第四章 网络层：数据层面
网络层的关键功能：转发（局部），路由（全局）。
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数据层面：转发（传统方式--仅IP；SDN方式--各个字段）
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控制层面：选路
路由器组成
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路由：路由选择算法生成路由表
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转发：从输入到输出根据路由表进行分组转发
- 基于头部字段的任意组合进行转发
- 基于目标的转发--仅仅依赖IP地址
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交换结构（将分组从输入缓冲区传输到合适的输出端口）
- 内存交换
- 总线交换
- 通过互联网络交换
排队延迟，当输入或输出缓存溢出都会造成分组丢失
- 调度策略
- 先进先出
- 丢弃策略：丢弃刚到达的分组，按优先权丢弃，随机丢弃
IP
网络链路有MTU(最大传输单元)，大的IP数据报在网络上被分片在最终给的目标住进处进行重组。
若目标主机只收到其中一片，则全部抛弃。
- IP地址：高位--子网；低位--主机
同一子网内的节点，IP地址高位相同,子网内个主机可以在物理上相互直接到达，无需路由器接入。
- 约定
- 子网部分全为0---本网络
- 主机部分全为0---本主机
- 主机部分权威1---广播地址
127.0.0.1 为自身（回路地址）
主机获得IP地址：手动配置、DHCP
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DHCP
- 接入网络的主机广播DHCP报文（使用32为位全0位IP）
- DHCP服务器响应报文
- 主机请求IP
- DHCP服务器发送地址
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NAT(网络地址转换)
一个IP用于局域网中所有设备（通过NAT转换表保存局域网设备）
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外出数据包替换源地址和端口号
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进入数据包替换目标地址和端口号
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NAT穿越问题
- 静态配置NAT
- UPnP IGD协议 自动化静态NAT端口映射
- 中继
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IPv6
头部改变加速处理和转发，帮助QOS
通用转发和SDN
逻辑上集中的控制层面；控制层在数据交换设备之外实现，SDN控制器通过南向API访问基于流的交换机
第五章 控制层面
路由：找到一条源节点套目标节点的较好路径。以网络位单位进行路由。子网间路由相较于主句代价较少。
路由选择算法
全局路由信息--link state
分布式（路由器只知道与他相邻的路由器及代价值）—— distance vector
LS:通过泛洪传播的方法使每个路由器获得拓扑和边代价，之后通过dijkstra算法周到最短路径。
深度优先
将相邻节点的代价重新计算，更新并选择代价最小的进行下一步
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distance vector
各路由器定旗与相邻路由器交换路由表
定期测量路由器到相邻节点的代价
好消息传的快，坏消息传的慢 -
ls与dv算法的比较
- 复杂度dv更低
- 收敛时间：ls有可能震荡，dv收敛较慢
- ls路由较健壮，dv错误会扩散至全网
自治系统内的路由选择
在一个自治区域内的算法
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RIP
dv算法
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OSPF
仅在一个区域内泛洪
使用ls算法
ISP之间的路由选择
- 平面路由存在的问题
- dv距离矢量大，且不能够收敛
- ls上百万个节点泛洪传输，存储及路径计算
- 管理希望对外隐藏网络细节，便于管理
层次路由：将互联网分为一个个AS（路由器区域）
同一个AS内运行着相同的路由协议（不同的AS内部协议可能不同），不同AS间运行AS间路由协议。
优点：扩展性强，内部规模可控
- BGP(边界网关协议)
- eBGP(外部)：从相邻的ASes哪里获得子网可达信息
- iBGP（内部）：将获得的信息传输的AS 内部所有路由器
BGP会话在一个半永久的TCP连接上交换报文
- 两个重要属性
- AS-PATH：检测环路（多路径选择）；向其他AS转发时，需要将自己的AS号加在路径上
- NEXT-HOP：从当前到下一跳AS由多少个链路
基于策略的路由：对于接收到到通告根据规则过滤，并决定是否向邻居通告路由信息。
- BGP路径选择
- 本地偏好值属性
- 最短的跳数
- 热土豆路由
- 附加：根据BGP标识
ICMP
ICMP(因特网报文控制协议)是一个差错报告机制，属于网络层协议。
当数据包处理过程出现差错时，ICMP向数据包的源端设备报告这个差错，它既不会纠正这个差错，也不会通知中间的网络设备。
应用：ping,tracert
第六章 链路层与局域网
网络层解决了一个子网到另一个子网的问题，链路层负责从一个节点通过链路将（帧中的）数据包发送到相邻的物理节点。
子网中若干节点的连接:点到点连接，多点连接
- WAN:点到点，带宽大，距离远；海底电缆。
- LAN：街道共享型介质上（多为交换机）
数据报在不同的链路上以不同的链路协议传送
成帧：帧头部使用MAC地址表示源和目的地
一个网络内相邻两个节点可以完成可靠数据传递
在一些出错率低的链路上（光纤等）可以放弃本层的可靠控制工作，但在高差错的链路上需要加入差错控制。
- 链路层服务
- 流量控制
- 错误检测
- 差错纠正
- 半双工和全双工
差错检测和纠正
错误检测并不是完全可靠的
- 单比特奇偶校验:检测单个比特级错误（二进制数中1的个数）
- 2维奇偶校验：检测和纠正单个比特错误
- 检验和：CRC循环冗余校验
多点访问协议
一个子网内部链路的连接形式
- 点对点
- 广播
多路访问协议（介质控制访问协议MAC）
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信道划分：时分TDMA，频分FDMA，码分CDMA（采用编码原理加一区分，各个点的数据正交）
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随机访问
1.时隙aloha（时钟同步，时隙开始时发送，检测冲突）信道利用率为37%
2.纯aloha（无时间上同步，冲突概率增加）信道利用率17.5%
3.载波侦听多路访问CSMA（传输前先侦听信道，传播延迟造成的通途）
4.CAMA/CD:加入冲突检测；先听+边说边听；指数退避 -
无线局域网中的MAC
CSMA/CA（802.11）:无线状态下无法进行冲突检测；帧确认 -
轮流MAC协议
令牌传递
LAN
ARP:ip对应MAC地址的转换（一方广播包含对方IP的查询包，收到包的回复自己的MAC地址）
Ip是分层的而MAC是平面的
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以太网
帧结构:前导码（同步时钟）、地址、类型（支出高层协议的类型）、CRC
无连接，不可靠的服务
使用CSMA/CD
4b5b编码：使用5个比特代替4个比特
802.11 WLAN：使用CDMA/CA
主机必须在通信前与主机建立联系，主动扫描（主机发送探测，接受AP的响应）和被动扫描。之后进行认证并执行DHCP。
HUB集线器在逻辑上仍然是总线型，从一个端口向所有端口转发
交换机：根据目标MAC地址进行选择性的转发；当帧需要向某个网段进行转发，需要CSMA/CD接入控制
- 多路同时传输
- 自学习:通过学习得到哪些主机（mac地址）可以通过哪些端口到达
VLANS：一个物理LAN基础设施，虚拟成多个LANs。
基于端口的VLAN:交换机端口承租，将单个的交换机分成若干虚拟LANs;流量隔离，动态成员。
第八章 网络安全
机密性，认证（身份确认），报文完整性，访问控制和服务的可用性
对称密钥，公开密钥密码学（公钥机密，私钥解密）
公开密钥密码学：发送发与接受发无需共享密钥，一个实体将公钥（证书形式）公开
认证
重放攻击:中间人即记录双方分组，事后重放
认证：A向B发送一个只用一次的整数nonce，B返回整数加密后的值（事先约定好key）【对称式密钥】
ap5.0：使用nonce，公开密钥加密技术
报文完整性
数字签名：签署者对报文使用私钥签署（长报文则计算散列获得固定长度的保温摘要，加密报文摘要）；
他人使用公钥进行验证。
密钥分发与整数
对称式密钥--KDC作为可信中介
KDC：服务器和注册用户分享一个对称式的密钥
公共密钥--可信赖的认证权威（CA）
CA：将每个注册实体与其公钥捆绑
各个层次的安全性
安全电子邮件--PGP
SSL（安全套接字层）—— 为使用SLL服务的基于TCP的应用提供传输层次的安全性
网络层次的安全性
- 认证头部(AH)协议:提供源端的可认证性和数据完整性
- 封装安全在和（ESP）协议：提供机密性，主机的可认证性和数据的完整性
防火墙
允许某些分组进出而阻塞某些分组（根据协议、源IP、目标IP等）
