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Partage de notes sur un réseau informatique (Chapitre 4 Couche réseau)

2024-07-12

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introduire
Dans le processus d'apprentissage des réseaux informatiques, j'ai compilé quelques points clés qui peuvent être testés lors de l'examen. Certains points spécifiques peuvent ne pas être abordés. Nous continuerons à mettre à jour à l'avenir, j'espère que cela sera utile à tout le monde !

4. Couche réseau

4.1 Plusieurs concepts importants de la couche réseau

Deux services fournis par la couche réseau

service de circuit virtuel

Orienté connexion, fournissant des services de transmission fiables

service de datagramme

Pour le mode sans connexion, aucun engagement de qualité de service n'est fourni et la transmission de paquets peut entraîner une perte de données.

Deux niveaux de couche réseau

niveau de contrôle

Différentes routes doivent échanger des informations et une table de transfert est générée sur la base de l'algorithme de routage pour fournir des données à la couche de données.

niveau de données

Selon la table de transfert générée par le plan de contrôle, le paquet reçu est transféré depuis l'interface correspondante trouvée.

4.2 IP du protocole Internet

IP, également connu sous le nom de protocole Kahn-Cerf, est l'un des deux protocoles les plus importants du système TCP/IP.

Actuellement divisé en deux types : IPv4 et IPv6

Trois protocoles de prise en charge sont utilisés : ARP (Address Resolution Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol) et IGMP (Internet Group Management Protocol).

interréseau virtuel

Équipements intermédiaires pour l'interconnexion des réseaux

Couche physique : répéteur
Couche liaison de données : ponts/ponts, commutateurs
Couche réseau : routeur
Au-dessus de la couche réseau : passerelle

Pour des raisons historiques : TCP/IP traite parfois également les routeurs de la couche réseau comme des passerelles.

Étant donné que le réseau Internet réel a la même adresse IP de protocole Internet, il peut être résumé dans un réseau Internet virtuel.

Sur ce réseau, les datagrammes peuvent être livrés directement, sinon ils doivent être livrés indirectement via le routage et le transfert.

adresse IP

Adresse IP et sa représentation

32 bits, 4 octets, ces 4 octets sont divisés par ., c'est-à-dire une notation décimale pointée

Les n premiers chiffres sont le numéro de réseau et les 32 derniers chiffres sont le numéro d'hôte.

Adresse IP classifiée

Adresse Unicast Classe A n=8 Classe B n=16 Classe C n=24

Classe d'adresses de multidiffusion D

Catégorie A Numéro de réseau à 1 chiffre, numéro de réseau attribuable à 7 chiffres 2 7 − 2 = 126 2^7-2=126 272=126, le nombre maximum d'hôtes dans le réseau 2 24 − 2 2^{24}-2 2242

Catégorie B Numéro de réseau à 2 chiffres, numéro de réseau attribuable à 14 chiffres 2 14 2^{14} 214, le nombre maximum d'hôtes dans le réseau 2 16 − 2 2^{16}-2 2162

Catégorie C Numéro de réseau à 3 chiffres, numéro de réseau attribuable à 21 chiffres 2 21 2^{21} 221, le nombre maximum d'hôtes dans le réseau 2 8 − 2 2^{8}-2 282

Adresse de multidiffusion de classe D

Catégorie E réservée à un usage futur

Remarque : Le nombre de réseaux dans la classe A est de -2 : dans le champ du numéro de réseau, tous les 0 représentent ce réseau et tous les 1 représentent les tests de bouclage.

Le numéro de réseau dans les autres catégories n'a pas besoin d'être -2 : le champ du numéro de réseau commence tous par 1, il est impossible d'écrire uniquement par 0, 01111111 représente le test de bouclage, et il est impossible d'apparaître ici.

Nombre maximum d'hôtes - 2 : En effet, dans le champ du numéro d'hôte, les numéros d'hôte composés de 0 et de 1 doivent être soustraits. Tous les 1 représentent tous les hôtes du réseau.

CIDR d'adressage sans classe

Remplacez le numéro de réseau par un préfixe de réseau, mais le nombre de chiffres du numéro de réseau peut être n'importe quelle valeur comprise entre 0 et 32.

Utilisez la notation barre oblique, telle que : 128.14.35.7/20, indiquant que les 20 premiers chiffres correspondent au numéro de réseau et que le masque de sous-réseau correspondant est : 11111111 11111111 11110000 00000000.

Effectuez l'opération AND&& sur l'adresse IP et le masque de sous-réseau pour obteniradresse du site Web(comme 128.14.32.0/20), maintenant l'adresse réseau doit spécifier le préfixe réseau, sinon il est impossible de spécifier une adresse réseau spécifique

Avant l'apparition du CIDR, il n'était généralement pas nécessaire de spécifier un préfixe, car les classes ABC avaient un préfixe fixe de 16/08/24. Les adresses IP ne spécifiaient pas de préfixe et pouvaient également être distinguées en fonction du champ du numéro de réseau.

Adresse réseau 128.14.32.7

128.14.32.7/20 spécifie l'adresse IP du préfixe réseau

128.14.32.0/20 Un bloc d'adresse ou un préfixe réseau contenant plusieurs adresses IP

CIDR trois blocs d'adresses spéciaux :

Préfixe n=32 On dit que le préfixe n'a pas de numéro d'hôte. Il s'agit de l'adresse IP et est utilisée pour le routage de l'hôte.

Préfixe n=31, le numéro d'hôte est 0/1, ce préfixe de bloc d'adresse/réseau est utilisé pour les liaisons point à point

Préfixe n=0, 0.0.0.0/0, utilisé pour le routage par défaut

Adresse IP et adresse MAC

L'adresse MAC est l'adresse matérielle utilisée par la couche liaison de données

L'adresse IP est une adresse utilisée par la couche réseau et les couches supérieures. C'est une adresse logique.

Protocole de résolution d'adresse ARP

ARP : obtenez l'adresse MAC correspondante en fonction de la résolution de l'adresse IP

Protocole de résolution d'adresse inversée RARP, MAC → flèche droiteIP, inclus dans le DHCP actuel

Protocole DHCP : peut attribuer dynamiquement des adresses IP aux hôtes. Par exemple, si un téléphone mobile entre dans un nouveau réseau local, il a besoin d'un serveur DHCP pour lui attribuer dynamiquement une adresse IP.

Il existe un cache pour stocker les relations de mappage IP MAC

Format de datagramme IP

Après l'en-tête IPv4 20 octets / 160 bits plus la partie données, le nombre total d'octets peut varier entre 20 et 65 535 octets.

Voici la composition spécifique de 160 bits

Insérer la description de l'image ici

Parmi eux, l'unité de longueur d'en-tête est de 4B/4 octets, ce qui correspond en fait à 1 ligne de 4 octets et 32 ​​bits.
Le maximum est de 15 lignes, le minimum est de 5 lignes, soit le maximum est de 60 octets et la partie fixe minimale est de 20 octets.

L'unité de longueur totale est 1B/1 octet, 0-65535 octets

L'unité de décalage de tranche est8 octets / 8B(Pas 8 bits, frère !), si le décalage de tranche = 000...1, c'est-à-dire que le début de la petite tranche fragmentée est à la position 8B de la grande tranche d'origine.

L'indicateur comporte 3 chiffres, mais seuls deux sont significatifs. MF=1 indique qu'il y aura une fragmentation plus tard, et DF=1 indique que la fragmentation ne peut pas être effectuée.

4.3 Le processus de transfert des paquets au niveau de la couche IP

Transfert basé sur le point de terminaison

Il existe un concept de transfert saut par saut dans le paquet. Chaque transfert est basé sur l'adresse de destination indiquée dans l'en-tête du paquet.

S'il s'agit d'un hôte sur ce réseau, il sera délivré directement, sinon il sera délivré indirectement au routeur.

correspondance de préfixe la plus longue

Le processus précédent d'interrogation de la table de transfert était le processus de correspondance de préfixe. Ici, celui avec le préfixe le plus long est prioritaire.

Recherche binaire pour trouver la table de transfert

Au lieu de rechercher tous les préfixes, appuyez sur 0/1 pour lancer une recherche binaire descendante.

4.4 Protocole de message de contrôle Internet ICMP

Insérer la description de l'image ici

1. ICMP doit résoudre deux problèmes majeurs

Diverses erreurs dans la transmission et l'arrivée des paquets de retour

Interroger les informations sur l'hôte ou le routeur

2. ICMP est un protocole de couche réseau, mais il n'est pas directement transmis à la couche de liaison de données inférieure, mais est encapsulé dans un datagramme IP et transmis à la couche inférieure.

3. Dans le datagramme IP, si le champ protocole est 1, il s'agit d'un message ICMP.

Classification

Cinq types de messages d'erreur renvoyés
  • suppression des sources Il n'existe aucun mécanisme pour indiquer à la source que la congestion a été atténuée. La source peut uniquement continuer à ralentir la vitesse d'envoi des paquets jusqu'à ce qu'aucun datagramme ne soit reçu.

  • La destination est inaccessible L'hôte/routeur ne peut pas fournir de datagramme

  • temps mort Le temps de survie (en fait le nombre de sauts) diminue jusqu'à 0, le datagramme est rejeté et un message d'expiration ICMP est envoyé au point source.
    Si les fragments n'arrivent pas complètement dans le délai imparti, un message d'expiration sera envoyé et tous les fragments reçus seront rejetés.

  • Problème de paramètre Il y a une erreur dans l'en-tête du datagramme ou l'en-tête ne dispose pas de certaines options pour envoyer ce message. L'hôte et le routeur peuvent envoyer ce message.

  • changer d'itinéraire La redirection d'itinéraire, dire à l'hôte de me l'envoyer n'est pas le meilleur choix, veuillez le modifier.

Message de demande
  • Vous pouvez utiliser Ping pour tester la connectivité entre deux hôtes. Vous devez utiliser des messages de requête ICMP.

4.5 IPv6

CIDR NAT ne peut pas résoudre fondamentalement le problème de l'épuisement d'IPv4, c'est pourquoi un IPv6 plus performant est né.

4.6 Protocoles de routage Internet

Protocole de passerelle intérieure IGP

Protocole RIP (clé)

Routing Information Protocol RIP (Routing Information Protocol) [Couche application]
Algorithme de routage basé sur le vecteur de distance, AS (système autonome) plus petit, adapté aux petits réseaux ;
Les messages RIP sont un protocole de couche application encapsulé dans des datagrammes UDP.

Caractéristiques du protocole RIP :

RIP utilise le nombre de sauts lors de la mesure des chemins (chaque routeur conserve un enregistrement de la distance entre lui-même et tous les autres routeurs) ;
Le coût du RIP est défini entre le routeur source et le sous-réseau de destination ;
Le diamètre du réseau restreint par RIP ne dépasse pas 15 sauts ;
Échangez toutes les informations avec le voisin et échangez uniquement des informations avec le routeur adjacent, 30 fois actives (diffusion).

Les bonnes nouvelles voyagent rapidement, mais les mauvaises nouvelles voyagent lentement (probablement à cause d'une impasse mutuelle, il a fallu 16 fois * 30 secondes pour se rendre compte que les deux routes s'envoyaient des données en vain)

Protocole OSPF (clé)

Protocole d'ouverture du chemin le plus court en premier OSPF (Ouvrir le chemin le plus court en premier) [Couche réseau]
Algorithme de routage basé sur l'état du lien (c'est-à-dire algorithme de Dijkstra), AS plus grand, adapté aux grands réseaux
Directement encapsulé dans des datagrammes IP pour la transmission. (Comme la couche transport, mais le programme est la couche réseau, ce qui est controversé)

Avantages du protocole OSPF :

Sécurité;
Prend en charge plusieurs chemins avec le même coût ;
Prendre en charge la mesure des coûts différenciés ;
Prend en charge le routage unicast et le routage multicast ;
Routage hiérarchique.

Protocole de passerelle extérieure EGP

BGP (Border Gateway Protocol) Protocole de passerelle frontalière [Couche d'application
Il s'agit d'un protocole exécuté entre AS pour trouver un bon itinéraire : toutes les informations sont échangées pour la première fois, et seules les parties modifiées sont échangées plus tard, et l'encapsulation BGP est effectuée.TCPsegment

4.7 Multidiffusion IP

Diffusion monodiffusion (diffusion totale) Multidiffusion (multidiffusion selon les besoins)

4.8 Réseau privé virtuel VPN et traduction d'adresses réseau NAT

VPN

VPN, le nom complet est Virtual Private Network, c'est-à-dire « réseau privé virtuel », est une sorte de communication via un réseau public (tel qu'Internet)Établir une connexion sécurisée cryptée dans un réseau non sécurisé Technologie. VPN isole la communication entre le terminal de l'utilisateur et le serveur en établissant un canal virtuel crypté pour garantir la confidentialité, l'intégrité et la disponibilité de la transmission des données.

NAT

NAT est utilisé dans les réseaux privés où plusieurs hôtes accèdent à Internet via une adresse IP publique, ce qui ralentit la consommation des adresses IP mais augmente la complexité de la communication réseau.

4.9 Traduction d'étiquettes multiprotocoles MPLS

Multiprotocol Label Switching (MPLS) est une technologie de transmission de données dans des réseaux à commutation de paquets. Il utilise des étiquettes pour transférer les paquets de données au lieu de s'appuyer sur l'adresse IP de destination comme le routage IP traditionnel.

Par rapport au routage IP traditionnel, il analyse uniquement l'en-tête IP à la périphérie du réseau lors du transfert de données, au lieu d'analyser l'en-tête IP à chaque saut, ce qui permet d'économiser du temps de traitement.

4.10 Introduction au SDN de réseau défini par logiciel

SDN est une nouvelle architecture réseau innovanteVirtualisation du réseau un moyen de mise en œuvre.QueTechnologie de baseOpenFlowen ajoutantÉquipement InternetLe plan de contrôle est séparé du plan de données, réalisant ainsiTrafic réseauUn contrôle flexible rend le réseau plus intelligent et fournitréseau centralet l'innovation applicative constitue une bonne plateforme.