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- 链路层/网络层/传输层/应用层
- 路由器是 链路层/网络层
- 网桥是 链路层
- 5类ip地址
- 0 , 128, 192, 224(多播组号), 240(待用)
- 3类ip地址
- 单播地址，广播地址, 多播地址
- TCP/UDP 使用16bit 端口号区别应用程序
- 以太网帧 分用过程
- 本书测试网络
- 以太网帧数据，可能是 IP数据报，也可能是 ARP,RARP 的请求/问答
- 路径MTU, 通讯中，最重要的MTU是 两台通讯主机路径中的最小MTU
- 特性
- unreliable: 不保证达到，出错丢弃，然后发送 ICMP消息报给 信源端
- connectionless: 独立，可以不按发送顺序接收
- 3.3 IP路由选择
- 直接相连，或在一个共享网络(i.e 以太网), IP数据报直接发送到 目的主机
- 否则， 主机把数据报发给一默认的路由器, 由路由器来转发该数据报.
- IP层可以从TCP/UDP/ICMP/IGMP接收数据报并发送(即本地生成的数据), 或这从一个网络接口(链路层)接收并发送数据报(即 待转发的数据报)
- IP层 在内存中有一个路由表
- 发送时，先搜索路由表一次.
- 当数据报来自某个网络接口时, IP首先检查 目的IP是否是 本机IP之一，或者 广播地址,
- 如果是，送到指定协议模块进行处理
- 如果不是，(1)如果IP层被设置为路由器功能,则转发, 否则(2)丢弃.
- 直接相连，或在一个共享网络(i.e 以太网), IP数据报直接发送到 目的主机
- 路由表
- 路由表中的每一项都包含:
- 目的IP地址
- 下一站路由器 (next-hop router) 的IP地址, 或者 有直接连接的网络IP地址
- 标志
- 其中一个标志 指明目的地IP地址是 网络地址还是主机地址.
- 另一个标志 指明下一个路由器是否为真正的下一站路由器, 还是一个直接相连的接口
- 为数据报的传输 指定一个网络接口
- 数据报传输过程中，目的地IP地址不变，链路层地址 始终指向 "下一站"的链路层地址(以太网接口地址)
- 在8.5 中 将看到，只有使用 源路由选项时， 目的IP地址才有可能被修改, 但这种情况很少出现.
- 以太网地址通过 ARP 获得
- 路由表中的每一项都包含:
- 子网寻址，子网掩码
- 给定IP地址和子网掩码后，主机就可以确定IP数据报的目的是:
- 本子网上的主机
- 本网络中，其他子网中的主机
- 其他网络上的主机
- 如果知道本机的IP地址，那么就知道踏是否为 A类，B类，C类地址(从IP地址高位可以得知), 也就知道 netid 和subnetid之间的分界线.
- 而根据子网掩码 就可知道 subnetid与hostid 之间的分界线.
- 给定IP地址和子网掩码后，主机就可以确定IP数据报的目的是:
- 3.6 特殊的IP地址
- 0 表示所有的 bit 全为0; -1 表示 bit 全为 1
- subnetid 为空表示 该地址没有进行子网划分
- 1和2 是特殊的源地址， 中间是 环回地址， 最后4个是广播地址
| netid | subnetid | hostid | source | target | desc |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 0 | OK | N/A | 网络上的主机 | |
| 0 | hostid | OK | N/A | 网络上特定主机 | |
| 127 | 任何值 | Ok | OK | 环回地址 | |
| -1 | -1 | N/A | OK | 受限的广播， 永远不被转发 | |
| netid | -1 | N/A | OK | 以网络为目的 向netid 广播 | |
| netid | subnetid | -1 | N/A | OK | 以子网为目的, 向netid、subnetid 广播 |
| netid | -1 | -1 | N/A | OK | 以所有子网为目的，向 netid广播 |
- 3.8 ifconfig
SIMPLEX: 如果接口发送一帧数据到广播地址，那么就会为本机拷贝一份数据送到 环回地址
en0: flags=8863<UP,BROADCAST,SMART,RUNNING,SIMPLEX,MULTICAST> mtu 1500
options=10b<RXCSUM,TXCSUM,VLAN_HWTAGGING,AV>
ether 3c:07:54:69:98:05
inet6 fe80::10f5:6919:c4ae:b50a%en0 prefixlen 64 secured scopeid 0x6
inet 10.192.81.132 netmask 0xfffff800 broadcast 10.192.87.255
nd6 options=201<PERFORMNUD,DAD>
media: autoselect (1000baseT <full-duplex,energy-efficient-ethernet>)
status: active
- 3.9 netstat 也提供系统上的接口信息
-i打印接口地址 ，-n打印IP地址- 可以看到 MTU,输入分组数, 输入错误, 输出分组数,输出错误, 冲突
$ netstat -in
Name Mtu Network Address Ipkts Ierrs Opkts Oerrs Coll
lo0 16384 <Link#1> 318487 0 318487 0 0
lo0 16384 127 127.0.0.1 318487 - 318487 - -
lo0 16384 ::1/128 ::1 318487 - 318487 - -
lo0 16384 fe80::1%lo0 fe80:1::1 318487 - 318487 - -
gif0* 1280 <Link#2> 0 0 0 0 0
stf0* 1280 <Link#3> 0 0 0 0 0
EHC25 0 <Link#4> 0 0 0 0 0
EHC25 0 <Link#5> 0 0 0 0 0
en0 1500 <Link#6> 3c:07:54:69:98:05 4497578 0 1183548 0 0
en0 1500 fe80::10f5: fe80:6::10f5:6919 4497578 - 1183548 - -
en0 1500 10.192.80/21 10.192.81.132 4497578 - 1183548 - -
en1 1500 <Link#7> 7c:c3:a1:9f:4e:63 26973 0 184365 0 0
en1 1500 169.254 169.254.211.156 26973 - 184365 - -
...
- IP -> ARP -> 以太网地址
- ARP 广播一个ARP请求的以太网数据帧 给 每台主机.
- 数据帧中包含 目的主机的IP地址，意思为"如果你是这个IP的owner，请回答你的硬件地址"
- 每个主机上都有 一个ARP高速缓存 , 存放了最近 IP/硬件地址之间的映射记录。
- 每一项的TTL一般为 20分钟。
$ arp -a
? (192.168.1.1) at d0:e:d9:9b:6d:3c on en1 ifscope [ethernet]
? (192.168.1.2) at 68:db:ca:8f:97:83 on en1 ifscope [ethernet]
? (224.0.0.251) at 1:0:5e:0:0:fb on en1 ifscope permanent [ethernet]
? (239.255.255.250) at 1:0:5e:7f:ff:fa on en1 ifscope permanent [ethernet]- 通过被认为是IP层的一个组成部分。它传递差错报文 以及其他需要注意的信息。
- ICMP 报文 通常被IP层 或 更高层协议(TCP/UDP)使用.
- ICMP 报文 是在IP数据报内部被传输。
- ping 发送一份 ICMP 回显请求报文给主机
- traceroute 可以让我们看到 IP数据报从一台主机传到 另一台主机所经过的路由
- 它发送一份 TTL 为1的IP数据报给目的主机
- 处理这份数据报的第一个路由器将 TTL -1， 丢弃该数据报, 并发回一份超时ICMP报文。这样就得到了该路径中的第一个路由器地址。
- 然后 再发送一份 TTL为2的报文，得到第2个路由器的地址
- 继续这个过程，直到该数据报 到达目的主机
- 但是 目的主机哪怕接收到TTL值为1的IP数据报，也不会丢弃该数据报 并产生一份超时ICMP报文，那么该如何判断是否已经到达目的主机了呢？
- traceroute 发送一份UDP数据报给目的主机，但它选择一个不可能的值作为UDP端口( >30000 ), 使目的主机的任何一个应用程序都不可能使用该端口。
- 这样traceroute 所要做的就是区分接收到的 ICMP报文是超时 还是端口不可达，以判断什么时候结束
- IP源站选路
- 通常IP路由是动态的。
- source routing 的思想是由发送者指定路由.
- IP层工作流程
- IP层进行的选路，实际上是一种选路机制， 它搜索路由表并决定向哪个网络接口 发送分组。 这区别于选路策略。
- 选路策略 只是一组 决定把哪些路由 放入路由表的规则， 一般由 路由守护程序来 提供选路策略。
- 查看路由表
netstat -rn- 如果没有
-n选项， 返回结果会混用 主机名和IP地址
- 如果没有
$ netstat -r
Routing tables
Internet:
Destination Gateway Flags Refs Use Netif Expire
default 10.192.80.1 UGSc 84 2412 en0
default link#15 UCSI 1 0 bridge1
10.192.80/21 link#6 UCS 3 0 en0
10.192.80.1/32 link#6 UCS 3 0 en0
10.192.80.1 0:0:c:9f:f0:d1 UHLWIir 12 0 en0 1185
10.192.80.3 0:de:fb:8b:85:1 UHLWI 0 0 en0 1199
svr4 18:60:24:95:4d:f UHLWI 0 0 en0 875
...
$ netstat -rn
Routing tables
Internet:
Destination Gateway Flags Refs Use Netif Expire
default 10.192.80.1 UGSc 71 2412 en0
default link#15 UCSI 1 0 bridge1
10.192.80/21 link#6 UCS 4 0 en0
10.192.80.1/32 link#6 UCS 3 0 en0
10.192.80.1 0:0:c:9f:f0:d1 UHLWIir 16 0 en0 1187
10.192.80.3 0:de:fb:8b:85:1 UHLWI 0 0 en0 1198
10.192.81.84 18:60:24:95:4d:f UHLWI 0 0 en0 862
....
- 路由表条目解读：如果IP目的地 == 'Destination' , 那么 网关(路由器)将把分组转发给 'Gateway'
- Flags:
- U: 该路由可用
- G: 该路由是一个网关(路由器)
- 非常重要, 它区分了 间接路由和直接路由(直接路由不会设置G)
- 发往 直接路由的分组 , 带 目的地的链路层地址; 而发往 间接路由的，链路层地址指向 网关(即下一站路由器)
- H: 该路由是一个主机
- 如果没有设置H，表明 说明目的地地址是一个网络地址.
- 当为 某个目的IP地址 搜索路由表时，主机地址必须与目的地地址 完全匹配； 而网络地址只需要匹配网络号.
- D: 该路由 是由 重定向报文创建的 (9.5)
- M: 该路由 已被 重定向报文 修改 (9.5)
- Refs
- 引用计数 , 正在使用 该路由的 活动进程个数。
- Use
- 通过该路由 发送的分组数
- 9.5 ICMP 重定向差错
- 当IP数据报 应该被发送到另一个路由器时，收到数据报的路由器 就要发送 ICMP 重定向差错报文 给 IP数据报的发送端。
- 重定向一般用来 让具有很少选路信息的主机，逐渐建立更完善的路由表。
- 路由器操作
- 当路由器启动时，它定期 在 所有广播或多播传送接口上 发送通告报文。
- 路由器还要监听来自主机的请求报文， 并发送 路由器通告 以相应这些请求报文。
- 如果子网上有多台路由器， 由管理员为 每个路由器设置优先等级。
- 主机操作
- 主机引导期间， 向路由器发送 请求报文
- 主机也监听 来自相邻路由器的通告报文， 这些通告报文 可以改变主机的默认路由器。
- 当相邻的路由器之间进行通讯，以告知对方每个路由器当前所连接的网络，这时就出现了动态选路。
- 路由器之间 必须采用选路协议进行通讯。
- 随着时间的变化，路由表中的信息可能会改变 -- 条目的 修改(选择最佳路由),删除(链路断开),添加等 -- 这些都是路由守护程序维护的。
- UDP不可靠： 它把应用程序传给IP层的数据发送出去，并不保证它们能到达目的地
- 应用程序必须关心IP数据报的长度。如果超过MTU, 那么就要对IP数据报进行分片。
- 分片可能发生在 原始发送数据的主机上， 也可能发生在中间的路由器上
- 把一份IP数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装。
- 重新组装由目的地的IP层来完成，对传输层是透明的。
-
广播和多播 仅应用于 UDP， 它们对 需将报文同时传往多个接收者的应用来说十分重要。
-
一个主机要向网上 所有的其他主机发送帧，这就是 广播。
-
多播 multicast 介于 单播 和 广播之间: 帧仅传送给 属于多播组的多个主机。
-
为了弄清多播和广播，需要了解 主机对由信道传送过来的帧的过滤过程
-
首先，网卡检查 信道传送过来的帧，确定是否接收该帧： 若接收，将它传往 设备驱动程序， 否则丢弃。
- 通常网卡仅接收 那些目的地址为 网卡物理地址， 或 广播地址的帧。
- 另外，多数接口 均被设置为 混合模式， 这种模式能接收每个帧的一个复制。
- 目前，大多数的网卡经过配置 都能接收目的地址 为多播地址 或 某些子网多播地址的帧。
- 对于以太网 ，当地址中的最高字节的最低为设置为 1时， 表示该地址是一个多播地址 :
01:00:00:00:00:00- 以太网广播地址
ff:ff:ff:ff:ff:ff可以看作是多播的一个特例 - 注意，这是以太网地址，不是IP地址
- 以太网广播地址
-
驱动程序进行另外的帧过滤。首先 帧类型必需要指定使用的协议(IP/ARP/...) , 其次 进行多播过滤来 检测该主机 是否属于 多播组。
- 驱动程序将 数据帧 传送给下一层.(比如 IP数据报 传递给 IP层)
-
IP层 更具 IP地址中的源/目的 地址， 进行更多的过滤检测。
- 如正常，传递给下一层。(如 TCP/UDP )
-
每次TCP/UDP 收到由 IP传送来的数据报， 就根据目的端口号，有时还有源端口号 进行数据报过滤。
- 如果当前没有进程使用该目的端口号， 就丢弃该数据，产生一个不可达 ICPM.
- 如果 数据报存在 校验错误，丢弃。
-
-
-
使用广播的问题 在于它增加了对广播数据不感兴趣的主机的处理负荷。 一直到 TCP/UDP层，这些数据帧才会被丢弃。
- 多播的出现，减少了对应用不感兴趣主机的处理负荷。 使用多播，主机可加入一个或多个多播组。 这样，网卡将获悉该主机属于哪个多播组，然后仅接收 主机所在多播组的那些多播帧。
-
受限的广播地址
255.255.255.255是受限广播地址。 该地址用于 主机配置过程中IP数据报的目的地址。- 此时，主机可能还不知道它所在网络的子网掩码， 甚至它的IP地址也不知道。
- 在任何情况在，路由器都不转发 目的地址为 受限的广播地址的数据报， 这样的数据报 仅出现在本地网络中。
-
指向网络的广播
- 主机号全为1的地址。比如，A类网络广播地址为
netid.255.255.255
- 主机号全为1的地址。比如，A类网络广播地址为
-
指向所有子网的广播
- 指向所有子网的广播， 也需要了解 目的网络的子网掩码， 以便 与指向网络的广播地址区分开。
- 指向所有子网的广播地址的 子网号及主机号全为1.
- 例如， 如果目的子网掩码为 255.255.255.0 , 那么 IP地址 128.1.255.255 是一个执行所有子网的广播地址.
- 然而，如果网络没有划分子网， 这就是一个指向网络的广播。
- 这种广播是陈旧过时的， 更好的方式 是使用多播，而不是 对所有子网的广播。
-
12.4 IP多播 提供两类服务:
-
- 向多个目的地址传送数据.
- 相关的应用有 交互式会议系统 向多个接收者 分发邮件或新闻。
- 如果不采用多播，目前这些应用大多采用TCP来完成(向每个目的地址传送一份相同的数据拷贝). 然后即使使用多播，某些应用可能继续使用TCP保证可靠性。
-
- 客户端对服务器的请求。
- 如 无盘工作站 需要确定启动引导服务器。 该项服务是通过广播来提供的，使用多播可降低 网络内其他主机的负担。
-
-
多播 也是一种IP包，多播目的地址为 一个特殊的IP地址，即 D类地址 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
- 一些多播地址被 IANA 确定为知名地址。 例如 224.0.0.1 代表 该子网内的所有系统组， 224.0.0.2 代表 该子网内的所有 路由器组. 224.0.1.1 用作网络时间协议NTP, 224.0.0.9 用作 RIP-2.
- 由于 224.0.0.0/8 用于本地链路， 239.0.0.0/8 为私有多播地址， 所以实际可用与互联网上的多播地址是 225.0.0.0/8 ~ 238.0.0.0/8. 这个多播地址 不属于任何服务器或个人，它有点类似一个微信群号， 任何成员(多播源) 往微信群(多播IP) 发送消息(多播消息)， 这个群里的成员(多播接收者) 都会收到此消息。
- IPTV 就是多播的应用
-
单个物理网络的多播是简单的。 多播进程将 目的IP地址指明为 多播地址。
- 当把多播 扩展到 单个物理网络以外，需要通过路由器转发 多播数据时， 复杂性就增加了。
- 需要一个 协议 让多播路由器 了解确定 网络中遇雨确定多播组的任何一个主机。 这个协议就是 Internet 组管理协议 IGMP.
- DNS 是一种用于 应用程序的 分布式数据库， 它提供 主机名字和IP地址之间的转换， 及有关电子邮件的选路信息。
- 从应用的角度上看，对 DNS的访问 是通过一个 地址解析器 resolver 来完成的。
- 在 Unix主机中， 主要是两个函数
- gethostbyname(3) name->IP
- gethostbyaddr(3) IP->name
- 在 Unix主机中， 主要是两个函数
- resolver 通常是应用程序的一部分， 并不像 TCP/IP协议那样是操作系统的内核。
- 在应用程序请求 TCP打开一个连接 或使用UDP发送一个数据报之前，必需将 一个主机名 转换为一个 IP地址。 操作系统内核中的TCP/IP 协议族对于 DNS一点都不知道。
- DNS 定义了一个 用于查询/响应的 报文格式。
$ host baidu.com
baidu.com has address 220.181.57.216
baidu.com has address 123.125.115.110
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baidu.com mail is handled by 10 mx.maillb.baidu.com.
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