计算机网络之网络层概念整理（上）

Ping背后协议的原理

Ping是一个网络工具，用于测试网络连接质量和设备可达性。它背后的协议是互联网控制消息协议（Internet Control Message Protocol，简称ICMP）。Ping通过发送ICMP回显请求消息给目标主机，并等待接收ICMP回显回复消息来工作。这个过程帮助用户判断目标主机是否可达，并测量往返时间（RTT）以评估网络延迟。

ICMP的工作原理

• 回显请求和回显回复：Ping程序发送一个ICMP回显请求消息给目标主机。当目标主机收到这个请求时，它会回送一个ICMP回显回复消息。这个请求-回复过程帮助确定目标主机是否在线并响应。

• 测量时间：Ping计算发送ICMP请求和接收到回复之间的时间差，即往返时间（RTT）。这个时间被用来估算数据包到达目标主机所需的时间。

• 诊断网络问题：通过重复发送一系列的ICMP请求，并接收回复，Ping可以帮助诊断网络连接的质量，包括网络延迟、包丢失率等。

ICMP消息类型

ICMP定义了多种消息类型，其中与Ping直接相关的是：

• 类型0：回显回复（Echo Reply）
• 类型8：回显请求（Echo Request）

当使用Ping命令时，设备发送类型为8的ICMP回显请求消息到目标地址。如果目标设备在线并能够响应，它会回送类型为0的ICMP回显回复消息。

使用Ping的目的

• 网络可达性测试：确认一台主机在网络上是否可达。
• 网络性能测量：测量数据包往返目标主机所需的时间（延迟）。
• 路径跟踪：结合其他工具（如traceroute），可以显示数据包通过的路由路径。

以太网适配器VMnet

有过linux相关操作经验的读者肯定对这个术语不陌生，在虚拟机网络配置的时候，需要修改本机的VMnet，而且通常是VMnet8，那么它到底是什么呢？

VMnet 是 VMware 虚拟网络适配器的标识，它在 VMware 虚拟化软件中用来表示虚拟机的网络接口。这些虚拟网络适配器允许虚拟机与主机计算机的物理网络进行通信，以及不同虚拟机之间的相互通信。VMware 提供了几种不同类型的虚拟网络，通常用 VMnet 加数字来表示，例如 VMnet1、VMnet8 等。（说白了就是实现虚拟机通信的网络接口）

VMnet 类型

• VMnet0：通常用于桥接模式，直接连接到物理网络，使虚拟机表现得就像连接到该网络的物理机一样。
• VMnet1：通常用于主机模式，它创建一个网络，只有主机（物理机器）和虚拟机之间可以通信，而不与外部网络通信。
• VMnet8：通常用于NAT（网络地址转换）模式，虚拟机通过主机机器上的NAT服务连接到外部网络。这种模式允许虚拟机共享主机的IP地址来访问外部网络。

配置 VMnet8

在配置 Linux 虚拟化环境时选择VMnet8，意味着虚拟机将通过 NAT 模式连接到网络。在这种模式下：

• 虚拟机使用一个私有IP（如 192.168.179.1），这个IP是在VMware虚拟网络内部分配的。
• 虚拟机通过主机的物理网络接口访问外部网络，但使用的是主机的IP地址。
• 这种设置有助于简化网络配置，并在虚拟机和外部网络之间提供一定程度的隔离，因为虚拟机不会直接暴露在外部网络上。

选择 VMnet8 或任何其他类型的 VMnet 取决于希望虚拟机如何连接到网络。例如，如果希望虚拟机像主机上的一个独立设备一样直接访问网络，则应选择桥接模式（VMnet0）。如果想要虚拟机在受限制的环境中运行，与主机共享网络连接但不直接暴露在外部网络上，则NAT模式（VMnet8）是一个好选择。

RIP距离向量算法

距离向量算法是一种用于计算网络中最佳路由路径的算法，Routing Information Protocol (RIP) 是该算法的一个著名实现。距离向量算法基于简单的原则：每个路由器维护一张路由表，记录到达网络中每个目的地的最短距离（通常是跳数）和下一跳路由器。该算法的核心在于通过路由器之间的定期信息交换，逐步更新和维护这些路由表。

工作原理

1. 初始状态：每个路由器开始时只知道直接连接的邻居路由器和到达这些邻居的成本（通常情况下，每个跳数的成本为1）。

2. 路由信息分享：每个路由器定期（通常每30秒）向其所有邻居发送其路由表的副本。这个过程可以通过广播或多播来完成。

3. 路由表更新：当一个路由器收到邻居的路由表时，它会使用一个简单的算法更新自己的路由表。对于收到的每个目的地，如果该路由器通过这个邻居到达目的地的总成本（即邻居到目的地的成本加上到该邻居的成本）比现有路由成本更低，或者目的地在路由器的路由表中尚未存在，它就会更新其路由表以反映这条更优或新的路径。

4. 无穷计数和路由环路问题：RIP使用了一种称为“计数到无穷”的机制来处理路由环路问题，即将16作为不可达的标记。这是因为RIP规定最大跳数为15跳，超过这个跳数的路径被认为是不可达的，以此来限制环路问题的影响范围。

5. 触发更新：除了定期更新，如果路由器的路由表发生变化（例如，发现了一条更短的路径），它会立即发送触发更新消息给邻居，这样可以更快地传播重要的路由变化信息。

RIP特性

• 简单性：RIP的设计非常简单，易于实现和管理。
• 跳数限制：RIP路由的最大跳数限制为15，这限制了RIP在大型网络中的使用。
• 慢收敛：由于定期更新的机制，RIP可能需要较长的时间来适应网络结构的变化，特别是在网络故障情况下。
• 跳数计数算法：RIP使用跳数作为度量标准，而不考虑带宽、延迟或其他可能影响路径选择的因素。

尽管RIP因其简单性和在小到中型网络中的有效性而受到欢迎，但由于其慢收敛性、跳数限制和缺乏对路径质量细粒度控制的能力，它在现代网络中被更高级的协议（如OSPF和IS-IS）所取代。

作者的想法

如果把当前某个路由器到某一网络的最小距离视为最优解，那么根据邻居路由器更新最小距离，不就是将一个子问题的最优解（暂时）解决了之后再更新到现有的最优解吗？这不是一种动态规划的思路吗？

解释如下：

动态规划是一种算法策略，它用于解决具有重叠子问题和最优子结构特性的复杂问题。它通过将问题分解为较小的子问题，并存储这些子问题的解（通常在一个表格中），来避免重复计算，从而实现高效率。动态规划确保了每个子问题只解决一次，并通过组合这些子问题的解来解决整个问题。

在距离向量算法中，每个路由器通过接收来自邻居的信息来更新自己到网络中各个目的地的最佳距离。这里的“最佳距离”可以看作是到达某个特定目的地的最优解。每次从邻居接收到新的信息时，路由器就会重新计算到各个目的地的最佳距离，如果找到了更短的路径，就会更新自己的路由表。这个过程反复进行，直到网络中的所有路由器都达到了一个稳定状态，即不再有更优的路径可以被发现。

这个过程确实与动态规划中解决重叠子问题和最优子结构的思想相似。在距离向量算法中，每个路由器的更新可以看作是利用已知的子问题的解（即通过邻居路由器已知的最短距离）来更新当前问题的解（即更新到达特定目的地的最短距离）。这种方式确实是动态地在更新和优化路由选择，以达到全局的最优路由状态。

然而，尽管距离向量算法的这种更新过程与动态规划有相似之处，但通常不直接将其归类为动态规划算法。动态规划特别强调的是对重叠子问题的解进行存储和复用，以避免重复计算，而距离向量算法的焦点更多在于通过分布式的、迭代的方式来达到路由信息的共享和更新。