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计算机网络 2024 11 10

article 2024/10/26 13:32:46

计算机网络 - 知乎
计算机网络（四）—— 网络层（1、2）：网络层概述、网络层提供的两种服务_以下属于网络层范畴的是a透明传输比特流b媒体接入控制c ip地址d-CSDN博客

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计算机网络（四）—— 网络层（3）：IPv4地址_51CTO博客_ipv4网络层协议

    1. 网络层概述
        1.1 课后练习
    2. 网络层提供的两种服务
        2.1 面向连接的虚电路服务
        2.2 无连接的数据报服务
        2.3 虚电路服务与数据报服务的比较
        2.4 课后练习

1. 网络层概述

■ 网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输。
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■ 要实现网络层任务，需要解决以下主要问题：
⋄ \diamond ⋄ 网络层向运输层提供怎样的服务（“可靠传输”还是“不可靠传输”)
数据包在传输过程中可能会出现误码，也有可能由于路由器繁忙而被路由器丢弃，还有可能出现按序发送的数据包不能按序到达接收方。如果网络层对于上述传输错误不采取任何措施，则提供的是不可靠传输服务；如果网络层对于上述传输错误采取措施并使得接收方能正确接收发送方所发送的数据包，则提供的是可靠传输服务。不同网络体系结构所提供的服务可能是不同的，例如因特网使用的TCP/IP协议体系的网际层提供的是无连接的不可靠的数据报服务，而ATM、帧中继和X.25的网络层提供的都是面向连接的、可靠的虚电路服务。
⋄ \diamond ⋄ 网络层寻址问题
⋄ \diamond ⋄ 路由选择问题

■ 因特网(lnternet)是目前全世界用户数量最多的互联网，它使用TCP/IP协议栈。
■ 由于TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议IP，它是整个协议栈的核心协议，因此在TCP/IP协议栈中网络层常称为网际层。

■ 与IP协议配套使用的还有三个协议：
⋄ \diamond ⋄ 地址解析协议ARP (Address Resolution Protocol)
⋄ \diamond ⋄ 网际控制报文协议ICMP (Internet Control Message Protocol)
⋄ \diamond ⋄ 网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)
下图为三个协议和网际协议IP的关系。

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1.1 课后练习

1. 以下属于网络层范畴的是( C ）
A. 透明传输比特流 B. 媒体接入控制 C. IP地址 D. 实现进程之间的通信
分析：透明传输比特流属于物理层范畴；媒体接入控制属于数据链路层范畴；实现进程之间的通信属于运输层范畴。

2. 在因特网使用的TCP/IP协议栈中，核心协议是( B )
A. TCP B. IP C. ARP D. HTTP
分析：在因特网使用的TCP/IP协议栈中，核心协议是IP。
2. 网络层提供的两种服务
2.1 面向连接的虚电路服务

■ 虚电路服务的核心思想是可靠通信由网络来保证。
■ 当两台计算机进行通信时，必须建立网络层的连接——虚电路VC(Virtual Circuit），以保证通信双方所需的一切网络资源。
■ 然后通信双方沿着已建立的虚电路发送分组。
■ 目的主机的地址仅在连接建立阶段使用，之后每个分组的首部只需携带一条虚电路的编号(构成虚电路的每一段链路都有一个虚电路编号)。
■ 这种通信方式如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组最终正确到达接收方(无差错按序到达、不丢失、不重复)。
■ 通信结束后，需要释放之前所建立的虚电路。
■ 很多广域分组交换网都使用面向连接的虚电路服务。例如，曾经的X.25和逐渐过时的帧中继FR、异步传输模式ATM等。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
2.2 无连接的数据报服务

■ 数据报服务的核心思想是可靠通信应当由用户主机来保证。
■ 当两台计算机进行通信时，不需要建立网络层连接。
■ 每个分组可走不同的路径。
■ 每个分组的首部必须携带目的主机的完整地址。
■ 这种通信方式所传送的分组可能误码、丢失、重复和失序。
■ 由于网络本身不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉(与电信网的交换机相比较)。
■ 因特网采用了这种设计思想，也就是将复杂的网络处理功能置于因特网的边缘(用户主机和其内部的运输层)，而将相对简单的尽最大努力的分组交付功能置于因特网核心。

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2.3 虚电路服务与数据报服务的比较

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TCP/IP体系结构的因特网的网际层提供的是简单灵活、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
2.4 课后练习

1. TCP/IP参考模型的网络层提供的是( A )
A. 无连接不可靠的数据报服务 B. 无连接可靠的数据报服务 C. 有连接不可靠的虚电路服务 D. 有连接可靠的虚电路服务
分析： TCP/IP参考模型的网络层提供的是无连接不可靠的数据报服务。
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版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

原文链接：https://blog.csdn.net/HUAI_BI_TONG/article/details/118567916

    3. IPv4地址
        3.1 IPv4地址概述
            3.1.1 课后练习
        3.2 分类编址的IPv4地址
            3.2.1 课后练习
        3.3 划分子网的IPv4地址
            3.3.1 课后练习
        3.4 无分类编址的IPv4地址
            3.4.1 课后练习
        3.5 IPv4地址的应用规划
            3.5.1 定长的子网掩码FLSM
            3.5.2 变长的子网掩码VLSM
            3.5.3 总结
            3.5.4 课后练习

3. IPv4地址
3.1 IPv4地址概述

■ 在TCP/IP体系中，IP地址是一个最基本的概念，我们必须把它弄清楚。
■ IPv4地址就是给因特网(Internet)上的每一台主机(或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符。
■ IP地址由因特网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。
⋄ \diamond ⋄ 我国用户可向亚太网络信息中心APNIC(Asia Pacitic Network information Center)申请IP地址，需要缴费。
⋄ \diamond ⋄ 2011年2月3日，互联网号码分配管理局IANA(由ICANN行使职能）宣布，IPv4地址已经分配完毕。
⋄ \diamond ⋄ 我国在2014至2015年也逐步停止了向新用户和应用分配IPv4地址。同时全面开展商用部署IPv6。
■ lPv4地址的编址方法经历了如下三个历史阶段：

在这里插入图片描述
■ 32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等，因此IPv4地址采用点分十进制表示方法以方便用户使用。
例：
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练习：

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8位无符号二进制整数转十进制：

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十进制整数转8位无符号二进制数：除2取余法、凑值法。
3.1.1 课后练习

1. 构成IPv4地址的比特数量和构成以太网MAC地址的比特数量分别是( B )
A. 16，24 B. 32，48 C. 64，96 D. 128，192
分析：构成IPv4地址的比特数量为32，构成以太网MAC地址的比特数量为48。

2. IPv4编址方法的三个历史阶段不包含( C )
A. 分类编址 B. 划分子网 C. 路由选择 D. 无分类编址
分析： IPv4编址方法的三个历史阶段为分类编址、划分子网、无分类编址。

3. 某个IPv4地址的二进制形式为11000000111111100000111111110000，则点分十进制形式为( A )
A. 192.254.15.240 B. 240.15.254.192 C. 96.128.51.120 D. 120.51.128.96
分析：
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3.2 分类编址的IPv4地址

分类编址的IPv4地址分为A、B、C、D、E五类，如下图所示。

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注意事项： 1. 只有A类、B类和C类地址可分配给网络中的主机或路由器的各接口；
2. 主机号为“全0”的地址是网络地址，不能分配给主机或路由器的各接口；
3. 主机号为“全1"”的地址是广播地址，不能分配给主机或路由器的各接口。

A类地址
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    B类地址
    在这里插入图片描述

    C类地址
    在这里插入图片描述
    例：下列IP地址中，只能作为IP分组的源IP地址但不能作为目的IP地址的是( A )
    A. 0.0.0.0 B. 127.0.0.1 C. 20.10.10.3 D. 255.255.255.255
    分析：地址0.0.0.0是一个特殊的IPv4地址，只能作为源地址使用，表示“在本网络上的本主机”。封装有DHCP Discovery报文的IP分组的源地址使用0.0.0.0；
    以127开头且后面三个字节非“全0”或“全1”的IP地址是一类特殊的IPv4地址，既可以作为源地址使用，也可以作为目的地址使用，用于本地软件环回测试，例如常用的环回测试地址127.0.0.1；
    地址255.255.255.255是一个特殊的IPv4地址，只能作为目的地址使用，表示“只在本网络上进行广播（各路由器均不转发)”。
    综上所述，选项A正确。
    在这里插入图片描述
    总结：
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3.2.1 课后练习

1. 分类编址的IPv4地址共分( C )
A. 3类 B. 4类 C. 5类 D. 6类
分析：分类编址的IPv4地址分为A、B、C、D、E五类。

2. 在IPv4地址的分类编址阶段，A类网的数量为( B )
A. 2 7 ^7 7-1 B. 2 7 ^7 7-2 C. 2 7 ^7 7+1 D. 2 7 ^7 7+2
分析：在IPv4地址的分类编址阶段，A类网的数量为2 ( 8 − 1 ) ^{(8-1)} (8−1)-2 = 126。

3. 在IPv4地址的分类编址阶段，每个B类网包含的IP地址数量为( C )
A. 2 8 ^8 8 B. 2 8 ^8 8-2 C. 2 16 ^{16} 16 D. 2 16 ^{16} 16-2
分析：在IPv4地址的分类编址阶段，每个B类网包含的IP地址数量为2 16 ^{16} 16 = 65536。

4. 在IPv4地址的分类编址阶段，每个C类网可分配给主机或路由器接口的IP地址数量为( B )
A. 2 8 ^8 8 B. 2 8 ^8 8-2 C. 2 16 ^{16} 16 D. 2 16 ^{16} 16-2
分析：在IPv4地址的分类编址阶段，每个C类网可分配给主机或路由器接口的IP地址数量为 2 8 ^8 8-2 = 254。

5. 以下属于C类IPv4地址，但又不能分配给主机的是( B )
A. 196.2.3.8 B. 192.0.0.255 C. 191.255.255.252 D. 126.255.255.255
分析：以下属于C类IPv4地址，但又不能分配给主机的是192.0.0.255，因为最后一个8位组是全1，代表这个IP是广播，不能分给主机使用。
3.3 划分子网的IPv4地址

■ 为新增网络申请新的网络号会带来以下弊端：
⋄ \diamond ⋄ 需要等待时间和花费更多的费用
⋄ \diamond ⋄会增加其他路由器中路由表记录的数量
⋄ \diamond ⋄浪费原有网络中剩余的大量P地址

■ 32比特的子网掩码可以表明分类lIP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号
⋄ \diamond ⋄ 子网掩码使用连续的比特1来对应网络号和子网号
⋄ \diamond ⋄ 子网掩码使用连续的比特0来对应主机号
⋄ \diamond ⋄ 将划分子网的IPv4地址与其相应的子网掩码进行逻辑与运算就可得到IPv4地址所在子网的网络地址

在这里插入图片描述
■ 给定一个分类的IP地址和其相应的子网掩码，就可知道子网划分的细节：
⋄ \diamond ⋄ 划分出的子网数量
⋄ \diamond ⋄ 每个子网可分配的IP地址数量
⋄ \diamond ⋄ 每个子网的网络地址和广播地址
⋄ \diamond ⋄ 每个子网可分配的最小和最大地址

例1：已知某个网络的地址为218.75.230.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，请给出划分细节。
分析：

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
例2：已知某个网络的地址为218.75.230.0，使用子网掩码255.255.255.192对其进行子网划分，请给出划分细节。
分析：
在这里插入图片描述
例3：某主机的IP地址为180.80.77.55，子网掩码为255.255.252.0，如该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是( D )
A. 180.80.76.0 B. 180.80.76.255 C. 180.80.77.255 D. 180.80.79.255
分析：

在这里插入图片描述
■ 默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码。

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3.3.1 课后练习

1. 已知某个网络的地址为192.168.0.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，可划分出的子网数量为( A )
A. 2 B. 4 C. 8 D. 16
分析：子网掩码255.255.255.128中的128二进制表示为1000 0000，一个比特1表示从主机号中借用一个比特作为子网号，划分出的子网数量为 2 1 ^1 1 = 2。

2. 已知某个网络地址为10.0.0.0，使用子网掩码255.255.192.0对其进行子网划分，则每个子网包含的地址数量为( C )
A. 2 10 ^{10} 10 B. 2 10 ^{10} 10-2 C. 2 14 ^{14} 14 D. 2 14 ^{14} 14-2
分析：子网掩码255.255.192.0中的192二进制表示为1100 0000，14个比特0表示每个子网包含的地址数量为 2 14 ^{14} 14。

3. 已知某个网络地址为172.16.0.0，使用子网掩码255.255.224.0对其进行子网划分，则所划分出的最后一个子网的广播地址是( B )
A. 172.16.0.255 B. 172.16.255.255 C. 172.0.255.255 D. 172.255.255.255
分析：子网掩码255.255.224.0中的224二进制表示为1110 0000，网络地址为172.16.0.0所划分出的最后一个子网的广播地址是172.16.255.255。

4. 已知某个网络地址为192.168.1.0，使用子网掩码255.255.255.128对其进行子网划分，则所划分出的第一个子网的广播地址是( A )
A. 192.168.1.127 B. 192.168.1.128 C. 192.168.1.254 D. 192.168.1.255
分析：子网掩码255.255.255.128中的128二进制表示为1000 0000，所划分出的第一个子网的广播地址是192.168.1.0111 1111，即192.168.1.127。

5. 某主机的IP地址是166.66.66.66，子网掩码为255.255.192.0，若该主机向其所在子网发送广播分组，则目的地址可以是( D )
A. 166.66.66.255 B. 166.66.255.255 C. 166.255.255.255 D. 166.66.127.255
分析：由子网掩码255.255.192.0（11111111.11111111.11000000.00000000）可知网络为连续的1，那么主机位为连续的0，也就是14位，然后题目要发送广播分组，所以求的是广播地址，广播地址的主机位也是全为1，所以主机166.66.66.66所在的广播地址就是 166.66.01(111111.11111111），括号里面的是主机号，主机号全为1就是广播地址，即166.66.127.255。
3.4 无分类编址的IPv4地址

■ 划分子网在一定程度上缓解了因特网在发展中遇到的困难，但是数量巨大的C类网因为其地址空间太小并没有得到充分使用，而因特网的IP地址仍在加速消耗，整个IPv4地址空间面临全部耗尽的威胁。
■ 为此，因特网工程任务组IETF又提出了采用无分类编址的方法来解决IP地址紧张的问题，同时还专门成立IPv6工作组负责研究新版本lP以彻底解决IP地址耗尽问题。
■ 1993年，IETF发布了无分类域间路由选择CIDR(Classless Inter-Domain Routing)的RFC文档：RFC 1517~1519和1520。
⋄ \diamond ⋄ CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址，以及划分子网的概念；
⋄ \diamond ⋄ CIDR可以更加有效地分配IPv4的地址空间，并且可以在新的IPv6使用之前允许因特网的规模继续增长。
■ CIDR使用“斜线记法”，或称CIDR记法。即在IPv4地址后面加上斜线“/”，在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量。

在这里插入图片描述
■ CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。
■ 我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址，就可以知道该地址块的全部细节：
⋄ \diamond ⋄ 地址块的最小地址
⋄ \diamond ⋄ 地址块的最大地址
⋄ \diamond ⋄ 地址块中的地址数量
⋄ \diamond ⋄ 地址块聚合某类网络(A类、B类或C类)的数量
⋄ \diamond ⋄ 地址掩码（也可继续成为子网掩码）

例1：请给出CIDR地址块128.14.35.7/20的全部细节（最小地址，最大地址，地址数量，聚合C类网数量，地址掩码)。
分析：

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■ 路由聚合（构造超网）的方法是找共同前缀；
■ 网络前缀越长，地址块越小，路由越具体；
■ 若路由器查表转发分组时发现有多条路由可选，则选择网络前缀最长的那条，这称为最长前缀匹配，因为这样的路由更具体。

例1：在子网192.168.4.0/30中，能接收目的地址为192.168.4.3的IP分组的最大主机数是( C )
A. 0 B. 1 C. 2 D. 4
分析：

在这里插入图片描述
题目中给定IP分组的目的地址为192.168.4.3，是该网络的广播地址，因此该网络上的所有主机都能收到。由于该网络只有两个可分配的IP地址，因此网络中的主机数量最大为2，那么可以收到该IP分组的最大主机数就是2。

例2：某路由表中有转发接口相同的4条路由表项，其目的网络地址分别为35.230.32.0/21、35.230.40.0/21、35.230.48.0/21和35.230.56.0/21，将该4条路由聚合后的目的网络地址为( C )
A. 35.230.0.0/19 B. 35.230.0.0/20 C. 35.230.32.0/19 D. 35.230.32.0/20
分析：

在这里插入图片描述
3.4.1 课后练习

1. 某个IPv4地址的CIDR表示形式为126.166.66.99/22，则以下描述错误的是( D )
A. 网络前缀占用22个比特 B. 主机编号占用10个比特 C. 所在地址块包含地址数量2 10 ^{10} 10 D. 126.166.66.99是所在地址块中的第一个地址
分析：某个IPv4地址的CIDR表示形式为126.166.66.99/22，则网络前缀占用22个比特，主机编号占用10个比特，所在地址块包含地址数量2 10 ^{10} 10。

在这里插入图片描述
2. CIDR地址块10.0.0.0/10中的最后一个地址是( A )
A. 10.63.255.255 B. 10.255.255.255 C. 10.0.255.255 D. 10.0.0.255
分析： CIDR地址块10.0.0.0/10中的最后一个地址是10.63.255.255。

在这里插入图片描述
3. 某个网络所分配到的地址块为172.16.0.0/29，能接收目的地址为172.16.0.7的IP分组的最大主机数是( C )
A. 4 B. 5 C. 6 D. 7
分析：某个网络所分配到的地址块为172.16.0.0/29，能接收目的地址为172.16.0.7的IP分组的最大主机数是6。

在这里插入图片描述
4. 某路由表中有转发接口相同的2条路由表项，其目的网络地址分别为202.118.133.0/24和202.118.130.0/24，将这2条路由聚合后的目的网络地址为( A )
A. 202.118.128.0/21 B. 202.118.128.0/22 C. 202.118.130.0/22 D. 202.118.132.0/20
分析：某路由表中有转发接口相同的2条路由表项，其目的网络地址分别为202.118.133.0/24和202.118.130.0/24，将这2条路由聚合后的目的网络地址为202.118.128.0/21。

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5. 地址172.16.2.160属于下面哪一个地址块( C )
A. 172.16.2.64/26 B. 172.16.2.96/26 C. 172.16.2.128/26 D. 172.16.2.192/26
分析：地址172.16.2.160属于172.16.2.128/26地址块。

在这里插入图片描述
3.5 IPv4地址的应用规划

    定长的子网掩码FLSM(Fixed Length Subnet Mask)
    ■ 使用同一个子网掩码来划分子网
    ■ 每个子网所分配的IP地址数量相同，造成IP地址的浪费
    变长的子网掩码VLSM(Variable Length Subnet)
    ■ 使用不同的子网掩码来划分子网
    ■ 每个子网所分配的IP地址数量可以不同，尽可能减少对IP地址的浪费

3.5.1 定长的子网掩码FLSM

例1：假设申请到的C类网络为218.75.230.0，请使用定长的子网掩码给下图所示的小型互联网中的各设备分配IP地址。

在这里插入图片描述
例2：假设申请到的C类网络为218.75.230.0，请使用定长的子网掩码给下图所示的小型互联网中的各设备分配IP地址。
应用需求：将C类网络218.75.230.0划分成5个子网，每个子网上可分配的IP地址数量不得少于各自的需求。

在这里插入图片描述
3.5.2 变长的子网掩码VLSM

例：假设申请到的地址块为218.75.230.0/24，请使用变长的子网掩码给下图所示的小型互联网中的各设备分配IP地址。

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
3.5.3 总结

在这里插入图片描述
3.5.4 课后练习

1. 在一条点对点的链路上，为了减少地址的浪费，地址掩码应该指定为( A )
A. 255.255.255.252 B. 255.255.255.248 C. 255.255.255.240 D. 255.255.255.196
分析： 255.255.255.252减去一个广播地址一个网络地址，就剩2个IP，两个IP分在链路两端的设备上。252到255，可以有两台主机，用其他的就浪费了，比如240到255，可以有14台主机！

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2. 若将某个C类网络划分出5个子网，每个子网最多20台主机，则使用的子网掩码是( B )
A. 255.255.255.192 B. 255.255.255.224 C. 255.255.255.240 D. 255.255.255.248
分析：从网络划分，需要划分5个子网，就是2^3=8>5，因此需要借3位，默认是255.255.255.0，借了三位，也就是最后那个0（00000000）变成了（11100000），所以就是224了，故答案为255.255.255.224。

3. 下面有关FLSM与VLSM的说法中，错误的是( D )
A. FLSM使用同一个子网掩码来划分子网
B. VLSM可以使用不同的子网掩码来划分子网
C. 使用FLSM划分的子网，每个子网所分配的IP地址数量相同
D. 使用VLSM划分子网，只能划分出偶数个子网
分析：下面有关FLSM与VLSM的说法中，错误的是使用VLSM划分子网，只能划分出偶数个子网。
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    4. IP数据报的发送和转发过程
        4.1 课后练习
    5. 静态路由配置及其可能产生的路由环路问题
        5.1 课后练习

4. IP数据报的发送和转发过程

IP数据报的发送和转发过程包含以下两部分：
⋄ \diamond ⋄ 主机发送IP数据报
⋄ \diamond ⋄ 路由器转发IP数据报

■ 主机发送IP数据报：
判断目的主机是否与自己在同一个网络：若在同一个网络，则属于直接交付；若不在同一个网络，则属于间接交付，传输给主机所在网络的默认网关(路由器)，由默认网关帮忙转发。

■ 路由器转发IP数据报：
1. 检查IP数据报首部是否出错：若出错，则直接丢弃该IP数据报并通告源主机；若没有出错，则进行转发。
2. 根据IP数据报的目的地址在路由表中查找匹配的条目：若找到匹配的条目，则转发给条目中指示的下一跳；若找不到，则丢弃该IP数据报并通告源主机。

在这里插入图片描述
例1：下列网络设备中，能够抑制广播风暴的是( D )
I 中继器 II 集线器 III 网桥 IV路由器
A.仅I和II B.仅I C.仅III和IV D.仅IV
分析：中继器和集线器工作在物理层，既不隔离冲突域也不隔离广播域。
网桥和交换机(多端口网桥）工作在数据链路层，可以隔离冲突域，不能隔离广播域。
路由器工作在网络层，既隔离冲突域，也隔离广播域。

例2：下列关于IP路由器概念的描述中，正确的是( C )
I 运行路由协议，设置路由表
II 监测到拥塞时，合理丢弃lP分组
III 对收到的IP分组头进行差错校验，确保传输的IP分组不丢失
IV 根据收到的IP分组的目的IP地址，将其转发到合适的输出线路上
A. 仅III、IV B. 仅I、II、IV C. 仅I、II、IV D. I、II、III、IV
分析： IP路由器工作在TCP/IP体系结构的网际层(或称IP层)，TCP/IP体系结构的网际层并不负责可靠传输，也就是不能确保传输的IP分组不丢失。
IP路由器对收到的IP分组头进行差错校验，当发现错误时会丢弃该IP分组并向源主机发送ICMP差错报告报文(类型为参数错误)。
综上所述，题目中的描述III是错误的，利用排除法可知选项C正确。题目中的其他描述都是正确的。
4.1 课后练习

1. 源主机给目的主机发送IP数据报时，首先要( D )
A. 获取默认网关的IP地址 B. 获取目的主机的MAC地址
C. 判断默认网关与自己是否在同一网络 D. 判断目的主机与自己是否在同一网络
分析：源主机给目的主机发送IP数据报时，首先要判断目的主机与自己是否在同一网络。

2. 路由器转发IP数据报的依据是( B )
A. IP数据报的源IP地址和路由表中的路由记录
B. IP数据报的目的IP地址和路由表中的路由记录
C. IP数据报的源MAC地址和路由表中的路由记录
D. IP数据报的目的MAC地址和路由表中的路由记录
分析：路由器转发IP数据报的依据是IP数据报的目的IP地址和路由表中的路由记录。

3. 路由器收到目的IP地址为255.255.255.255的IP数据报，则路由器的操作是( A )
A. 丢弃该IP数据报 B. 从所有接口转发该IP数据报
C. 根据路由表中的记录从某个接口转发该IP数据报 D. 随机决定是否转发该IP数据报
分析：路由器收到目的IP地址为255.255.255.255的IP数据报，则路由器的操作是丢弃该IP数据报。
受限的广播地址：255.255.255.255，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网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。在任何情况下，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。
5. 静态路由配置及其可能产生的路由环路问题

■ 静态路由配置是指用户或网络管理员使用路由器的相关命令给路由器人工配置路由表。
⋄ \diamond ⋄ 这种人工配置方式简单、开销小。但不能及时适应网络状态（流量、拓扑等）的变化。
⋄ \diamond ⋄ 一般只在小规模网络中采用。
■ 使用静态路由配置可能出现以下导致产生路由环路的错误
⋄ \diamond ⋄ 配置错误
⋄ \diamond ⋄ 聚合了不存在的网络
⋄ \diamond ⋄ 网络故障
■ 路由条目的类型
⋄ \diamond ⋄ 直连网络
⋄ \diamond ⋄ 静态路由(人工配置)
⋄ \diamond ⋄ 动态路由(路由选择协议)
■ 特殊的静态路由条目
⋄ \diamond ⋄ 默认路由(目的网络为0.0.0.0，地址掩码为0.0.0.0)
⋄ \diamond ⋄ 特定主机路由(目的网络为特定主机的IP地址，地址掩码为255.255.255.255)
⋄ \diamond ⋄ 黑洞路由（下一跳为null0）
5.1 课后练习

1. 以下不会产生路由环路的是( D )
A. 路由配置错误 B. 路由条目聚合了不存在的网络
C. 网络故障 D. IP数据报首部错误
分析：使用静态路由配置可能出现以下导致产生路由环路的错误：配置错误、聚合了不存在的网络、网络故障。

2. 若IP数据报的目的IP地址所在网络存在路由环路，则( C )
A. IP数据报将在网络中永久兜圈 B. IP数据报最终可以到达目的主机
C. IP数据报将在网络中有限次兜圈 D. IP数据报不会在网络中兜圈
分析：若IP数据报的目的IP地址所在网络存在路由环路，则IP数据报将在网络中有限次兜圈。

3. 若给路由器的各接口正确配置IP地址和子网掩码，在不启用任何路由选择协议的情况下，路由器可以( A )
A. 自动得出到达各直连网络的路由 B. 自动得出到达各非直连网络的路由
C. 自动得出特定主机路由 D. 自动得出默认路由
分析：若给路由器的各接口正确配置IP地址和子网掩码，在不启用任何路由选择协议的情况下，路由器可以自动得出到达各直连网络的路由。

4. 在给路由器配置默认路由时，目的网络地址和子网掩码分别是( A )
A. 0.0.0.0 0.0.0.0 B. 0.0.0.0 255.255.255.255
C. 255.255.255.255 0.0.0.0 D. 255.255.255.255 255.255.255.255
分析：在给路由器配置默认路由时，目的网络地址和子网掩码分别是0.0.0.0 0.0.0.0。

5. 在给路由器配置某个特定主机路由时，目的网络地址和子网掩码分别是( B )
A. 0.0.0.0 0.0.0.0 B. 特定主机的IP地址 255.255.255.255
C. 特定主机的IP地址 0.0.0.0 D. 255.255.255.255 255.255.255.255
分析：在给路由器配置某个特定主机路由时，目的网络地址和子网掩码分别是特定主机的IP地址 255.255.255.255。
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版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。

原文链接：https://blog.csdn.net/HUAI_BI_TONG/article/details/118615131

    4. IP数据报的发送和转发过程
        4.1 课后练习
    5. 静态路由配置及其可能产生的路由环路问题
        5.1 课后练习

4. IP数据报的发送和转发过程

IP数据报的发送和转发过程包含以下两部分：
⋄ \diamond ⋄ 主机发送IP数据报
⋄ \diamond ⋄ 路由器转发IP数据报

    6. 路由选择协议
        6.1 路由选择协议概述
            6.1.1 课后练习
        6.2 路由信息协议RIP的基本工作原理
            6.2.1 课后练习
        6.3 开放最短路径优先OSPF的基本工作原理
            6.3.1 课后练习
        6.4 边界网关协议BGP的基本工作原理
            6.4.1 课后练习

6. 路由选择协议
6.1 路由选择协议概述

    静态路由选择
    ⋄ \diamond ⋄ 由人工配置的网络路由、默认路由、特定主机路由、黑洞路由等都属于静态路由。
    ⋄ \diamond ⋄ 这种人工配置方式简单、开销小，但不能及时适应网络状态（流量、拓扑等)的变化。
    ⋄ \diamond ⋄ 一般只在小规模网络中采用。

    动态路由选择
    ⋄ \diamond ⋄ 路由器通过路由选择协议自动获取路由信息。
    ⋄ \diamond ⋄ 比较复杂、开销比较大，能较好地适应网络状态的变化。
    ⋄ \diamond ⋄ 适用于大规模网络。

■ 因特网所采用的路由选择协议的主要特点：
⋄ \diamond ⋄ 自适应：动态路由选择，能较好地适应网络状态的变化；
⋄ \diamond ⋄ 分布式：路由器之间交换路由信息；
⋄ \diamond ⋄ 分层次：将整个因特网划分为许多较小的自治系统AS(Autonomous System)。

因特网采用分层次的路由选择协议，如下图所示。

在这里插入图片描述
■ 常见的路由选择协议

在这里插入图片描述
■ 路由器的基本结构

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
6.1.1 课后练习

1. 以下说法正确的是( D )
A. AS之间使用的路由选择协议属于IGP
B. AS内部使用的路由选择协议属于EGP
C. OSPF协议属于EGP
D. RIP协议属于IGP
分析： AS之间使用的路由选择协议属于EGP； AS内部使用的路由选择协议属于IGP；OSPF协议属于IGP；RIP协议属于IGP。

2. 以下说法错误的是( D )
A. 路由表需要对网络拓扑变化的计算最优化
B. 转发表是从路由表得出的
C. 转发表的结构应当使查找过程最优化
D. 路由器中只有路由表而没有转发表
分析：路由器对网络中的数据进行处理，其处理依赖于路由表和转发，它们的意义在于体现了通信网络中的“数据在设备中做什么”和“数据离开设备后到哪里去”。
6.2 路由信息协议RIP的基本工作原理

■ 路由信息协议RIP(Routing Information Protocol)是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议之一，其相关标准文档为RFC 1058。
■ RIP要求自治系统AS内的每一个路由器都要维护从它自己到AS内其他每一个网络的距离记录。这是一组距离，称为“距离向量D-V(Distance-Vector)”。
■ RIP使用跳数(Hop Count)作为度量(Metric)来衡量到达目的网络的距离。
⋄ \diamond ⋄ 路由器到直连网络的距离定义为1。
⋄ \diamond ⋄ 路由器到非直连网络的距离定义为所经过的路由器数加1。
⋄ \diamond ⋄ 允许一条路径最多只能包含15个路由器。“距离”等于16时相当于不可达。因此，RIP只适用于小型互联网。

在这里插入图片描述
■ RIP认为好的路由就是“距离短”的路由，也就是所通过路由器数量最少的路由。

在这里插入图片描述
■ 当到达同一目的网络有多条“距离相等”的路由时，可以进行等价负载均衡。
■ RIP包含以下三个要点：
⋄ \diamond ⋄ 和谁交换信息仅和相邻路由器交换信息
⋄ \diamond ⋄ 交换什么信息自己的路由表
⋄ \diamond ⋄ 何时交换信息周期性交换（例如每30秒)

在这里插入图片描述
■ RIP的基本工作过程：
1. 路由器刚开始工作时，只知道自己到直连网络的距离为1。
2. 每个路由器相邻路由器周期性地交换并更新路由信息。
3. 若于次交换和更新后，每个路由器都知道到达本AS内各网络的最短距离和下一跳地址，称为收敛。

在这里插入图片描述
■RIP的路由条目更新规则：
⋄ \diamond ⋄ 发现了新的网络，添加；
⋄ \diamond ⋄ 到达目的网络，相同下一跳，最新消息，更新；
⋄ \diamond ⋄ 到达目的网络，不同下一跳，新路由优势，更新；
⋄ \diamond ⋄ 到达目的网络，不同下一跳，新路由劣势，不更新；
⋄ \diamond ⋄ 到达目的网络，不同下一跳，等价负载均衡。

在这里插入图片描述
■ RIP存在“坏消息传播得慢”的问题
■ “坏消息传播得慢”又称为路由环路或距离无穷计数问题，这是距离向量算法的一个固有问题。可以采取多种措施减少出现该问题的概率或减小该问题带来的危害。
⋄ \diamond ⋄ 限制最大路径距离为15 (16表示不可达)；
⋄ \diamond ⋄ 当路由表发生变化时就立即发送更新报文(即“触发更新”)，而不仅是周期性发送；
⋄ \diamond ⋄ 让路由器记录收到某特定路由信息的接口，而不让同一路由信息再通过此接口向反方向传送(即“水平分割”)。

在这里插入图片描述
6.2.1 课后练习

1. 在RIP中，到某个网络的距离值为16，其意义是( A )
A. 该网络不可达 B. 存在路由环路 C. 该网络为直连网络 D. 到达该网络要经过16次转发
分析：在RIP中，限制最大路径距离为15 ，16表示不可达。

2. 在RIP中，假设路由器X和路由器K是两个相邻的路由器，X向K说：“我到目的网络Y的距离为N（假设N小于15）”，则收到此信息的K就知道：“若将到网络Y的下一个路由器选为X，则我到网络Y的距离为”( C )
A. N-1 B. N C. N+1 D. 1
分析： RIP协议规定，每经过一个路由器，则距离(跳数)加1。

3. 以下关于RIP的描述中，错误的是( C )
A. RIP是基于距离-向量路由选择算法的 B. RIP路由器仅给相邻路由器发送路由更新报文
C. RIP不会产生路由环路 D. RIP存在“坏消息传播得慢”的问题
分析： RIP会产生路由环路，存在“坏消息传播得慢”的问题。
6.3 开放最短路径优先OSPF的基本工作原理

■ 开放最短路径优先OSPF(Open Shortest Path First)，是为克服RIP的缺点在1989年开发出来的。
⋄ \diamond ⋄ “开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。
⋄ \diamond ⋄ “最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法 SPF。
■ OSPF是基于链路状态的，而不像RIP那样是基于距离向量的。
■ OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证了不会产生路由环路。
■ OSPF不限制网络规模，更新效率高，收敛速度快。
■ 链路状态是指本路由器都和哪些路由器相邻，以及相应链路的“代价”(cost)。
⋄ \diamond ⋄ “代价”用来表示费用、距离、时延、带宽，等等。这些都由网络管理人员来决定。
■ OSPF相邻路由器之间通过交互问候(Hello)分组，建立和维护邻居关系。
⋄ \diamond ⋄ Hello分组封装在IP数据报中，发往组播地址224.0.0.5；

在这里插入图片描述
⋄ \diamond ⋄ 发送周期为10秒；
⋄ \diamond ⋄ 40秒未收到来自邻居路由器的Hello分组，则认为该邻居路由器不可达。

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
■ 使用OSPF的每个路由器都会产生链路状态通告LSA(Link State Advertisement)。LSA中包含以下内容：
⋄ \diamond ⋄ 直连网络的链路状态信息
⋄ \diamond ⋄ 邻居路由器的链路状态信息

在这里插入图片描述在这里插入图片描述
■ LSA被封装在链路状态更新分组LSU中，采用洪泛法发送。

在这里插入图片描述
■ 使用OSPF的每个路由器都有一个链路状态数据库LSDB，用于存储LSA。
■ 通过各路由器洪泛发送封装有自己LSA的LSU分组，各路由器的LSDB最终将达到一致。

在这里插入图片描述
■ 使用OSPF的各路由器基于LSDB进行最短路径优先SPF计算，构建出各自到达其他各路由器的最短路径，即构建各自的路由表。

在这里插入图片描述
■ OSPF有以下五种分组类型
⋄ \diamond ⋄ 类型1，问候(Hello)分组
用来发现和维护邻居路由器的可达性。
⋄ \diamond ⋄ 类型2，数据库描述(Database Description)分组
向邻居路由器给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息
⋄ \diamond ⋄ 类型3，链路状态请求(Link State Request)分组
向邻居路由器请求发送某些链路状态项目的详细信息。
⋄ \diamond ⋄ 类型4，链路状态更新(Link State Update)分组
路由器使用这种分组将其链路状态进行洪泛发送，即用洪泛法对全网更新链路状态。
⋄ \diamond ⋄ 类型5，链路状态确认(Link State Acknowledgment)分组
这是对链路状态更新分组的确认分组。

■ OSPF的基本工作过程

在这里插入图片描述
■ OSPF在多点接入网络中路由器邻居关系的建立

在这里插入图片描述
⋄ \diamond ⋄ 选举指定路由器DR(designated router)和备用的指定路由器BDR(backup designated router)
⋄ \diamond ⋄ 所有的非DR/BDR只与DR/BDR建立邻居关系
⋄ \diamond ⋄ 非DR/BDR之间通过DR/BDR交换信息

在这里插入图片描述
■ 为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF把一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域(Area)。

在这里插入图片描述
6.3.1 课后练习

1. 下列关于OSPF和RIP协议的叙述中，错误的是( D )
A. 在进行路由信息交换时，OSPF协议中的路由器向本自治系统中的所有路由器发送信息，RIP协议中的路由器仅向自己相邻的路由器发送信息
B. 在进行路由信息交换时，OSPF协议中的路由器发送的信息只是链路状态数据库中的部分内容，RIP协议中的路由器发送的信息是整个路由表
C. OSPF协议的任何一个路由器都知道自己所在区域的拓扑结构，RIP协议中的路由器不知道全网的拓扑结构
D. OSPF协议和RIP协议都是基于距离-向量路由选择算法的
分析： OSPF是基于链路状态的，而不像RIP那样是基于距离向量的。

2. 在OSPF协议中，用来建立和维护邻居关系的分组是( A )
A. Hello B. LSU C. LSR D. LSA
分析：在OSPF协议中，用来建立和维护邻居关系的分组是 Hello。

3. 以下关于OSPF协议的描述中，最准确的是( A )
A. OSPF协议是基于链路状态路由选择算法的
B. OSPF协议是用于自治系统之间的外部网关协议
C. OSPF协议不能根据网络通信情况动态地改变路由
D. OSPF协议只适用于小型网络
分析：以下关于OSPF协议的描述中，最准确的是OSPF协议是基于链路状态路由选择算法。

4. 以下关于OSPF协议特征的描述中，错误的是( D )
A. OSPF协议将一个自治系统划分成若干域，有一种特殊的域称为主干区域
B. 域之间通过区域边界路由器互联
C. 在自治系统中有4类路由器：区域内路由器、主干路由器、区域边界路由器和自治系统边界路由器
D. 主干路由器不能兼作区域边界路由器
分析：在OSPF协议中，主干路由器可以兼作区域边界路由器。
6.4 边界网关协议BGP的基本工作原理

■ 因特网采用分层次的路由选择协议

在这里插入图片描述
■ 内部网关协议IGP(例如路由信息协议RIP或开放最短路径优先OSPF)
⋄ \diamond ⋄ 设法使分组在一个自治系统内尽可能有效地从源网络传输到目的网络。
⋄ \diamond ⋄ 无需考虑自治系统外部其他方面的策略。
■ 外部网关协议EGP(例如边界网关协议BGP)
⋄ \diamond ⋄ 在不同自治系统内，度量路由的“代价”(距离，带宽，费用等）可能不同。因此，对于自治系统之间的路由选择，使用“代价”作为度量来寻找最佳路由是不行的。

在这里插入图片描述
⋄ \diamond ⋄ 自治系统之间的路由选择必须考虑相关策略（政治，经济，安全等)。
⋄ \diamond ⋄ BGP只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由(不能兜圈子)，而并非要寻找一条最佳路由。
■ 在配置BGP时，每个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP发言人“。
■ 不同自治系统的BGP发言人要交换路由信息，首先必须建立TCP连接，端口号为179。
⋄ \diamond ⋄ 在此TCP连接上交换BGP报文以建立BGP会话
⋄ \diamond ⋄ 利用BGP会话交换路由信息（例如，增加新的路由，或撤销过时的路由，以及报告出错的情况等)
⋄ \diamond ⋄ 使用TCP连接交换路由信息的两个BGP发言人，彼此称为对方的邻站(neighbor)或对等站(peer)
■ BGP发言人除了运行BGP外，还必须运行自己所在自治系统所使用的内部网关协议IGP，例如OSPF或RIP。
■ BGP发言人交换网络可达性的信息（要到达某个网络所要经过的一系列自治系统)。
■ 当BGP发言人互相交换了网络可达性的信息后，各BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各自治系统的较好的路由。也就是构造出树形结构、不存在回路的自治系统连通图。

在这里插入图片描述
■ BGP适用于多级结构的因特网

在这里插入图片描述
■ BGP-4有以下四种报文：
⋄ \diamond ⋄ OPEN(打开)报文：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，使通信初始化。
⋄ \diamond ⋄ UPDATE(更新)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。
⋄ \diamond ⋄ KEEPALIVE(保活)报文：用来周期性地证实邻站的连通性。
⋄ \diamond ⋄ NOTIFICATION(通知)报文：用来发送检测到的差错。

例：直接封装RIP、OSPF、BGP报文的协议分别是( D )
A.TCP、UDP、IP B.TCP、IP、UDP C. UDP、TCP、IP D.UDP、IP、TCP
分析：

在这里插入图片描述
6.4.1 课后练习

1. BGP交换的网络可达性信息是( A )
A. 到达某个网络所经过的路径 B. 到达某个网络的下一跳路由器
C. 到达某个网络的链路状态摘要信息 D. 到达某个网络的最短距离及下一跳路由器
分析： BGP交换的网络可达性信息提供了足够的信息来检测路由回路并根据性能优先和策略约束对路由进行决策，是到达某个网络所经过的路径。

2. RIP、OSPF、BGP的路由选择算法分别基于( D )
A. 路径向量链路状态距离向量 B. 距离向量路径向量链路状态
C. 路径向量距离向量链路状态 D. 距离向量链路状态路径向量
分析： RIP、OSPF、BGP的路由选择算法分别基于距离向量、链路状态、路径向量。

3. 在BGP协议中，用来周期性证实临站连通性的报文是( C )
A. OPEN B. UPDATE C. KEEPALIVE D. NOTIFICATION
分析：在BGP协议中，用来周期性证实临站连通性的报文是KEEPALIVE。
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