）路由选择协议。

• 因特网的规模太大，使得 AS 之间路由选择非常困难。在一个主干网路由器中，一个路由表中的项目数超过5万个网络前缀，若使用链路状态协议，则每个路由器都会维护一个很多的链路状态数据库。并且不同的 AS 评价标准不同，因此无法使用 RIP 协议。所以，对于不同的 AS 之间的路由选择，可在各个 AS 之间交换可达性（可达或不可达）信息。

• AS 之间的路由选择必须考虑有关策略（政治、安全、经济等）。

  例如：

1. 国内站点的通信不需要经过国外的AS。

2. AS1 发送数据给 AS2，线路上经过 AS3 是最好选择，但 AS3 可能不愿意承受这部分的流量

• BGP 发言人：每个 AS 中的 BGP 边界路由器通过一个共享网络（核心交换机）连接在一起。

• 邻站（neighbor或peer）：不同 AS 的 BGP 发言人通过 TCP 建立连接，交换路由信息，被连接的两个 BGP 发言人彼此成为对方的邻站（或对等站）。

• 报文

  BGP 有四种报文，如下：

• OPEN 报文，用来和相邻的另一个 BGP 发言人建立关系，初始化通信。

• UPDATE 报文，用来通告某一路由的信息，以及列出要撤销的多条路由。

• KEEPALIVE 报文，用来周期性的证实邻站的连通性。

• NOTIFACATION 报文，用来发送检测到的差错。

• BGP 自治系统连通图

  树形结构，不存在回路问题。

e. VPN

在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯。一个机构要构建自己的 VPN 就必须为它的每一个场所购买专门的硬件和软件，并进行配置，使每一个场所的VPN系统都知道其他场所的地址。

f. 网络地址转换 NAT

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