Compartilhamento de tecnologia

Compartilhamento de notas de rede de computadores (Capítulo 4 Camada de rede)

2024-07-12

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

introduzir
No processo de aprendizagem de redes de computadores, compilei alguns pontos-chave que podem ser testados no exame. Alguns pontos específicos podem não ser abordados. Continuaremos atualizando no futuro, espero que seja útil para todos!

4. Camada de rede

4.1 Vários conceitos importantes da camada de rede

Dois serviços fornecidos pela camada de rede

serviço de circuito virtual

Orientado para conexão, fornecendo serviços de transmissão confiáveis

serviço de datagrama

Para conexões sem conexão, nenhum compromisso de qualidade de serviço é fornecido e a transmissão de pacotes pode causar perda de dados.

Dois níveis de camada de rede

nível de controle

Rotas diferentes precisam trocar informações e uma tabela de encaminhamento é gerada com base no algoritmo de roteamento para fornecer dados à camada de dados.

nível de dados

De acordo com a tabela de encaminhamento gerada pelo plano de controle, o pacote recebido é encaminhado da interface correspondente encontrada.

4.2 Protocolo de Internet IP

IP, também conhecido como protocolo Kahn-Cerf, é um dos dois protocolos mais importantes no sistema TCP/IP.

Atualmente dividido em dois tipos: IPv4 e IPv6

Três protocolos de suporte são usados: Protocolo de Resolução de Endereço (ARP), Protocolo de Mensagens de Controle da Internet (ICMP) e Protocolo de Gerenciamento de Grupo da Internet (IGMP).

rede virtual

Equipamentos intermediários para interligação de redes

Camada física: repetidor
Camada de enlace de dados: pontes/pontes, switches
Camada de rede: roteador
Acima da camada de rede: gateway

Por razões históricas: às vezes o TCP/IP também trata os roteadores na camada de rede como gateways

Como a rede real da Internet tem o mesmo IP do protocolo da Internet, ela pode ser abstraída em uma rede virtual da Internet

Nesta rede, os datagramas podem ser entregues diretamente, caso contrário, precisam ser entregues indiretamente através de roteamento e encaminhamento.

endereço de IP

Endereço IP e sua representação

32 bits, 4 bytes, esses 4 bytes são divididos por ., ou seja, notação decimal pontilhada

Os primeiros n dígitos são o número da rede e os últimos 32 n são o número do host.

Endereço IP classificado

Endereço unicast Classe A n=8 Classe B n=16 Classe C n=24

Classe D de endereço multicast

Categoria A Número de rede de 1 dígito, número de rede atribuível de 7 dígitos 2 7 − 2 = 126 2^7-2=126 272=126, o número máximo de hosts na rede 2 24 − 2 2^{24}-2 2242

Categoria B Número de rede de 2 dígitos, número de rede atribuível de 14 dígitos 2 14 2^{14} 214, o número máximo de hosts na rede 2 16 − 2 2^{16}-2 2162

Categoria C Número de rede de 3 dígitos, número de rede atribuível de 21 dígitos 2 21 2^{21} 221, o número máximo de hosts na rede 2 8 − 2 2^{8}-2 282

Endereço multicast classe D

Categoria E reservada para uso futuro

Nota: O número de redes na Classe A é -2: No campo do número da rede, todos os 0 representam esta rede e todos os 1 representam o teste de loopback.

O número da rede em outras categorias não precisa ser -2: o campo do número da rede começa todo com 1, é impossível todos 0, 01111111 representa o teste de loopback e é impossível aparecer aqui.

Número máximo de hosts - 2: Isso ocorre porque no campo do número do host, os números de host de todos os 0s e todos os 1s precisam ser subtraídos.

Endereçamento CIDR sem classe

Altere o número da rede para um prefixo de rede, mas o número de dígitos no número da rede pode ser qualquer valor entre 0 e 32

Use notação de barra, como: 128.14.35.7/20, indicando que os primeiros 20 dígitos são o número da rede e a máscara de sub-rede correspondente é: 11111111 11111111 11110000 00000000

Execute a operação AND&& no endereço IP e na máscara de sub-rede para obterendereço do website(como 128.14.32.0/20), agora o endereço de rede deve especificar o prefixo da rede, caso contrário, será impossível especificar um endereço de rede específico

Antes do surgimento do CIDR, geralmente não havia necessidade de especificar um prefixo, porque as classes ABC tinham um prefixo fixo de 16/08/24. Os endereços IP não especificavam um prefixo e também podiam ser distinguidos com base no campo do número da rede.

Endereço de rede 128.14.32.7

128.14.32.7/20 especifica o endereço IP do prefixo de rede

128.14.32.0/20 Um bloco de endereço ou prefixo de rede contendo vários endereços IP

CIDR três blocos de endereços especiais:

Prefixo n=32. Diz-se que o prefixo não possui número de host. Este é o endereço IP e é usado para roteamento de host.

Prefixo n = 31, o número do host é 0/1, este bloco de endereço/prefixo de rede é usado para links ponto a ponto

Prefixo n=0, 0.0.0.0/0, usado para roteamento padrão

Endereço IP e endereço MAC

Endereço MAC é o endereço de hardware usado pela camada de enlace de dados

O endereço IP é um endereço usado pela camada de rede e pelas camadas acima. É um endereço lógico.

Protocolo de resolução de endereço ARP

ARP: Obtenha o endereço MAC correspondente com base na resolução do endereço IP

Protocolo de resolução de endereço reverso RARP, MAC → seta para a direitaIP, incluído no DHCP atual

Protocolo DHCP: pode alocar dinamicamente endereços IP para hosts. Por exemplo, se um telefone celular entrar em uma nova LAN, ele precisará de um servidor DHCP para alocar dinamicamente um endereço IP para ele.

Existe um cache para armazenar relacionamentos de mapeamento IP MAC

Formato de datagrama IP

Após o cabeçalho IPv4 20 bytes/160 bits mais a parte de dados, o número total de bytes pode variar entre 20 e 65.535 bytes

A seguir está a composição específica de 160 bits

Insira a descrição da imagem aqui

Entre eles, a unidade de comprimento do cabeçalho é 4B/4 bytes, que na verdade é 1 linha de 4 bytes e 32 bits.
O máximo é 15 linhas, o mínimo é 5 linhas, ou seja, o máximo é 60 bytes, e a parte fixa mínima é 20 bytes

A unidade de comprimento total é 1B/1 byte, 0-65535 bytes

A unidade de deslocamento da fatia é8 bytes / 8B(Não é 8 bits, irmão!), se o deslocamento da fatia = 000...1, ou seja, o início da fatia pequena fragmentada está na posição 8B da fatia grande original.

O sinalizador possui 3 dígitos, mas apenas dois são significativos MF=1 indica que haverá fragmentação posteriormente e DF=1 indica que a fragmentação não pode ser executada.

4.3 O processo de encaminhamento de pacotes na camada IP

Encaminhamento baseado em endpoint

Existe um conceito de encaminhamento salto a salto no pacote. Cada encaminhamento é baseado no endereço de destino no cabeçalho do pacote.

Se for um host nesta rede, será entregue diretamente, caso contrário, será entregue indiretamente ao roteador.

correspondência de prefixo mais longa

O processo anterior de consulta à tabela de encaminhamento era o processo de correspondência de prefixo. Aqui, aquele com o prefixo mais longo tem prioridade.

Pesquisa binária para encontrar tabela de encaminhamento

Em vez de procurar todos os prefixos, pressione 0/1 para iniciar uma pesquisa binária descendente.

4.4 Protocolo de mensagens de controle da Internet ICMP

Insira a descrição da imagem aqui

1. O ICMP resolverá dois problemas principais

Vários erros na transmissão e chegada de pacotes de feedback

Consultar informações de host ou roteador

2. ICMP é um protocolo da camada de rede, mas não é passado diretamente para a camada inferior de enlace de dados, mas é encapsulado em um datagrama IP e passado para a camada inferior.

3. No datagrama IP, se o campo de protocolo for 1, é uma mensagem ICMP.

Classificação

Cinco tipos de mensagens de erro retornadas
  • supressão de fonte Não existe nenhum mecanismo para informar à fonte que o congestionamento foi aliviado. A fonte só pode continuar a diminuir a velocidade de envio de pacotes até que nenhum outro datagrama seja recebido.

  • O destino é inacessível Host/roteador não pode entregar datagrama

  • tempo esgotado O tempo de sobrevivência (na verdade, o número de saltos) diminui para 0, o datagrama é descartado e uma mensagem de tempo limite ICMP é enviada ao ponto de origem.
    Caso os fragmentos não cheguem completamente dentro do timer, uma mensagem de timeout será enviada e todos os fragmentos recebidos serão descartados.

  • Problema de parâmetro Há um erro no cabeçalho do datagrama ou o cabeçalho não possui algumas opções para enviar esta mensagem. Tanto o host quanto o roteador podem enviar esta mensagem.

  • mudar rota Redirecionamento de rota, dizer ao host para enviá-lo para mim não é a melhor escolha, altere-o.

Mensagem de consulta
  • Você pode usar o Ping para testar a conectividade entre dois hosts. Você precisa usar mensagens de consulta ICMP.

4.5 IPv6

O CIDR NAT não pode resolver fundamentalmente o problema do esgotamento do IPv4, então nasce um IPv6 maior.

4.6 Protocolos de roteamento da Internet

Protocolo de gateway interno IGP

Protocolo RIP (chave)

Routing Information Protocol RIP (Routing Information Protocol) [camada de aplicação]
Algoritmo de roteamento baseado em vetor de distância, AS (sistema autônomo) menor, adequado para redes pequenas;
As mensagens RIP são um protocolo da camada de aplicação encapsulado em datagramas UDP.

Recursos do protocolo RIP:

O RIP usa contagem de saltos ao medir caminhos (cada roteador mantém um registro da distância entre si e todos os outros roteadores);
O custo do RIP é definido entre o roteador de origem e a sub-rede de destino;
O diâmetro da rede restrito pelo RIP não excede 15 saltos;
Troque todas as informações com o vizinho, e troque apenas informações com o roteador adjacente, 30 tempos ativos (broadcast).

Boas notícias viajam rapidamente, mas más notícias viajam lentamente (provavelmente por causa de um impasse mútuo, demorou 16 vezes x 30 segundos para perceber que as duas rotas estavam enviando dados uma para a outra em vão)

Protocolo OSPF (chave)

Open Shortest Path First Protocol OSPF (Open Shortest Path First) [Camada de Rede]
Algoritmo de roteamento baseado no status do link (ou seja, algoritmo Dijkstra), AS maior, adequado para redes grandes
Encapsulado diretamente em datagramas IP para transmissão. (Como a camada de transporte, mas o plano de estudos é a camada de rede, o que é controverso)

Vantagens do protocolo OSPF:

Segurança;
Suporta múltiplos caminhos com o mesmo custo;
Apoiar a medição diferenciada de custos;
Suporta roteamento unicast e roteamento multicast;
Roteamento hierárquico.

Protocolo de gateway externo EGP

BGP (Protocolo de Gateway de Fronteira) Protocolo de Gateway de Fronteira [Camada de aplicação
É um protocolo executado entre ASs para encontrar uma boa rota: todas as informações são trocadas pela primeira vez, e apenas as partes alteradas são trocadas posteriormente, e o encapsulamento BGP é realizado.TCPsegmento

4.7 Multicast IP

Transmissão Unicast (transmitir tudo) Multicast (multicast conforme necessário)

4.8 VPN de rede privada virtual e NAT de tradução de endereços de rede

VPN

VPN, o nome completo é Virtual Private Network, ou seja, “rede virtual privada”, é um tipo de comunicação através de uma rede pública (como a Internet)Estabelecendo uma conexão segura criptografada em uma rede não segura Tecnologia. A VPN isola a comunicação entre o dispositivo terminal do usuário e o servidor, estabelecendo um canal virtual criptografado para garantir a confidencialidade, integridade e disponibilidade da transmissão de dados.

NAT

O NAT é usado em redes privadas onde vários hosts acessam a Internet através de um IP público, o que retarda o consumo de endereços IP, mas aumenta a complexidade da comunicação da rede.

4.9 MPLS de tradução de etiquetas multiprotocolo

Multiprotocol Label Switching (MPLS) é uma tecnologia para transmissão de dados em redes comutadas por pacotes. Ele usa rótulos para encaminhar pacotes de dados em vez de depender do endereço IP de destino como o roteamento IP tradicional.

Comparado ao roteamento IP tradicional, ele analisa apenas o cabeçalho IP na borda da rede ao encaminhar dados, em vez de analisar o cabeçalho IP a cada salto, economizando tempo de processamento.

4.10 Introdução à rede definida por software SDN

SDN é uma nova arquitetura de rede inovadora que éVirtualização de rede uma forma de implementação.QueTecnologia essencialFluxo abertoadicionandoEquipamento de internetO plano de controle é separado do plano de dados, conseguindo assimTráfego de redeO controle flexível torna a rede mais inteligente e fornecerede principale a inovação em aplicativos fornece uma boa plataforma.