『壹』 計算機網路的分類
按照覆蓋的地理范圍進行分類，計算機網路可以分為區域網、城域網和廣域網三類。
1、區域網(LAN)。區域網是一種在小區域內使用的，由多台計算機組成的網路，覆蓋范圍通常局限在10 千米范圍之內，屬於一個單位或部門組建的小范圍網。
2、城域網(MAN)。城域網是作用范圍在廣域網與區域網之間的網路，其網路覆蓋范圍通常可以延伸到整個城市，藉助通信光纖將多個區域網聯通公用城市網路形成大型網路，使得不僅區域網內的資源可以共享，區域網之間的資源也可以共享。
3、廣域網(WAN) 廣城網是一種遠程網，涉及長距離的通信，覆蓋范圍可以是個國家或多個國家，甚至整個世界。由於廣域網地理上的距離可以超過幾千千米，所以信息衰減非常嚴重，這種網路一般要租用專線，通過介面信息處理協議和線路連接起來，構成網狀結構，解決尋徑問題。
(1)計算機網路分組和分片的區別擴展閱讀：
從邏輯功能上看，計算機網路是以傳輸信息為基礎目的，用通信線路將多個計算機連接起來的計算機系統的集合，一個計算機網路組成包括傳輸介質和通信設備。
從用戶角度看，計算機網路是這樣定義的：存在著一個能為用戶自動管理的網路操作系統。由它調用完成用戶所調用的資源，而整個網路像一個大的計算機系統一樣，對用戶是透明的。
一個比較通用的定義是：利用通信線路將地理上分散的、具有獨立功能的計算機系統和通信設備按不同的形式連接起來，以功能完善的網路軟體及協議實現資源共享和信息傳遞的系統。
從整體上來說計算機網路就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互聯成一個規模大、功能強的系統，從而使眾多的計算機可以方便地互相傳遞信息，共享硬體、軟體、數據信息等資源。簡單來說，計算機網路就是由通信線路互相連接的許多自主工作的計算機構成的集合體。
『貳』 計算機網路中分片與分組一樣嗎
不一樣，很奇怪網路沒這種問題。分片是在分組的基礎上把分組分成若乾片段。
『叄』 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：
『肆』 tcp分片和ip分片的區別
我們在計算機網路上所看到的分片一般是指ip分片，ip分片是指在網路傳輸過程中若遇到鏈路MTU比自己報文小的情況則進行分片。
MTU是鏈路層中的網路對數據幀的一個限制，以乙太網為例，MTU為1500個位元組。一個IP數據報在乙太網中傳輸，如果它的長度大於該MTU值，就要進行分片傳輸，使得每片數據報的長度小於MTU。分片傳輸的IP數據報不一定按枯凳槐序到達，但IP首部粗納中的信息能讓這些數據報片按序組裝。IP數據報的分片與重組是在網路層進完成的。
佔16位。IP軟體在存儲器中維持一個計數器，每產生一個數據報，計數器就加1，並將此值賦給標識欄位。但這個「標識」不是序號，因為IP是無連接服務，數據報不存在按序接收的問題。當數據報由於長度超過網路的MTU而必須分片時，這個標識欄位的值就被復制到所有的數據報片的標識欄位中。相同的標識欄位的值使分片後的各數據報片最後能正確地重裝成為原來的數據報。
標志（flags）佔用3位（即16 - 18），這三位分別是：R，DF，MF三位，第一位是保留位，沒有被使用，目前只有後兩個比特有意義。
R：標志欄位中的第一位是一個保留位，現在還沒有使用，可能將來會用到這位
D：標志欄位中間的一位是 DF (Don』t fragment)，表示傳輸的數據不允許分片。一般DF = 1的話，表示數據一次性傳輸過去，不允許分片。
M：標志欄位的最低位是 MF (More fragment)。代表數據是否分片，如果MF位值為1，表示後面還有數據，還沒有傳輸完畢，相當於數據分片，分批次傳輸，如果MF = 0表示最後一個分片或者只有一個分片。
這三位同一時刻也是只能有一個位的值能設置為1
佔用13位：每次分片傳輸的數據之間的偏移距離，也就是某分片的數據在原數據中的相對位置，一般偏移以8位元組為單位。比如：在網路層傳輸的ip數據報總長度最大不能超過65535位元組，如果超過了，要麼對ip數據報進行分片傳輸，否則將丟棄。
互聯網協議使網路互相通信。設計要迎合不同物理性質的網路; 它是獨立於鏈路層使用的基礎傳輸技術。具有不同硬體的網路通常會發生變化，不僅在傳輸速度，而且在最大傳輸單元（MTU）。當一個網路要的數據報發送到具有較小MTU的一個網路，它可能片段的數據報。
當路由器收到一個數據包時，它會檢查目的地址，並確定出介面使用，並且該介面的MTU。如果分組的大小是比MTU大，並且在該分組的頭中的不分段（DF）位被設置為0，則路由器可對沒友其進行分片。
分片機制有一定的缺陷：分片越多，分片丟失的機率就越大，對於一個數據報，一旦一個分片丟失，那麼整個數據報就要重傳；每一個數據報都要復制報頭（只復制ip包頭），這在一定程度上增加了帶寬消耗。
組裝時，需要重新設置首部的某些欄位
修改分片標志和片偏移量欄位
首部其他欄位復制原來數據報首部的相應欄位。
在IP頭裡面有16bit的識別號唯一記錄了一個IP包的ID,以確定這幾個分片是否屬於同一個包，具有同一個ID的IP分片將會從新組裝。13bit的片偏移記錄了一個IP分片相對於整個包的位置。3bit的標志位記錄了該分片後面是否還有新的分片。這三個分片組成了IP分片的所有的信息。
1.如果在源主機的乙太網上進行數據包裝，且tcp/udp向ip傳送的數據包大於MTU1500位元組，將在ip層進行分片。
2.在數據在數據鏈路（路由器）中傳輸的時候，每個路由器的MTU不一定相同，如果其中一個MTU只為800，則會觸發ip分片，將1500位元組的數據包拆成兩個符合長度的數據包（但不一定會分片，由ip首部的兩個標志位MF：More Fragment 和DF：Don't Fragment決定）如果是DF被設置，將會觸發ICMP協議，將當前數據包丟棄，並把當前路由的MTU回傳給源主機。
MSS(Maximum Segment Size，最大報文長度)是TCP里的一個概念（首部的選項欄位中）。MSS是TCP數據包每次能夠傳輸的最大數據分段，TCP報文段的長度大於MSS時，要進行分段傳輸。TCP協議在建立連接的時候通常要協商雙方的MSS值，每一方都有用於通告它期望接收的MSS選項（MSS選項只出現在SYN報文段中，即TCP三次握手的前兩次）。MSS的值一般為MTU值減去兩個首部大小（需要減去IP數據包包頭的大小20Bytes和TCP數據段的包頭20Bytes）所以如果用鏈路層乙太網，MSS的值往往為1460。而Internet上標準的MTU（最小的MTU，鏈路層網路為x2.5時）為576，那麼如果不設置，則MSS的默認值就為536個位元組。很多時候，MSS的值最好取512的倍數。TCP報文段的分段與重組是在運輸層完成的。
TCP在建立連接時進行三次握手，前兩個握手包中雙方互相聲明自己的MSS，客戶端聲明MSS=8960，伺服器端聲明了MSS=1460。三次握手之後，客戶端的MTU值比伺服器端大，如果發送一個9000位元組的包過去可能被分片或丟棄。因此客戶端會把自己的MSS也降到1460位元組。
TCP分段的原因是MSS，IP分片的原因是MTU， 由於一直有MSS<=MTU，很明顯，分段後的每一段TCP報文段再加上IP首部後的長度不可能超過MTU，因此也就不需要在網路層進行IP分片了。 因此TCP報文段很少會發生IP分片的情況。
再來看UDP數據報， 由於UDP數據報不會自己進行分段，因此當長度超過了MTU時，會在網路層進行IP分片。 同樣，ICMP（在網路層中）同樣會出現IP分片情況。
TCP在三次握手建立連接過程中，會在SYN報文中使用MSS（Maximum Segment Size）選項功能，協商交互雙方能夠接收的最大段長MSS值。
MSS是傳輸層TCP協議范疇內的概念，顧名思義，其標識TCP能夠承載的最大的應用數據段長度，因此，MSS=MTU-20位元組TCP報頭-20位元組IP報頭，那麼在乙太網環境下，MSS值一般就是1500-20-20=1460位元組。
客戶端與伺服器端分別根據自己發包介面的MTU值計算出相應MSS值，並通過SYN報文告知對方。
IP分片產生的原因是網路層的MTU；TCP分段產生原因是MSS
IP分片由網路層完成，也在網路層進行重組；TCP分段是在傳輸層完成，並在傳輸層進行重組
對於乙太網，MSS為1460位元組，而MUT往往會大於MSS
故採用TCP協議進行數據傳輸，是不會造成IP分片的。若數據過大，只會在傳輸層進行數據分段，到了IP層就不用分片。而我們常提到的IP分片是由於UDP傳輸協議造成的，因為UDP傳輸協議並未限定傳輸數據報的大小。
TCP的分片和IP分片的區別
TCP的分片和IP分片的區別
MTU和MSS詳解
『伍』 計算機網路(四)網路層
主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網上的不同主機提供通信服務。網路層傳輸單位是數據報。
鏈路層數據幀可封裝數據的上限稱為最大傳送單元MTU
標識：同一數據報的分片使用同一標識。
中間位DF（Don』t Fragment）：
最低位MF（More Fragment）：
片偏移：指出較長分組分片後，某片在原分組中的相對位置。以8B為單位。除了最後一個分片，每個分片長度一定是8B的整數倍。
IP地址：全世界唯一的32位/4位元組標識符，標識路由器主機的介面。IP地址::={<網路號>,<主機號>}
有一些IP地址是不能用的，有其特殊的作用，如：
網路地址轉換NAT（Network Address Translation）：在專用網連接到網際網路的路由器上安裝NAT軟體，安裝了NAT軟體的路由器叫NAT路由器，它至少有一個有效的外部全球IP地址。
此外，為了網路安全，劃分出了部分IP地址和私有IP地址，私有IP地址網段如下：
路由器對目的地址是私有IP地址的數據報一律不進行轉發。
分類的IP地址的弱點：
某單位劃分子網後，對外仍表現為一個網路，即本單位外的網路看不見本單位內子網的劃分。
路由器轉發分組的演算法：
無分類域間路由選擇CIDR：
CIDR記法：IP地址後加上「/」，然後寫上網路前綴（可以任意長度）的位數。e.g. 128.14.32.0/20
CIDR把網路前綴都相同的連續的IP地址組成一個「CIDR地址塊」。
使用CIDR時，查找路由表可能得到幾個匹配結果（跟網路掩碼按位相與），應選擇具有最長網路前綴的路由。前綴越長，地址塊越小，路由越具體。
將多個子網聚合成一個較大的子網，叫做構成超網，或路由聚合。方法：將網路前綴縮短（所有網路地址取交集）。
由於在實際網路的鏈路上傳送數據幀時，最終必須使用MAC地址。
ARP協議：完成主機或路由器IP地址到MAC地址的映射。
ARP協議使用過程：
ARP協議4種典型情況：
動態主機配置協議DHCP是 應用層 協議，使用 客戶/伺服器 方式，客戶端和服務端通過 廣播 方式進行交互，基於 UDP 。
DHCP提供即插即用聯網的機制，主機可以從伺服器動態獲取IP地址、子網掩碼、默認網關、DNS伺服器名稱與IP地址，允許地址重用，支持移動用戶加入網路，支持在用地址續租。
DHCP工作流程如下：
ICMP協議支持主機或路由器：包括差錯（或異常）報告和網路探詢，分部發送特定ICMP報文
ICMP差錯報告報文（5種）：
不應發送ICMP差錯報文的情況：
ICMP詢問報文:
ICMP的應用：
32位IPv4地址空間已分配殆盡，這時，可以採用更大地址空間的新版本的IPv6，從根本上解決地址耗盡問題
IPv6數據報格式如下圖
IPv6的主要特點如下：
IPv6地址表示形式：
零壓縮：一連串連續的0可以被一對冒號取代。雙冒號表示法在一個地址中僅可出現一次。
IPv6基本地址類型：
IPv6向IPv4過渡的策略：
R1的路由表/轉發表如下：
最佳路由：「最佳」只能是相對於某一種特定要求下得出的較為合理的選擇而已。
路由演算法可分為
由於網際網路規模很大且許多單位不想讓外界知道自己的路由選擇協議，但還想連入網際網路，可以採用自治系統來解決
自治系統AS：在單一的技術管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種AS內部的路由選擇協議和共同的度量以確定分組在該AS內的路由，同時還使用一種AS之間的路由協議以確定在AS之間的路由。
一個AS內的所有網路都屬於一個行政單位來管轄，一個自治系統的所有路由器在本自治系統內都必須連通。
路由選擇協議
RIP是一種分布式的基於距離向量的路由選擇協議，是網際網路的協議標准，最大優點是簡單。
RIP協議要求網路中每一個路由器都維護從它自己到其他每一個目的網路的唯一最佳距離 [1] 記錄（即一組距離）。 RIP協議只適用於小互聯網。
RIP是應用層協議，使用 UDP 傳送數據。一個RIP報文最多可包括25個路由，如超過，必須再用一個RIP報文傳送。
RIP協議的交換
路由器剛開始工作時，只知道直接連接的網路的距離（距離為1），接著每一個路由器也只和數目非常有限的相鄰路由器交換並更新路由信息。
經過若干次更新後，所有路由器最終都會知道到達本自治系統任何一個網路的最短距離和下一跳路由器的地址，即「收斂」。
RIP的特點：當網路出現故障時，要經過比較長的時間(例如數分鍾) 才能將此信息傳送到所有的路由器，「慢收斂」。
對地址為X的相鄰路由器發來的RIP報文，修改此報文中的所有項目：把「下一跳」欄位中的地址改為X，並把所有的「距離」欄位+1。
開放最短路徑優先OSPF協議：「開放」標明OSPF協議不是受某一家廠商控制，而是公開發表的；「最短路徑優先」是因為使用了Dijkstra提出的最短路徑演算法SPF。OSPF最主要的特徵就是使用分布式的鏈路狀態協議。 OSPF直接用IP數據報傳送。
OSPF的特點：
為了使OSPF 能夠用於規模很大的網路，OSPF 將一個自治系統再劃分為若干個更小的范圍，叫做區域。每一個區域都有一個32 位的區域標識符（用點分十進製表示）。區域也不能太大，在一個區域內的路由器最好不超過200 個。
BGP 所交換的網路可達性的信息就是要到達某個網路所要經過的一系列AS。當BGP 發言人互相交換了網路可達性的信息後，各BGP 發言人就根據所採用的策略從收到的路由信息中找出到達各AS 的較好路由。
一個BGP 發言人與其他自治系統中的BGP 發言人要交換路由信息，就要先建立TCP 連接，即通過TCP傳送，然後在此連接上交換BGP 報文以建立BGP 會話(session)，利用BGP 會話交換路由信息。 BGP是應用層協議，藉助TCP傳送。
BGP協議特點:
BGP-4的四種報文
組播提高了數據傳送效率。減少了主幹網出現擁塞的可能性。組播組中的主機可以是在同一個物理網路，也可以來自不同的物理網路（如果有組播路由器的支持）。
IP組播地址讓源設備能夠將分組發送給一組設備。屬於多播組的設備將被分配一個組播組IP地址（一群共同需求主機的相同標識）。
組播地址范圍為224.0.0.0～239.255.255.255（D類地址），一個D類地址表示一個組播組。只能用作分組的目標地址。源地址總是為單播地址。
同單播地址一樣，組播IP地址也需要相應的組播MAC地址在本地網路中實際傳送幀。組播MAC地址以十六進制值01-00-5E打頭，餘下的6個十六進制位是根據IP組播組地址的最後23位轉換得到的。
TCP/IP 協議使用的乙太網多播地址的范圍是:從01-00-5E-00-00-00到01-00-5E-7F-FF-FF .
收到多播數據報的主機，還要在IP 層利用軟體進行過濾，把不是本主機要接收的數據報丟棄。
ICMP和IGMP都使用IP數據報傳遞報文。組播路由器知道的成員關系只是所連接的區域網中有無組播組的成員。
IGMP工作的兩個階段：
只要有一個主機對某個組響應，那麼組播路由器就認為這個組是活躍的；如果經過幾次探詢後沒有一個主機響應，組播路由器就認為本網路上的沒有此組播組的主機，因此就不再把這組的成員關系發給其他的組播路由器。
組播路由協議目的是找出以源主機為根節點的組播轉發樹。構造樹可以避免在路由器之間兜圈子。對不同的多播組對應於不同的多播轉發樹；同一個多播組，對不同的源點也會有不同的多播轉發樹。
組播路由選擇協議常使用的三種演算法：
移動IP技術是移動結點(計算機/伺服器等)以 固定的網路IP地址 ，實現跨越不同網段的 漫遊 功能，並保證了基於網路IP的網路許可權在漫遊過程中不發生任何改變。
路由器是一種具有多個輸入埠和多個輸出埠的專用計算機，其任務是轉發分組。
若路由器處理分組的速率趕不上分組進入隊列的速率，則隊列的存儲空間最終必定減少到零，這就使後面再進入隊列的分組由於沒有存儲空間而只能被丟棄。 路由器中的輸入或輸出隊列產生溢出是造成分組丟失的重要原因。
路由器(網路層)可以互聯兩個不同網路層協議的網段。
網橋(鏈路層)可以互聯兩個物理層和鏈路層不同的網段。
集線器(物理層)不能互聯兩個物理層不同的網段。
路由表根據路由選擇演算法得出的，主要用途是路由選擇，總用軟體來實現。
轉發表由路由表得來，可以用軟體實現，也可以用特殊的硬體來實現。轉發表必須包含完成轉發功能所必需的信息，在轉發表的每一行必須包含從要到達的目的網路到輸出埠和某些MAC地址信息的映射。