2021-09-04 14:16 已编辑四川轻化工大学 Java

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全国计算机三级网络工程技术复习笔记2

三级网络技术.docx

第三章 IP地址规划设计技术

IP地址概念与划分地址新技术的研究历程分为四个阶段

基础知识

标准分类的IP地址

IPv4的地址长度为32位，用点分十进制表示，分成四份，每一份为8bit，每一份之间用点号(.)隔开。32位每一位取值的可能性为0或1。
每一份取值范围用十进制表示为多少？？

每一份取值范围为0~255
比如：202.113.29.119 是IPv4地址
比如：256.113.29.119 不是IPv4地址

标准5类IP地址

IP地址分类，最初的目的是希望每个IP
地址都能唯一地、确定地识别一个网络和一台主机
所以标准的最初的IP地址是两层结构：网络号(net)+主机号(host)

A类地址：第一块和最后一块留作特殊用途(1.0.0.0和127.255.255.255)以及网络号为10的留作特殊用途,所以只有125(net)可以用；
B和C类地址：主机号全为0和全为1留作特殊用途，所以B类IP地址有(2^16 )-2个可用主机号(host),C类IP地址有(2^8)-2个可用主机号(host)。

特殊地址形式

直接广播地址
- 在ABC三类IP地址中，主机号全为1的IP地址为直接播放地址。
- 作用：主机以广播方式发送一个分组给特定网络(201.161.20.0) 上的所有主机，需要使用直接广播地址(201.161.20.255).
受限广播地址
- 受限广播地址为：255.255.255.255
- 作用：将一个分组以广播方式发送给本网络中的所有主机，并且路由器阻挡该分组通过，分组只能广播本网络内部，不可以广播本网络以外的网络主机。
“这个网络上的特定主机”地址
- 当一个主机或一个路由器向本网络的某个特定的主机发送一个分组，那么它需要使用“这个网络上的特定主机”地址网络号全为0，主机号为接受主机对应的主机号。比如某主机要向本网络的主机(201.161.20.18)发送一个分组，只有这个主机接受这个分组，那“这个网络上的特定主机”地址为(0.0.0.18).
回送地址(loopback address)
- A类的IP地址127.0.0.0为回送地址，它是一个保留地址作用：用于网络软件测试和本地进程间通信。

划分子网

提出子网概念的基本思想：允许将网络划分成多个部分供内部使用，但是对于外部网络仍然像一个网络。

划分子网技术的要点：
① 三层结构的IP地址：net ID(网络号)-----sbunet ID(子网号)----- host ID(主机号);
② 同一个子网中所有主机必须使用相同的子网号subnet ID；
③ 子网的概念可以应用于A类、B类、C类中任意一类的IP地址中；
④ 子网之间的距离必须很近；
⑤ 分配子网是一个组织和单位内部的事，它既不要向ICANN申请，也不需要改变任何外部的数据库；
⑥ 在Internet的文献中，一个子网也称为一个IP网络或一个网络。

如何划分子网?

1	0	网络号(14位)	主机号(16位)

我想要将一个B类的网络分出64个子网出来，怎么分？
因为64=2^6,所以我只需要从主机位中借6位出来

1	0	网络号(14位)	主机号(16位)

1	0	网络号(14位)	子网号	主机号(10位)

处理标准的IP地址，只需要判断IP地址的前两位值，如果为10则是B 类，如果为11则为C类，如果为00或01开头则为A类。
处理划分子网的IP地址，则需要用到子网掩码(子网屏蔽码)子网掩码的表示方法：如下图

子网掩码两种表示方式：

四等份点分十进制(网络号+子网号全为1)
/+(网络号+子网号的长度)

所以处理划分子网的IP地址，先通过前两位判断三类地址的哪一类，再根据子网掩码判断子网的位数。

无类域间路由技术

CIDR使用<网络前缀>,<主机号>代替标准分类的IP地址的网络号+主机号，不再使用子网的概念。三级结构IP地址重新回到二级结构，但是不采用二级结构的分类方法。因此成为无分类的二级地址结构。
CIDR地址表示方法(倾斜记法)，比如200.16.23.0/20，其20为网络前缀，后12位为主机号

IP地址规划方法

地址规划的基本方法

选择subnet ID字段的长度值X，要求Nnet≤2x

比如：子网数量要求开10个，10≤24，只有4个长度的子网才能满足要求。

选择host ID字段的长度值Y，要求Nhost≤2Y

例如：子网主机数量要求12个，12≤ 24 ，所以主机号长度为4才能满足要求。

根据子网和主机长度可以确定申请哪一类IP地址

X+Y≤8可以申请C类IP地址
X+Y>8可以申请两个C类地址或者一个B类地址

计算机子网掩码

没有划分子网的地址中网络号全置1，主机号全置0；
比如200.168.1.5 其子网掩码为255.255.255.0；
划分子网的地址中其网络号和子网号全置1，主机号全置0；
比如192.168.1.0/28，其子网掩码为255.255.255.240

计算网络地址

比如一个网络号：192.168.1.0，子网号4个长度，主机号4个长度
192.16.1.00000000
4位子网号有24种子网网络号(主机号全置0)，如下表

192.168.1.0	192.168.1.64	192.168.1.128	192.168.1.192
192.168.1.16	192.168.1.80	192.168.1.144	192.168.1.208
192.168.1.32	192.168.1.96	192.168.1.160	192.168.1.224
192.168.1.48	192.168.1.112	192.168.1.176	192.168.1.240

计算网络广播地址

子网的网络号中，主机号位全置1

计算机网络的主机地址

主机号除去全0和全1的ip地址

子网地址规划方法

子网划分实例：
用户需求：
①一个校园网获得一个B类IP地址(156.26.0.0),要进行子网划分
②该校园网将由近210个网络组成
③为了便于管理，要求根据目前情况进行子网划分
分析划分步骤：
①确定子网长度，210≤2x，那这个x最小值应该等于多少？
②子网掩码应该为255.255.255.0
③由于子网号和主机号位段全0和1都不能用，所以每一个子网的主机号由0-255(256个)变成1-254(254个)
所以子网划分方案：
子网1:156.26.0.1~156.26.0.254 子网2:156.26.1.1~156.26.1.254
……
子网255:156.26.254.1~156.26.254.254 子网256:156.26.255.1~156.26.255.254

可变长度子网掩码(VLSM)地址规划方法

用户需求：
①某个公司申请了一个C类202.60.31.0的地址
②该公司有三个部门要为员工主机分配IP地址，销售部门100名员工，财务部门
50员工，设计部门50名员工
③要求网络管理员为这三个部门分别组建子网
分析和划分步骤：
①子网划分子网数量按照前面方法肯定是偶数，x为子网长度，子网数2x肯定是偶数。
②按照可变长度子网掩码划分子网，100≤27,所以先划分两个子网，子网号1长度，主机长度7。
子网1：202.60.31.00000000 202.60.31.1~202.60.31.126(126个主机)
子网掩码：255.255.255.128
子网2：202.60.31.10000000
将子网2再划分为两个更小的子网
子网2-1：202.60.31.10000000 202.60.31.129~202.60.31.190(62个主机)
子网2-2：202.60.31.11000000 202.60.31.193~202.60.31.254(62个主机)
子网掩码：255.255.255.192

CIDR地址规划方法用户需求：

一个校园管理中心获得了200.24.16.0/20的地址块，希望将这个网络分成8个等长的地址块。
分析和划分步骤
①200.24.16.0/20 该IP地址无类域间路由地址，网络前缀20位，主机12位，这个地址块：200.24.00010000.0~ 200.24.00011111.255。
②将这个大地址块均等分成8小份，23=8，只需要向主机号中前3 位不作为主机号，作为网络前缀，就可以均等分成8个小地址块。网络前缀变为23位。
200.24.00010000.00000000~ 200.24.00010001.11111111 计算机系地址
200.24.00010010.00000000~ 200.24.00010011.11111111 自动化系地址
200.24.00010100.00000000~ 200.24.00010101.11111111 电子系地址
200.24.00011000.00000000~ 200.24.00011001.11111111 物理系地址
200.24.00010110.00000000~ 200.24.00010111.11111111 生物系地址
200.24.00011010.00000000~ 200.24.00011011.11111111 中文系地址
200.24.00011100.00000000~ 200.24.00011101.11111111 化学系地址
200.24.00011110.00000000~ 200.24.00011111.11111111 数学系地址

内部网络的专用IP地址规划与网络地址转换NAT方法

内部网络的专用IP地址

专用IP地址有哪些？
A类地址专用IP地址块：10.0.0.0~10.255.255.255
B类地址专用IP地址块：172.16.0.0~172.31.255.255
C类地址专用IP地址块：192.168.0.0~192.168.255.255

网络地址转换NAT的基本原理

IPv6地址规划基本方法

IPv6地址表示方法

IPv6地址是将128位按每16位划分一位段，每一位段转换为一个4位的十六进制数，并用:号隔开，称为冒号十六进制表示法。
比如：21DA:0000:0000:0000:02AA:000F:FE08:9C5A
可以简化：
- ①每一位段前导0可以省略，比如02AA和000F可以写成2AA和F，但是中间和末尾0不可以省略，比如FE08不可以省略；
- ②每一个位段必须保留一个数字比如0000，可以写成0，不可以全部省略；根据上面两步可以写成21DA:0:0:0:2AA:F:FE08:9C5A
- ③几个连续位段都是0，可以将这些连续位段0写成:: 所以还可以写成21DA::2AA:F:FE08:9C5A
- ④IPv6不存在子网掩码，只有IPv4存在，所以如果这样书写21DA::2AA:F:FE08:9C5A/24就是错误的。

课后真题（4）

1、下列IPv6地址FE80:0:0:0801:FE:0:0:04A1的简化错误的是(A )

A. FE8::801:FE:0:0:04A1
B. FE80::801:FE:0:0:04A1
C. FE80:0:0:801:FE::04A1
D. FE80:0:0:801:FE::4A1

2、下列对IPv6地址FF60:0:0:601:BC:0:0:05D7简化表示中，错误的是( B )

A. FF60:0:0:601:BC:0:0:5D7
B. FF6::601:BC::05D7
C. FF60:0:0:601:BC::05D7
D. FF60:0:0:601:BC::5D7

3、下列对IPv6地址表示中，错误的是( B )

A. ::601:BC:0:05D7
B. 21DA:0:0:0:0:2A:F:FE08:3
C. 21BC::0:0:1/48
D. EF60::2A90:FE:0:4CA2:9C5A

4、将内部专用IP地址转换为外部公用IP地址的技术是(B )

A. RAPR
B. NAT
C. DHCP
D. ARP

5、下图是网络地址转换NAT的一个示例，图中①和②是地址转换之后与转换之前的一对地址（含端口号），它们依次应为(B )。

A) 10.0.1.1,1234和59.67.0.6,2341
B) 59.67.0.6,2341和10.0.1.1,1234
C) 10.0.1.1,1234和202.2.1.1,8080
D) 202.2.1.1,8080和10.0.1.1,1234

6、下图是网络地址转换NAT的一个示例,图中①和②是地址转换的一对地址，①应为( D )。

A)10.0.1.1,3342
B)58.4.2.1,80
C)202.112.15.1,3342
D)202.112.15.1,1524

7、某个IP地址的子网掩码为255.255.255.192,该掩码又可以写为( C )

A. /22
B. /24
C./26
D./28

8、IP地址192.168.15.136/29子网掩码可写为( D )

A. 255.255.255.192
B. 255.255.255.224
C.255.255.255.240
D.255.255.255.248

9、若某大学分配给计算机系的IP地址块为202.113.16.128/26，分配给自动化系的IP地址块为202.113.16.192/26，那么这两个地址块经过聚合后的地址为(C)。
计算机系:202.113.16.10000000
自动化系:202.113.16.11000000
划分之前:202.113.16.10000000 202.113.16.128/25

A. 202.113.16.0/24
B. 202.113.16.0/25
C.202.113.16.128/25
D.202.113.16.128/24

10、某企业分配给产品部的IP地址块为192.168.31.192/26,分配给市场部的IP地址块为192.168.31.160/27，分配给财务部的IP地址块是192.168.31.128/27，那么这三个地址经过聚合后的地址为(C )。

产品部:192.168.31.11000000	子网1:192.168.31.11000000
市场部:192.168.31.10100000	子网2:192.168.31.10000000
财务部:192.168.31.10000000	划分之前：192.168.31.100000000

A. 192.168.31.0/25
B. 192.168.31.0/26
C.192.168.31.128/25
D.192.168.31.128/26

11、某公司拥有IP地址块202.113.77.0/24其中202.111.77.16/28和202.113.77.32 /28已经分配给人事部和财务部，现在技术部需要100个IP地址，可分配的IP地址块是( D )

划分前:202.113.77.0	人事部:202.113.77.00010000
财务部:202.113.77.00100000	202.113.77.10000000
202.113.77.00000000	这两个子网都满足

A. 202.113.77.0/25
B. 202.113.77.48/25
C. 202.113.77.64/25
D. 202.113.77.128/25

12、以下IP地址中，不属于专用IP地址的是( B)

A. 10.1.8.1
B. 172.12.8.1
C.172.30.8.1
D.192.168.8.1

第四章路由器设计基础

基础知识

分组转发的基本概念：
路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效的传送到目的站点。
分组转发可以分：
- 直接转发(直接到目的站点)
- 间接转发(通过路由器的中转简洁的到达目的站点)

路由器的基本概念

① 跳数：即一个分组从源主机到目的主机所要经过的路由器的个数，显而易见，经过的路由器的个数越少，即跳数越小，这个路径越好(选择最优路径的一种依据)。
② 带宽：是指一条链路的传输速率，一般表示为Mb/s
③ 延时：延时即为一个分组从其源主机到目的主机所要经历的时间。当然，时间越短，即延时越小，也说明这个路径越好。
④ 负载：负载指的是单位时间内通过路由器或是线路的通信量。
⑤ 可靠性：可靠性的衡量标准即为分组传输过程中的误码率，误码率是数据传输精确性的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%，当然误码率越小，说明 其可靠性越高
⑥ 开销：一般是指传输过程中的耗费，耗费通常与所使用的链路带宽有关

评价路由器的依据

① 算法必须是正确、稳定和公平的
② 算法应该尽量简单
③ 算法必须能够适应网络拓扑和通信量的变化
④ 算法应该是最佳的

路由表的分类
- 静态路由表
  由系统管理员事先设置好固定的路由表，管理员将每一个目的地址的路径都输入到这个路由表中，网络结构发生变化时，路由表无法自动更新，路由表的更新工作必须由管理员手工修改。因此静态路由表一般只用在小型的结构不会经常改变的局域网系统中，或者故障查找的实验网络中。
- 动态路由表
  大型互联网络通常采用动态路由表。在网络系统运行时，系统将自动运行动态路由选择协议，建立路由表。当Internet 结构变化时，例如当某个路由器出现故障或某条链路中断时动态路由选择协议就会自动更新所有路由器中的路由表。不同规模的网络需要选择不同的动态路由选择协议。

IP路由选择与路由汇聚的基本概念

IP路由选择需要路由表，怎么建立路由表？
遵循两个原则：

最长前缀匹配
无类域间路由法规定IP地址为<网络前缀>,<主机号>，那同一子网中网络前缀越多，主机号越少，寻找目的主机越容易。
路由表条目尽可能少

路由器RG的路由表

				156.26.00000000.0
核心路由器S0端口	156.26.00000001.0		合并成   	  156.26.0.0/22
接入层的子网汇聚	156.26.00000010.0
				156.26.00000011.0

				156.26.00111000.0
核心路由器S1端口	156.26.00111001.0   	合并成		  156.26.56.0/22
接入层的子网汇聚	156.26.00111010.0
				156.26.00111011.0

路由器RG的路由表

汇聚之后路由器RG的路由表

有了路由表之后，如果RG接受到目的地址156.26.2.37的分组，路由器就需要寻找一条最佳的匹配路由。它将分组的目的地址与路由表中路由进行比较，网络前缀相同，并且网络前缀长度较长的作为最佳路由

  156.26. 00111111. 11110000 路由
  156.26. 00111111. 11110100 路由
  156.26. 00111111. 00000000 路由
  156.26. 00111111. 00010000 路由
  156.26. 00000000. 00000000 路由	√
  156.26. 00111000. 00000000 路由
  156.26. 00000010. 00100101 目的IP地址

自治系统与Internet的路由选择协议

自治系统的基本概念：
- Internet采用分层的路由选择协议，并将整个Internet划分为许多较小的自治系统(AS)。
- 一个自治系统内的所有网络都属于一个单位，例如一所大学、一个公司、政府的一个部门等。

一个自治系统最重要的的特点是什么呢？
有权决定本系统内应该采用何种路由选择协议。

自治系统内部的路由选择协议为:域内路由选择协议(内部网关协议IGP)
- 路由信息协议RIP
- 开放最短路径优先协议OSPF
自治系统外部的路由选择协议为:域间路由选择协议(外部网关协议EGP)
- 边界网关协议BGP

内部网关协议IGP

路由信息协议(RIP)

路由信息协议RIP，要求路由器周期性地向外发送路由刷新报文，路由刷新报文主要内容是由若干(V,D)组成的表。(V,D)表中的V代表”矢量”(即方向)，标识该路由器可达到的目的网络或目的主机;D 代表距离(即跳数)，其他路由器在收到某路由器的(V,D)报文后，据此按照最短路径原则对各自的路由表进行刷新。
路由信息协议RIP工作过程是怎样的？
①报文中路由器2到达目的网络距离加1比路由器1到达目的网络要大，不必刷新修改,否则要修改，路由相应改为路由器2。
②报文中路由器2到达目的网络，路由器1的路由表没有，路由器1需要刷新增加。
③报文中没有的目的网络路由器1的路由表保留不变。

路由器2发送的(V,D报文)

目的网络	距离	路由
10.0.0.0	0	直接
20.0.0.0	8	Router2
30.0.0.0	3	Router2
120.0.0.0	11	Router4
125.0.0.0	4	Router5
212.0.0.0	10	Router6
220.0.0.0	9	Router6

路由器1起始路由表

目的网络	距离
10.0.0.0	3
20.0.0.0	4
30.0.0.0	2
40.0.0.0	7
120.0.0.0	5

路由器1更新的路由表

目的网络	距离	路由
10.0.0.0	0	直接
20.0.0.0	5	Router2
30.0.0.0	3	Router2
40.0.0.0	8	Router2
120.0.0.0	6	Router2
125.0.0.0	4	Router5
212.0.0.0	10	Router6
220.0.0.0	9	Router6

开放路径最短优先协议OSPF

概念理解：

“开放”表明OSPF协议是所有路由器厂商都支持的协议。
“最短路径优先”就是最短路径算法SPF。

和RIP比较，OSPF的主要特点：

① OSPF是使用分布式链路状态 (RIP距离向量路由协议) 协议；
②链路状态度量主要是指费用、距离、延时、带宽等；
- ③链路状态发生变化时用洪泛法向所有路由器发送此信息 (RIP仅向自己相邻的几个路由器交换路由信息)。
④执行OSPF协议的路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库，这个数据库实际上全网的拓扑结构图。而RIP的每个路由器虽然都知道所有的网络的距离以及下一跳路由器，但是不知道全网的拓扑结构。

为了适应规模更大的网络，并使更新过程更快，OSPF协议将一个自治系统分成若干个更小的范围，叫做区域。每个区域有一个32位的区域标识符，路由器数不超过200个。

每一个自治系统都有一个主干区域，该区域的路由器称为主干路由器，所有区域都必须链接到主干区域。从自治系统当中的任何区域出发，经过骨干区域，总是有可能到达该自治系统的任何一个地方。主干区域的内部拓扑结构对外不可见。

每个连接到两个或多个区域的路由器为区域边界路由器
内部路由器
自治系统边界路由器

划分区域的好处是什么？
将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限在每一个区域内而不是整个自治系统。因此此每一个区域内部的路由器只知道该区域内的完整拓扑结构而不知道其他区域的网络拓扑结构。

外部网关协议

边界网关协议BGP

边界网关协议是使用在自治系统之间的一种路由选择协议，由于Internet 的规模太大，使得域间路由选择起来非常困难。

① 只考虑最短距离找出路由，需要好的算法，费用和安全性不太理想。
② 只用一般的路由选择算法，那么每个路由器必须维持一个很大的路由状态数据库，计算出最短路由将花费很长时间。同时一条路由经过几个不同自治系统，他们内部路由选择协议不同，这种选择路由方式是没有任何意义的。

那么自治系统的域间路由选择协议标准是什么呢？

- 应当允许使用多种路由选择策略，要考虑安全和经济方面因素。
- 找出较好的路由，而不是最佳路由。
- 那我们来了解域间路由选择的一种协议BGP-4

BGP-4采用了路由向量( path vector )路由协议。在配置BGP时,每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器(一般是BGP边界路由器)作为该自治系统的“BGP发言人”。一个BGP发言人与其他自治系统中的BGP发言人要交换路由信息, 就要先建立TCP连接,然后在此连接上交换BGP报文以建立BGP会话。利用BGP会话交换路由信息,如增加了新的路由,或撤销过时的路由,以及报告出差错的情况等。

BGP路由选择协议的工作过程

BGP边界路由器初始化过程在BGP刚刚运行时,BGP边界路由器与相邻的边界路器交换整个的BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分,而不像RIP或OSPF那样周期性地进行更新,这样做节省网络带宽和减少路由器的处理开销。

BGP路由选择协议的四种分组

打开(open)分组
打开分组用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系。
更新( update )分组
更新分组用来发送某一路由的信息,以及列出要撤销的多条路由。
保活( keepalive )分组
保活分组用来确认打开报文,以及周期性地证实相邻边界路由器的存在
通知( notification )分组
通知分组用来发送检测到的差错

当两个边界路由器属于两个不同的自治系统,而其中一个边界路由器希望和另一个边界路由器定期地交换路由信息时,就应该有一个协商的过程。因此,一开始向相邻边界路由器进行协商时就要发送“打开分组”。如果相邻边界路由器接受,就响应一个“保活分组”。这样,两个BGP发言人的相邻关系就建立了。一旦相邻关系建立了,就要设法维持这种关系。双方中的每方都需要确信对方是存在的,且一直保持这种相邻关系。为此,这两个BGP发言人彼此要周期性地(一般是每隔30秒)交换“保活分组”。 “更新分组”是BGP协议的核心。BGP发言人可用“更新分组”撤销它以前曾经通知过的路由,也可以宣布增加新的路由。撤销路由可以一次撤销许多条,而增加新路由时,每个更新报文只能增加一条。当使用某个路由器或链路出现故障时，可以使用通知分组。