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Compartir notas en la red informática (Capítulo 4 Capa de red)

2024-07-12

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En el proceso de aprendizaje de redes informáticas, recopilé algunos puntos clave que pueden probarse en el examen. Es posible que algunos puntos específicos no estén cubiertos. Continuaremos actualizando en el futuro, ¡espero que sea útil para todos!

4. Capa de red

4.1 Varios conceptos importantes de la capa de red.

Dos servicios proporcionados por la capa de red.

servicio de circuito virtual

Orientado a la conexión, brindando servicios de transmisión confiables.

servicio de datagramas

Para servicios sin conexión, no se proporciona ningún compromiso de calidad del servicio y la transmisión de paquetes puede provocar la pérdida de datos.

Dos niveles de capa de red.

nivel de control

Diferentes rutas necesitan intercambiar información y se genera una tabla de reenvío basada en el algoritmo de enrutamiento para proporcionar datos a la capa de datos.

nivel de datos

Según la tabla de reenvío generada por el plano de control, el paquete recibido se reenvía desde la interfaz correspondiente encontrada.

4.2 Protocolo de Internet IP

IP, también conocido como protocolo Kahn-Cerf, es uno de los dos protocolos más importantes del sistema TCP/IP.

Actualmente dividido en dos tipos: IPv4 e IPv6

Se utilizan tres protocolos de soporte: Protocolo de resolución de direcciones (ARP), Protocolo de mensajes de control de Internet (ICMP) y Protocolo de administración de grupos de Internet (IGMP).

red virtual

Equipos intermedios para la interconexión de redes.

Capa física: repetidor
Capa de enlace de datos: puentes/puentes, conmutadores
Capa de red: enrutador
Por encima de la capa de red: puerta de enlace

Por razones históricas: a veces TCP/IP trata a los enrutadores en la capa de red también como puertas de enlace.

Dado que la red de Internet real tiene el mismo IP de protocolo de Internet, se puede abstraer en una red de Internet virtual.

En esta red, los datagramas se pueden entregar directamente; de ​​lo contrario, deben entregarse indirectamente mediante enrutamiento y reenvío.

dirección IP

Dirección IP y su representación

32 bits, 4 bytes, estos 4 bytes se dividen por ., es decir, notación decimal con puntos

Los primeros n dígitos son el número de red y los últimos 32 n son el número de host.

Dirección IP clasificada

Dirección unidifusión Clase A n=8 Clase B n=16 Clase C n=24

Dirección de multidifusión clase D

Categoría A Número de red de 1 dígito, número de red asignable de 7 dígitos 2 7 − 2 = 126 2^7-2=126 272=126, el número máximo de hosts en la red 2 24 − 2 2^{24}-2 2242

Categoría B Número de red de 2 dígitos, número de red asignable de 14 dígitos 2 14 2^{14} 214, el número máximo de hosts en la red 2 16 − 2 2^{16}-2 2162

Categoría C Número de red de 3 dígitos, número de red asignable de 21 dígitos 2 21 2^{21} 221, el número máximo de hosts en la red 2 8 − 2 2^{8}-2 282

Dirección de multidifusión clase D

Categoría E reservada para uso futuro

Nota: El número de redes en Clase A es -2: en el campo de número de red, todos los 0 representan esta red y todos los 1 representan la prueba de bucle invertido.

El número de red en otras categorías no necesita ser -2: el campo de número de red comienza todo con 1, es imposible que todos sean 0, 01111111 representa la prueba de bucle invertido y es imposible que aparezca aquí.

Número máximo de hosts: 2: esto se debe a que en el campo de número de host, se deben restar los números de host de todos los 0 y todos los 1. Todos los 1 representan todos los hosts de la red.

CIDR de direccionamiento sin clases

Cambie el número de red a un prefijo de red, pero la cantidad de dígitos en el número de red puede tener cualquier valor entre 0 y 32

Utilice notación de barra, como: 128.14.35.7/20, lo que indica que los primeros 20 dígitos son el número de red y la máscara de subred correspondiente es: 11111111 11111111 11110000 00000000

Realice la operación AND&& en la dirección IP y la máscara de subred para obtenerdirección web(como 128.14.32.0/20), ahora la dirección de red debe especificar el prefijo de red; de lo contrario, es imposible especificar una dirección de red específica

Antes de que apareciera CIDR, generalmente no era necesario especificar un prefijo, porque las clases ABC tenían un prefijo fijo de 16/8/24. Las direcciones IP no especificaban un prefijo y también se podían distinguir según el campo de número de red.

Dirección de red 128.14.32.7

128.14.32.7/20 especifica la dirección IP del prefijo de red

128.14.32.0/20 Un bloque de direcciones o prefijo de red que contiene varias direcciones IP

CIDR tres bloques de direcciones especiales:

Prefijo n=32 Se dice que el prefijo no tiene número de host. Esta es la dirección IP y se utiliza para el enrutamiento del host.

Prefijo n = 31, el número de host es 0/1, este bloque de direcciones/prefijo de red se utiliza para enlaces punto a punto

Prefijo n=0, 0.0.0.0/0, utilizado para el enrutamiento predeterminado

Dirección IP y dirección MAC

La dirección MAC es la dirección de hardware utilizada por la capa de enlace de datos.

La dirección IP es una dirección utilizada por la capa de red y las capas superiores. Es una dirección lógica.

Protocolo de resolución de direcciones ARP

ARP: obtenga la dirección MAC correspondiente según la resolución de la dirección IP

Protocolo de resolución de dirección inversa RARP, MAC → flecha derechaIP, incluida en el DHCP actual

Protocolo DHCP: puede asignar dinámicamente direcciones IP a los hosts. Por ejemplo, si un teléfono móvil ingresa a una nueva LAN, necesita un servidor DHCP para asignarle dinámicamente una dirección IP.

Hay un caché para almacenar las relaciones de mapeo IP MAC

formato de datagrama IP

Después del encabezado IPv4 de 20 bytes/160 bits más la parte de datos, el número total de bytes puede variar entre 20 y 65.535 bytes.

La siguiente es la composición específica de 160 bits.

Insertar descripción de la imagen aquí

Entre ellos, la unidad de longitud del encabezado es 4B/4 bytes, que en realidad es 1 fila de 4 bytes y 32 bits.
El máximo es 15 líneas, el mínimo es 5 líneas, es decir, el máximo es 60 bytes y la parte fija mínima es 20 bytes.

La unidad de longitud total es 1B/1 byte, 0-65535 bytes

La unidad de desplazamiento del corte es8 bytes / 8B(¡No de 8 bits, hermano!), si el desplazamiento del segmento = 000...1, es decir, el comienzo del segmento pequeño fragmentado está en la posición 8B del segmento grande original.

La bandera tiene 3 dígitos, pero solo dos son significativos. MF = 1 indica que habrá fragmentación más adelante y DF = 1 indica que no se puede realizar la fragmentación.

4.3 El proceso de reenvío de paquetes en la capa IP

Reenvío basado en puntos finales

Existe un concepto de reenvío salto a salto en el paquete. Cada reenvío se basa en la dirección de destino en el encabezado del paquete.

Si es un host en esta red, se entregará directamente; de ​​lo contrario, se entregará indirectamente al enrutador.

coincidencia de prefijo más larga

El proceso anterior de consultar la tabla de reenvío era el proceso de coincidencia de prefijos. Aquí se le da prioridad al que tiene el prefijo más largo.

Búsqueda binaria para encontrar la tabla de reenvío

En lugar de buscar todos los prefijos, presione 0/1 para iniciar una búsqueda binaria descendente.

4.4 Protocolo de mensajes de control de Internet ICMP

Insertar descripción de la imagen aquí

1. ICMP debe resolver dos problemas principales

Varios errores en la transmisión y llegada del paquete de retroalimentación.

Consultar información del host o enrutador

2. ICMP es un protocolo de capa de red, pero no se pasa directamente a la capa de enlace de datos inferior, sino que se encapsula en un datagrama IP y se pasa a la capa inferior.

3. En el datagrama IP, si el campo de protocolo es 1, es un mensaje ICMP.

Clasificación

Cinco tipos de mensajes de error devueltos
  • supresión de fuente No existe ningún mecanismo para decirle a la fuente que la congestión se ha aliviado. La fuente solo puede continuar disminuyendo la velocidad de envío de paquetes hasta que no se reciban más datagramas.

  • El destino es inalcanzable El host/enrutador no puede entregar el datagrama

  • se acabó el tiempo El tiempo de supervivencia (en realidad, el número de saltos) disminuye a 0, el datagrama se descarta y se envía un mensaje de tiempo de espera ICMP al punto de origen.
    Si los fragmentos no llegan completamente dentro del temporizador, se enviará un mensaje de tiempo de espera y se descartarán todos los fragmentos recibidos.

  • Problema de parámetros Hay un error en el encabezado del datagrama o el encabezado carece de algunas opciones para enviar este mensaje. Tanto el host como el enrutador pueden enviar este mensaje.

  • cambiar ruta Redirección de ruta, decirle al host que me la envíe no es la mejor opción, cámbiela.

mensaje de consulta
  • Puede utilizar Ping para probar la conectividad entre dos hosts. Debe utilizar mensajes de consulta ICMP.

4.5 IPv6

CIDR NAT no puede resolver fundamentalmente el problema del agotamiento de IPv4, por lo que nace un IPv6 mayor.

4.6 Protocolos de enrutamiento de Internet

Protocolo de puerta de enlace interior IGP

Protocolo RIP (clave)

Protocolo de información de enrutamiento RIP (Protocolo de información de enrutamiento) [capa de aplicación]
Algoritmo de enrutamiento basado en vector de distancia, AS (sistema autónomo) más pequeño, adecuado para redes pequeñas;
Los mensajes RIP son un protocolo de capa de aplicación que se encapsula en datagramas UDP.

Características del protocolo RIP:

RIP utiliza el recuento de saltos al medir rutas (cada enrutador mantiene un registro de la distancia entre sí mismo y todos los demás enrutadores);
El costo de RIP se define entre el enrutador de origen y la subred de destino;
El diámetro de la red restringido por RIP no supera los 15 saltos;
Intercambie toda la información con el vecino y solo intercambie información con el enrutador adyacente, 30 veces activas (transmisión).

Las buenas noticias viajan rápido, pero las malas noticias viajan lentamente (probablemente debido al punto muerto mutuo, tomó 16 veces * 30 segundos darse cuenta de que las dos rutas se enviaban datos entre sí en vano)

Protocolo OSPF (clave)

Abrir primero la ruta más corta Protocolo OSPF (Abrir primero la ruta más corta) [Capa de red]
Algoritmo de enrutamiento basado en el estado del enlace (es decir, algoritmo de Dijkstra), AS más grande, adecuado para redes grandes
Directamente encapsulado en datagramas IP para su transmisión. (Como la capa de transporte, pero el plan de estudios es la capa de red, lo cual es controvertido)

Ventajas del protocolo OSPF:

Seguridad;
Admite múltiples rutas con el mismo costo;
Apoyar la medición de costos diferenciada;
Admite enrutamiento de unidifusión y enrutamiento de multidifusión;
Enrutamiento jerárquico.

Protocolo de puerta de enlace exterior EGP

BGP (Protocolo de puerta de enlace fronteriza) Protocolo de puerta de enlace fronteriza [Capa de aplicación
Es un protocolo que se ejecuta entre AS para encontrar una buena ruta: toda la información se intercambia por primera vez, y luego solo las partes modificadas se intercambian y se realiza la encapsulación BGP.Protocolo de control de tráficosegmento

4.7 Multidifusión IP

Difusión unidifusión (transmitir todo) Multidifusión (multidifusión según sea necesario)

4.8 Red privada virtual VPN y traducción de direcciones de red NAT

VPN

VPN, el nombre completo es Red Privada Virtual, es decir, "red privada virtual", es un tipo de comunicación a través de una red pública (como Internet)Establecer una conexión segura cifrada en una red no segura Tecnología. VPN aísla la comunicación entre el dispositivo terminal del usuario y el servidor estableciendo un canal virtual cifrado para garantizar la confidencialidad, integridad y disponibilidad de la transmisión de datos.

NAT

NAT se utiliza en redes privadas donde varios hosts acceden a Internet a través de una IP pública, lo que ralentiza el consumo de direcciones IP pero aumenta la complejidad de la comunicación de la red.

4.9 Traducción de etiquetas multiprotocolo MPLS

La conmutación de etiquetas multiprotocolo (MPLS) es una tecnología para transmitir datos en redes de conmutación de paquetes. Utiliza etiquetas para reenviar paquetes de datos en lugar de depender de la dirección IP de destino como el enrutamiento IP tradicional.

En comparación con el enrutamiento IP tradicional, solo analiza el encabezado IP en el borde de la red al reenviar datos, en lugar de analizar el encabezado IP en cada salto, lo que ahorra tiempo de procesamiento.

4.10 Introducción a las redes definidas por software SDN

SDN es una nueva arquitectura de red innovadora queVirtualización de red una forma de implementación.EsoTecnología del núcleoFlujo abiertoañadiendoequipo de internetEl plano de control está separado del plano de datos, logrando asíTráfico de redEl control flexible hace que la red sea más inteligente y proporcionared de núcleoy la innovación de aplicaciones proporciona una buena plataforma.