A. 計算機網路——4.網路層
將網路互連並能夠互相通信，會遇到許多問題，例如：不同的定址方案(不同的網路可能地址的表示位數不同)，不同的最大分組長度(最大幀長)，不同的網路接入機制，不同的超時控制，不同的差錯恢復方法......
如何 將異構的網路互相連接起來 ：使用一些 中間設備(中間系統)(中繼系統) ：
1.IP地址及其表示方法
IP地址就是給每個連接在互聯網上的 主機(或路由器) 分配一個在全世界范圍內是 唯一的32位 的標識符。IP地址由互聯網名字和數字分配機構(ICANN)進行分配。分配給ISP，然後用戶再通過ISP申請到一個IP地址。
2.IP地址的編址方式
後續還有 NAT 和 IPv6 這些方法
正常使用ABC三類，DE兩類用作科研或者其他一般不開放使用。D類地址還是多播地址
A類地址：
B類地址：
C類地址：
3.特殊IP地址
4.IP地址的一些重要特點
IP地址與硬體地址是不同的地址
通信時使用的兩個地址：
每個介面都有兩個地址，網路層及以上的使用IP地址，數據鏈路層和物理層使用MAC地址(物理地址)
1.地址解析協議ARP的作用
3.ARP分組的傳輸
4.ARP高速緩存的作用
5.ARP欺騙
網路上的任意一台主機，在 沒有接收到ARP請求 的情況下，可以 主動發送ARP響應 。
6.應當注意的問題
7.使用ARP的四種典型情況
假設現在有四個A類網路通過三個路由器連接在一起，而每個網路上都有成千上萬台主機，如果按照目的主機的主機號來製作路由表，那麼一個路由表就有 成千上萬行 ，這樣路由表的內存會過於龐大，因此我們按照 目的主機所在網路地址 來製作路由表，相當於 歸類紀錄 ，這樣的話每個路由表只需要幾行就可以，會大大簡化。如下圖：
2.特定主機路由 ：雖然互聯網所有的分組轉發都是基於 目的主機所在的網路 ，但是在大多數情況下，都允許有一個特例，即 指定某個網路中的某一台主機填入路由表 ，採用特定主機路由可以使網路管理人員 更方便地控制網路和測試網路 ，同時也考慮到某種 安全問題 。
3.默認路由 ：假如現在有一個分組的地址為1.2.3.4那麼它的網路地址就是1.0.0.0，但是在路由表中沒有記錄，那麼路由器就不知道該轉發給誰，怎麼轉發，就會將這個分組丟棄，為了避免這種情況，有了默認路由，一旦出現 找不到目的地址的分組 ，就 由默認路由轉發 (或者說 默認路由能夠匹配所有的地址 )。但同時 默認路由的優先順序是最小的 ，也就是 只有在找不到的情況下才會使用 ，找到了的話就不會用默認路由。採用默認路由可以 減少路由表所佔用的空間和搜索路由表所用的時間 ，如果主機連接在一個 小網路 上，並且這個網路只用一個路由器與互聯網連接，那麼這種情況非常適合使用默認路由。例如下圖：
1.從兩級IP地址到三級IP地址
早期IP地址的不合理設計：IP地址浪費極大，因此對分類的IP地址做了一個改進，劃分子網：在IP地址中增加一個"子網號欄位"，使原本的兩級地址(網路號，主機號)變成三級地址(網路號，主機號，子網號)，如下圖所示：
例如：
3.子網掩碼
規則：
(6).報告轉發分組出錯
1.網路前綴
劃分子網雖然在一定程度上解決了困難，但是並 沒有從根本上解決 ，仍然有幾個問題：
2.CIDR的特點
CIDR是在 變長子網掩碼(VLSM) 的基礎上進一步提出的，它的全稱為 無分類域間選擇(CIDR) 。
主要特點：
3.路由聚合
4.CIDR記法的其它形式
5.CIDR地址塊劃分
B. 路由器是做什麼用的
我國的網民據統計快破8億人了，這個規模實在是不小。在移動互聯網興起之前，也就是PC時代，家庭裡面如果有一台電腦的，只需要一根網線、光貓就可以了。也就是使用有線網路。
但隨著移動互聯網的越來越普及（也可以說是智能手機越來普及的時候），我們對於移動網路的需求也越來越多。而這時候，路由器這一個在網路使用中扮演著重要角色的硬體設備就派上了大用處了。
路由器是一種智能選擇數據傳輸路徑的網路設備，其依賴的是數據中的IP地址，功能如下：
1、連接網路。路由器也稱為網關，它將局域網路連接起來組成規模更大的廣域網路，在連接異構網路時（異構網路就是指不同的網路類型，如ATM網路，FDDI網路，乙太網絡等），由於異構網路採用不同的數據封裝方式，無法直接通信，而路由器能夠將這些不同的封裝數據進行「翻譯」，從而實現異構網路的通信。此外，對於區域網而言，廣域網無疑是一個異構網路。
2、路由器還可以隔離廣播。由於交換機會將廣播發送到整個網路中的每個埠，這會嚴重影響網路的傳輸效率，並且會大量佔用計算機的CPU性能。路由器可以將這些廣播隔離在區域網內，以達到分隔廣播域的作用，從而提高每個區域網的傳輸效率。
3、作為整個區域網絡與外界聯絡的唯一出口，路由器還擔負著保護內部用戶和數據的責任。
現在市面上出現了很多智能路由器，連接網路和使用起來都要比早期的路由器要好非常多。例如我現在在使用的360品牌的智能路由器，簡單兩步就可以安裝完成，搭配智能APP，在手機上隨時都可以控制自己家裡的路由器，內置無線信號放大功能，網速相對穩定，還能防止蹭網，個人覺得已經是路由器裡面的前衛產品了。
綜上所述，路由器是現在每戶家庭都需要必備的網路設備。
C. 請問大家什麼是 異構網路呢
異構網路
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異構網路(Heterogeneous Network）是一種類型的網路，其是由不同製造商生產的計算機，網路設備和系統組成的，大部分情況下運行在不同的協議上支持不同的功能或應用。
關於異構網路的研究最早追溯到1995的美國加州大學伯克利分校發起的BARWAN（Bay Area Research Wireless Access Network）項目，該項目負責人R.H. Katz在文獻中首次將相互重疊的不同類型網路融合起來以構成異構網路，從而滿足未來終端的業務多樣性需求。為了可以同時接入到多個網路，移動終端應當具備可以接入多個網路的介面，這種移動終端被稱為多模終端。由於多模終端可以接入到多個網路中，因此肯定會涉及到不同網路之間的切換，與同構網路（Homogeneous Wireless Networks）中的水平切換（Horizontal Handoff, HHO）不同，這里稱不同通信系統之間的切換為垂直切換（Vertical Handoff，VHO）。在此後的十幾年中，異構網路在無線通信領域引起了普遍的關注，也成為下一代無線網路的發展方向。很多組織和研究機構都對異構網路進行了深入廣泛的研究，如3GPP、MIH、ETSI、Lucent實驗室、Ericsson研究所、美國的Georgia理工大學和芬蘭的Oulu大學等。
下一代無線網路將是無線個域網(如Bluetooth)、無線區域網(如Wi-Fi)、無線城域網(如WiMAX)、公眾移動通信網(如2G、3G)以及Ad Hoc網路等多種接入網共存的異構無線網路。
中文名：異構網路
外文名：Heterogeneous Wireless Networks
簡寫：HWNs
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介紹
互聯網可以由多個異構網路互聯組成。用來連接異構網路的設備是路由器。
所謂異構是指兩個或以上的無線通信系統採用了不同的接入技術，或者是採用相同的無線接入技術但屬於不同的無線運營商。利用現有的多種無線通信系統，通過系統間融合的方式，使多系統之間取長補短是滿足未來移動通信業務需求一種有效手段，能夠綜合發揮各自的優勢。由於現有的各種無線接入系統在很多區域內都是重疊覆蓋的，所以可以將這些相互重疊的不同類型的無線接入系統智能地結合在一起，利用多模終端智能化的接入手段，使多種不同類型的網路共同為用戶提供隨時隨地的無線接入，從而構成了如圖1所示的異構無線網路。
D. 不同的異構網路通過路由器互聯，那如果我不用路由器 而用中繼器互聯呢，會有什麼影響
1、首先，要明白中繼器的作用，中繼器的作用僅僅是對信號進行放大，增加中繼距離，用在擴展區域網的覆蓋范圍，屬於物理層的設備，或者說僅僅是增加了電纜的長度。因此它不能起到分組交換的作用。就像一條馬路，沒有十字路口，修得再長，也只能一條道走到黑。
2、在OSI體系結構中，路由器屬於三層設備路由器具有分組交換的作用，可以實現分組的存貯轉發和路由選擇功能，相當於在網路上增加了交換節點，像十字路口的交警，可以指揮疏導交通流量。
3、因此中繼器工作在物理層，僅有中繼器是無法實現異構網路的互聯的。
E. 實現異構網路的互聯互通用相同網路好還是中間設備好
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計算機網路之網路層－網路互連與網路互連設備
2020-11-26 11:33:48閱讀 4060
1. 異構網路互連
異構網路：主要是指兩個網路的通信技術和運行協議的不同。 例如：WIFI和網線等。
異構網路互連的基本策略：
(1). 協議轉換
採用一類支持異構網路之間協議轉換的網路中間設備，來實現 異構網路之間數據分組的轉換與轉發。 例如：交換機或者是多協議路由器。
(2). 構建虛擬互聯網路
在異構網路基礎上構建一個同構的虛擬互聯網路。
2. 路由器
路由器：最典型的網路層設備，具有多個輸入埠和多個輸出埠的專用計算機， 主要任務就是獲取與維護路由信息以及轉發分組。
路由器從功能體系結構角度：
(1). 輸入埠
輸入埠：查找，轉發，到達分組， 緩存排隊功能。
(2). 交換結構
交換結構：完成具體的轉發工作，將輸入埠的IP數據報交換到指定的輸出埠。
主要包括：
A. 基於內存交換 ，性能最低，路由器價格最便宜。
B. 基於匯流排交換
C. 基於網路交換，性能最高，路由器價格昂貴。
(3). 輸出埠
輸出埠：緩存排隊，從隊列中取出分組進行數據鏈路層數據幀的封裝，發送。
調度策略：
A. 按先到先服務(FCFS)調度；
B. 按優先順序調度；
C. 按IP數據報的服務類型調度。
(4). 路由處理器
A. 執行命令；
B. 路由協議運行；
C. 路由計算以及路由表的更新和維護。
F. 計算機網路（三）——網路層
網路層的 目的 是實現在任意結點間進行數據報傳輸，它的目的與鏈路層、物理層不是一樣的嗎？但是通過它數據可以在更大的網路中傳輸。
為了能使數據更好地在更大的網路中傳輸，網路層主要實現三個功能： 異構網路互聯 、 路由與轉發 和 擁塞控制 。
我們知道，在物理層、鏈路層，可以使用不同的傳輸介質和拓撲結構將幾台、十幾台主機連接在一起形成一個小型的區域網，把這些組成結構不完全相同的區域網稱為異構網，因此將它們連接擴大成更大的網路，需要一個類似轉接頭的設備——路由器，路由器不僅僅可以連接異構網，還能隔離沖突域和廣播域，依照IP地址轉發。
下圖對集線器、網橋、交換機和路由器能否隔離沖突域和廣播域進行比較：
路由器作為連接多個網路的結點，不僅需要完成對數據的分組轉發，還要選擇傳輸路徑，因此路由器主要由 路由選擇 和 分組轉發 組成。
網路層最重要的功能是 路由與轉發 功能。路由也就是選擇一條合適的路，轉發則是在這條路上遵守協議。這有點像從某個多個國家的交界城市自駕，選其中一條路，那麼就遵守這個國家的交通協議。
數據通過一個又一個路由器到達目的地址，路由器怎麼知道數據應該從哪個埠出發才能到達目的地呢？這就需要構造路由表。
路由表有兩種構造方式： 靜態 和 動態 。
一個個小網路可以構成一個區域，足夠多的區域互連成一個網路，多個網路又形成巨大的互聯網。要想讓數據高效在網路中傳輸，採用「分而治之」的理念。
將互聯網分為許多較小的自治系統，系統有權決定自己內部採用什麼路由協議，這便是層次路由。通過層次路由便可以採用靈活的協議傳輸數據。數據在自治系統內傳輸採用 內部網關協議 而自治系統之間則採用 外部網關協議 。
內部網關協議有兩種協議： 路由信息協議（RIP） 和 開放最短路徑優先協議（OSPF）
外部網關協議則是邊界網關協議（BGP）。內部網關協議服務某個自治系統，范圍較小，所以盡可能有效地從源站送到目的站，也就是找到一條最佳路徑。而外部網關協議需要面對更大的網路范圍和網路環境，因此更關注的找到比較好的路徑，也就是不能兜圈子。
BGP工作原理：
將三種路由協議進行比較：
構建大規模、異構網路的互聯網除了硬體的支持外，還需要建立協議以實現數據報傳輸服務——IP協議。
目前IP協議有兩個版本：IPv4和IPv6。
現在主流的IP協議版本還是IPv4。
IP數據報主要由首部和數據部分組成，由TCP報文段封裝到數據部分，再在前端加上一些描述信息的首部，其格式如下圖：
IP協議使用分組轉發，當報文過大時需要分片。分片的思路如下：
如果把IP數據報看作是信，那麼首部中的源地址與目的地址則分別是發信地址和郵件地址。為了方便路由計算這些地址，並且使IP地址足夠使用，因此將IP地址進行分類。
IP地址的格式 ： {<網路號>,<主機號>}，網路號標志主機所連接的網路，主機號標志該主機，每個IP地址都是唯一的。
IP地址分類 如下：
通過分類，可以計算每個網路中最大的主機數：
網路地址轉換（NAT）是一種轉換機制，將專用網路地址轉換為公用地址，目的是為了對外隱藏內部管理的IP地址，這樣不僅可以保證網路安全，還可以解決IP地址不足問題。
當路由器接收到的目的地址是私有地址則一律不進行轉發，而如果是公用地址，則是用NAT轉換表將源IP及埠號映射成全球IP號，然後從WAN埠發送到網際網路上。
IP地址有A、B、C類網路號，如果把A類網路號分給一個廣播域，那麼這個廣播域可以接入16,777,212台主機，然而一個廣播域不可能融入這么多台主機，因為這樣會導致廣播域過飽和而癱瘓，而只給其分配一定數量的網路號，則會浪費大量的IP地址。因此在IP地址中增加一個「子網號欄位」，將IP地址劃分為三級，即IP地址={<網路號>,<子網號>,<主機號>}，也就是從主機號中借用幾個比特號作為子網號，這個子網號是對內劃分的，對外仍舊表現為二級IP地址。
主機或路由器如何判斷一個網路是否進行子網劃分了呢？——利用子網掩碼。
CIDR是 無分類 域間路由器選擇，目的是消除A、B、C類網路劃分，這樣可以大幅度提高IP地址空間利用率。相比較子網掩碼劃分，它更加靈活。
上圖中，如果R1收到前綴為206.1的IP地址，它只需要轉發給R2，具體發往網路1還是網路2，則由R2計算得出。
通過IP地址，可以將數據從某個網路傳輸到目的網路，但是把信息發送給哪台主機呢？由於路由器的隔離，IP網路沒辦法使用廣播方式查找MAC地址，只有通過鏈路層的MAC地址以廣播方式定址。
因此，IP協議還包括三個協議—— ARP、DHCP和ICMP ，共同配合完成數據轉發。
IPv6是解決IP地址耗盡的根本手段。它與IPv4的報文形式差別如下圖：
IPv6與IPv4地址通信示意圖：
在通信過程中，如果分組過量而導致網路性能下降，會產生擁塞。
擁塞的控制方式：
G. 異構網路的異構網路模型
圖2.1給出了一種異構網路模型。不同類型的網路，通過網關連接到核心網，最後連接到Internet網路上，最終融合成為一個整體。異構網路融合的一個重要問題是這些網路以何種方式來進行互連，為異構無線網路資源提供統一的管理平台。為了說明異構網路的融合結構，這里給出一種特定的異構網路場景，它是由無線廣域網（Wireless Wide Area Network，WWAN）（例如CDMA2000）和WLAN（例如IEEE802.11）組成的異構網路系統，如圖2.2所示。
一個CDMA2000網路可以分成無線接入網（Radio Access Network，RAN）和核心網路（Core Network，CN）兩部分。RAN包括一些無線技術實體，如基站控制器（Base Station Controller，BSC）和基站收發設備（Base Transceiver Station，BTS），來負責無線資源的管理。CN通常包括移動交換中心（Mobile Switching Center，MSC）來實現電路交換方式、分組數據服務節點（Packet Data Serving Node，PDSN）來實現包交換方式和網路交互功能（Inter-working Function，IWF）來為包交換和電路交換提供連接。CN負責呼叫管理和建立連接。在WLAN中，移動終端（Mobile Terminals，MTs）和接入點（Access Point，AP）之間進行通信。AP在WLAN中實現物理和數據鏈路層的功能，也充當無線路由器來執行網路層的功能，為WLAN與其他網路提供連接。
在如圖2.2中異構網路的融合結構中，通常有三種類型的融合方案，分別是松耦合結構、緊耦合結構、超緊耦合結構。接下來分別介紹這三種耦合結構。
超緊耦合是通過連接到相同的BSC上與不同的無線接入技術（Radio Access Technology，RAT）進行融合。網路的狀態信息是局部的，不需要通過額外的請求來獲得信息，可以應用在當網路之間是重疊覆蓋的情況下。與其他的耦合方案相比，超緊耦合方案的切換時延很短，因為中間涉及到的網路實體少。但是由於這兩種RAT完全不同，因此實現超緊耦合方式就需要對應用在BSC上的處理過程進行很多修改。
在緊耦合結構中，不同的RATs通過CN進行融合，耦合結點可以是MSC或者PDSN。在圖2.2中，MSC或者PDSN都是負責WWAN和WLAN的連接管理、認證和定價，因此WLAN路由器需要實現相關的WWAN協議。與超緊耦合相比，這個系統僅需要對現有接入網路進行很小的修改，因此它非常容易實現。與超緊耦合相比，在切換過程中，由於涉及到很多網路的實體，因此這種方案的VHO時延增加了。
在松耦合的異構網路中，MSC與WLAN都經過通用介面與公共的Internet進行交互信息，來保持服務的連續性。但是由於每個網路需要執行網路的連接和會話的激活過程，因此這種方案執行切換時會導致時延很大。
對於超緊耦合和緊耦合方式的異構網路融合結構中，網路選擇演算法通常可以安排在耦合節點上，即分別是BSC和CN。但是對於松耦合方式，網路選擇演算法可以應用在移動終端。