考研笔记

第 4 章 名词库

这一页是复习主入口。 目标是把第 4 章的名词收全，并把每个词的边界和适用范围钉死。

每条最多四行：是（定义）／不是（划掉最常见的误解）／易混（成对的对手）／范围（该结论在什么条件下才成立）。

本章的名词有两类特别容易出错：一类是特殊地址和数字（全 0、全 1、127、0.0.0.0、255.255.255.255、16、89、179、520），它们能不能作源地址、目的地址，路由器转不转发，都有明确的条件；另一类是成对的概念（路由表与转发表、虚电路与数据报、RIP 与 OSPF、直接广播与受限广播、归属地址与转交地址）。章末的「高频范围限定清单」专门收前一类。

4.1 网络层的功能

网络互连

  • 是：两个以上的计算机网络通过中继系统相互连接，构成更大的网络系统；通常指用路由器连接网络并进行路由选择。
  • 不是：用转发器、集线器、网桥、交换机连接不算网络互连，它们只是把一个网络扩大。
  • 范围：见 4.1.1。

异构网络

  • 是：传输介质、数据编码方式、链路控制协议、数据单元格式和转发机制不同的网络，差异在物理层和数据链路层。
  • 范围：路由器互连时，物理层、链路层、网络层都可以不同，网络层以上必须相同。

虚拟互连网络

  • 是：参与互连的异构网络都使用相同的 IP，在网络层上看起来像一个统一的网络，简称 IP 网络。

网关

  • 是：TCP/IP 文献中对路由器的历史称呼。默认网关是与主机同一子网的路由器接口。
  • 易混：↔ 网络层以上的中继系统（也称网关，做协议转换）。

路由选择

  • 是：确定分组走哪一条路径；按路由选择协议构造、维护路由表。属于控制平面，涉及许多路由器。
  • 易混：↔ 分组转发。

分组转发

  • 是：分组到达时，按转发表从合适的端口送出。属于数据平面，只涉及一个路由器。
  • 范围：路由器转发采用存储转发，先收完整个分组、检验首部后再转发。

路由表

  • 是：由路由选择算法得出；标准的 4 项是目的网络 IP 地址、子网掩码、下一跳 IP 地址、接口。
  • 不是：不记录完整路径，只记下一跳；下一跳是 IP 地址而不是 MAC 地址。
  • 易混：↔ 转发表。

转发表

  • 是：从路由表得出，结构便于查找；分组的实际转发查的是转发表。
  • 范围：路由表总是软件实现；转发表可以用软件，也可以用特殊硬件实现。讨论原理时两者常不区分。

尽最大努力交付

  • 是：TCP/IP 网络层提供的服务：无连接，分组可能出错、丢失、重复、失序或超时，网络层不负责补救（2011）。
  • 不是：不是随意丢弃；可靠性交给传输层（用户主机）。

虚电路

  • 是：面向连接的分组交换服务；经历建立、传输、释放三阶段；建立时选路，之后分组只带虚电路号。
  • 不是：不是物理连接，不预分配带宽（2020）；也不是”不能存储转发”。
  • 易混：↔ 电路交换（独占物理通路、预留资源）；↔ 数据报服务。
  • 范围：“可靠、有序”是教材口径（X.25）；帧中继、ATM 的虚电路只保证有序、不重传。

永久性虚电路与交换型虚电路

  • 是：PVC 是提前定义好、基本不需要建立时间的连接；SVC 是会话结束就释放的临时连接。
  • 不是：虚电路不全是临时性的。

数据报服务

  • 是：无连接；每个分组携带完整的源地址和目的地址，独立选路。
  • 不是：不保证可靠，也不保证有序。
  • 范围：对故障的适应能力强；故障率高时选数据报。

数据平面与控制平面

  • 是：数据平面实现转发（也称转发层面），控制平面实现路由选择。
  • 范围：传统路由器两者都有；SDN 把控制平面集中到远程控制器。

SDN

  • 是：软件定义网络；集中式的控制平面 + 分布式的数据平面，两者分离，路由器只按流表转发。
  • 不是：不是新型物理网络结构（是体系结构）；不打算把整个互联网改成集中控制。
  • 范围：适用于大型数据中心之间的广域网等场合。

远程控制器

  • 是：SDN 控制平面中逻辑上的一个控制器（可由多个服务器组成），掌握全网状态，计算最佳路由，下发流表。
  • 不是：不位于 OpenFlow 交换机中。

流表

  • 是：SDN 中取代传统转发表的表；OpenFlow 交换机按它完成”匹配 + 动作”。

OpenFlow

  • 是：控制器与转发设备之间的接口协议，属于南向接口。
  • 不是：不是路由协议，也谈不上”取代路由协议”；路由由远程控制器计算。

北向接口、南向接口与东西向接口

  • 是：北向面向上层应用开发者（API）；南向面向转发设备，下发流表（2022）；东西向在控制器集群内部。

拥塞

  • 是：因出现过量的分组而引起网络性能下降。判断：负载增加，吞吐量反而下降；严重时死锁。
  • 不是：节点收发分组增多或减少本身不说明拥塞。

拥塞控制

  • 是：确保网络能承载所达到的流量，是全局性的过程。
  • 易混：↔ 流量控制（点对点，让发送方不超过接收方的接收能力）。
  • 范围：单一地增加资源不能解决拥塞。

开环控制与闭环控制

  • 是：开环是设计时事先预防，做决定时不考虑当前网络状态；闭环基于反馈环路，动态检测并调整。

4.2 IPv4

IP 分组

  • 是：IP 数据报；首部固定部分 20B，加可选字段最长 60B；总长度最大 65535B。
  • 范围：封装成帧时总长度不能超过链路 MTU（以太网 1500B）。

首部长度

  • 是：4 位，以 4B 为单位；最常用值 5（20B），所以 IP 首部开头常为 0x45。
  • 易混：↔ 总长度（以 1B 为单位）；↔ 片偏移（以 8B 为单位）。

标识

  • 是：16 位计数器，分片时每个片复制原数据报的标识，用于重组。
  • 不是：不是序号（IP 无连接）。

标志

  • 是：3 位，最低位 MF（1 表示后面还有分片），中间位 DF（为 0 才允许分片）。
  • 范围：DF=1 且超过 MTU：丢弃并发 ICMP 终点不可达。

片偏移

  • 是：13 位，以 8B 为单位，指该片数据在原数据报数据部分中的相对位置。
  • 范围：除最后一片外，每片数据长度必须是 8B 的整数倍。

生存时间

  • 是：TTL，8 位；路由器转发前先减 1，减为 0 则丢弃并向源主机发 ICMP 时间超过报文（2014、2024）。
  • 易混：↔ IPv6 的跳数限制（作用相同）。

协议字段

  • 是：指出数据部分交给哪个协议：1 为 ICMP，2 为 IGMP，6 为 TCP，17 为 UDP，89 为 OSPF。

首部检验和

  • 是：只检验首部，不检验数据；每经过一个路由器都要重新计算。
  • 范围：IPv6 取消了首部检验和。

分片

  • 是：IP 数据报长于链路 MTU 时，把数据分装进多个较小的数据报（片）。
  • 范围：IPv4 中源主机和路由器都可分片，只在目的主机重组；IPv6 只有源主机分片。

IP 地址

  • 是：32 位，标识主机或路由器的一个接口，全球唯一；点分十进制表示。
  • 范围：一台主机连两个网络就有两个 IP 地址，网络号必须不同；路由器每个接口一个。

分类的 IP 地址

  • 是：A（1～126）、B（128～191）、C（192～223）三类单播，D 类（224～239）多播，E 类保留。
  • 范围：没有斜线、“采用默认子网掩码”时按类别确定网络号；可分配主机数 。

直接广播地址

  • 是：网络号为特定网络、主机号全 1 的地址，对该网络的所有主机广播。
  • 范围：可作目的地址；路由器可以转发到那个网络。

受限广播地址

  • 是：255.255.255.255，只在本网络上广播。
  • 范围：只作目的地址（如 DHCP 发现）；任何情况下路由器都不转发。

环回地址

  • 是：127.×.×.× 用于本主机进程间的环回测试，数据报不会发送到任何网络。
  • 范围：既可作源地址，也可作目的地址。

私有地址

  • 是：10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16，只用于 LAN，可被不同 LAN 重复使用（可重用地址）。
  • 范围：互联网中的路由器对目的地址是私有地址的数据报一律不转发。

NAT

  • 是：网络地址转换；NAT 路由器用转换表 {私有 IP:端口} ↔ {全球 IP:端口} 改写地址和端口，使整个专用网只需一个全球 IP 地址。
  • 不是：普通路由器转发时不改 IP 地址；NAT 路由器一定改。
  • 范围：要查看和转换传输层端口号；严格说教材的 NAT 是 NAPT（2016、2019、2020、2023）。

划分子网

  • 是：从主机号借若干位作子网号，形成三级 IP 地址；纯属单位内部的事。
  • 不是：不改变原来的网络号；不增加主机总数（反而减少）。

子网掩码

  • 是：32 位，一串 1 后跟一串 0；与 IP 地址逐位相与得网络地址（2022）。
  • 范围：同一子网的所有主机和路由器接口必须用相同的掩码；1 必须连续。

默认网关

  • 是：与主机在同一子网的路由器接口的 IP 地址；目的主机不在本子网时，分组交给它（2015、2016、2019、2022）。
  • 不是：不是随便哪个离得近的路由器地址。

变长子网掩码

  • 是：各子网使用不同的掩码、分配不同数量的地址，减少浪费（2019、2021）。
  • 易混：↔ 定长子网掩码（各子网大小相同）。
  • 范围：每个子网的起始地址必须是主机号全 0；从大子网开始分。

CIDR

  • 是：无分类域间路由选择；消除 A、B、C 类和划分子网的概念，用任意长度的网络前缀。
  • 不是：不能彻底解决地址耗尽；划分子网是它的结果，不是它的作用。
  • 范围：斜线记法中斜线不能省略。

CIDR 地址块

  • 是：网络前缀相同的连续 IP 地址；地址数为 2 的幂，可分配 。
  • 范围：前缀越短，地址越多。

路由聚合

  • 是：用一个较大的 CIDR 地址块代替许多较小的地址块，也称构成超网，减少路由表项。
  • 范围：要求被聚合的网络下一跳相同。

最长前缀匹配

  • 是：多个表项都匹配时，选网络前缀最长的（最具体的）一条（2013、2015）。
  • 范围：只在匹配的表项中比较；默认路由前缀为 0，永远最后。

特定主机路由

  • 是：前缀为 /32 的路由，匹配优先级最高（2009）。

默认路由

  • 是：0.0.0.0/0，与任何地址都匹配，优先级最低（2009、2014）。

直接交付与间接交付

  • 是：源、目的在同一网络时直接交付，无须路由器；否则由路由器转发，称间接交付。
  • 范围：主机用自己的掩码判断；目的不在本子网时，帧的目的 MAC 是默认网关的。

ARP

  • 是：地址解析协议，在同一局域网内由 IP 地址求 MAC 地址；王道归入网络层（2011、2012、2021）。
  • 不是：不能解析远方网络主机的 MAC 地址——跨网时解析的是本网路由器的。
  • 范围：请求 MAC 广播（FF-FF-FF-FF-FF-FF），响应单播（2011、2015）。

ARP 高速缓存

  • 是：存放本局域网 IP 地址到 MAC 地址映射的表（ARP 表），每项有生存时间（如 20min）。

DHCP

  • 是：动态主机配置协议，应用层、基于 UDP；配置 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器地址。
  • 范围：发现、提供、请求、确认四个报文的目的 IP 都是 255.255.255.255；客户源地址 0.0.0.0（2015、2022）。

租用期

  • 是：DHCP 分配的地址只能在一段有限时间内使用；由服务器决定，客户可提前释放。

ICMP

  • 是：网际控制报文协议，网络层协议，报文封装在 IP 数据报中（2012）。
  • 易混：↔ IGMP（管理多播组成员）。

ICMP 差错报告报文

  • 是：终点不可达、源点抑制、时间超过、参数问题、改变路由 5 种（2022）。
  • 范围：对差错报告报文、第一个分片之后的片、多播数据报、特殊地址数据报，都不发送。

ICMP 询问报文

  • 是：回送请求和回答（PING 用）、时间戳请求和回答。

PING 与 Traceroute

  • 是：PING 用回送请求和回答报文测试连通性，工作在应用层、直接使用 ICMP；Traceroute（Tracert）用时间超过报文跟踪路由。

4.3 IPv6

IPv6

  • 是：128 位地址（空间是 IPv4 的 倍），首部固定 40B，只有源主机分片，无首部检验和，支持即插即用。
  • 不是：与 IPv4 不兼容（与 TCP、UDP、DNS 等兼容）。
  • 范围：解决地址耗尽的治本方法。

基本首部

  • 是：固定 40B、8 个字段：版本、通信量类、流标号、有效载荷长度、下一个首部、跳数限制、源地址、目的地址（2023）。

扩展首部

  • 是：放在有效载荷中的可选首部，实现选项、分片、安全等功能；路由器不处理。
  • 不是：不属于 IPv6 数据报的首部。

流标号

  • 是：20 位；同一个流（特定源点到特定终点的一系列数据报）的数据报流标号相同。

跳数限制

  • 是：8 位，最大 255，每跳减 1，减为 0 丢弃；等价于 IPv4 的 TTL（2023）。

冒号十六进制记法

  • 是：每 16 位一组、用冒号分隔的十六进制表示；每组开头的 0 可省；零压缩用 ::。
  • 范围：:: 在一个地址中只能出现一次；每组结尾的 0 不能省。

任播

  • 是：终点是一组计算机，但只交付其中一台（通常最近的）。
  • 易混：↔ 多播（交付给组内每一台）。

双协议栈

  • 是：一台设备同时装 IPv4 和 IPv6 两个协议栈；由 DNS 返回的地址类型决定用哪种（2023）。

隧道技术

  • 是：IPv6 数据报进入 IPv4 网络时，整个装进 IPv4 数据报的数据部分（2023）。
  • 不是：不是把 IPv4 装进 IPv6。

4.4 路由算法与路由协议

静态路由与动态路由

  • 是：静态路由由管理员手工配置，简单、开销小、不能自适应；动态路由随拓扑和流量自适应调整，复杂、开销大。
  • 不是：静态路由并非启动后就不能修改；两者都使用路由表。

距离-向量路由算法

  • 是：基于 Bellman-Ford；每个节点只与邻居交换自己的距离向量（全部路由信息），（2021）。
  • 范围：更新报文大小与节点数成正比；典型协议 RIP。

链路状态路由算法

  • 是：每个节点有全网一致的拓扑图，用 Dijkstra 算最短路径；把与自己相邻的链路状态洪泛给所有节点。
  • 范围：报文大小与节点数无关，可伸展性好；典型协议 OSPF。

自治系统

  • 是：单一技术管理下的一组路由器，内部使用一种路由选择协议和共同的度量，对外表现为单一一致的路由选择策略。

内部网关协议与外部网关协议

  • 是：IGP 在 AS 内部（域内路由选择），如 RIP、OSPF；EGP 在 AS 之间（域间路由选择），如 BGP-4。
  • 范围：AS 边界路由器同时运行 IGP 和 EGP。

分层路由

  • 是：把路由器划分成区域（或 AS），每个路由器只知道本区域内的结构，对其他区域内的结构毫不知情。
  • 范围：大型网络可能需要多级分层。

RIP

  • 是：路由信息协议；分布式距离向量协议；应用层，UDP 520；每 30 秒与相邻路由器交换整个路由表（2017）。
  • 范围：直连网络距离为 1；16 表示不可达，最多 15 个路由器（2010）。

收敛

  • 是：路由环境变化后，各路由器调整路由表，最终达到与网络拓扑一致的稳定状态。

坏消息传播得慢

  • 是：RIP 中链路故障的消息要经过多次交换才能传遍全网（慢收敛）；好消息（更短的路由）传播得快（2016、2024）。
  • 范围：水平分割等方法可缓解。

水平分割

  • 是：路由器不把从某个邻居学到的路由再通告给这个邻居；用于避免距离-向量算法中的无穷计数问题。
  • 易混：↔ 多播转发树（多播中避免环路的方法）。

OSPF

  • 是：开放最短路径优先；链路状态协议；网络层，直接用 IP，协议字段 89；只在链路状态变化时洪泛（2017、2024）。
  • 范围：支持 CIDR 和变长子网掩码；路由表只存下一跳。

区域

  • 是：OSPF 把 AS 再划分成的较小范围；洪泛限于区域内。
  • 范围：一个 AS 只有一个主干区域（0.0.0.0）；区域内路由器只知道本区域拓扑。

区域边界路由器

  • 是：连接主干区域与其他区域的路由器，每个区域至少一个。
  • 易混：↔ 主干路由器（在主干区域中的路由器）——两者可以兼任；↔ 自治系统边界路由器（与其他 AS 交换信息）。

问候分组

  • 是：OSPF 的 Hello 分组，发现和维持邻站可达性；每 10 秒一次，40 秒未收到则邻站不可达。
  • 易混：↔ BGP 的 Keepalive 报文。

BGP

  • 是：边界网关协议，外部网关协议，路径向量；应用层，TCP 179（2013、2017）。
  • 不是：不找最佳路由，只找能到达、不兜圈子、比较好的路由。
  • 范围：首次交换整个路由表，之后只发变化部分；四种报文 Open、Update、Keepalive、Notification（2024）。

eBGP 与 iBGP

  • 是：跨越两个 AS 的 BGP 会话为 eBGP，同一 AS 内两个路由器之间的 BGP 会话为 iBGP（2024）。

AS-PATH 与 NEXT-HOP

  • 是：AS-PATH 列出 BGP 路由经过的 AS（不列路由器）；NEXT-HOP 是通告的 BGP 路由起点。

热土豆路由选择算法

  • 是：本地偏好和 AS 跳数都相同时，选最靠近 NEXT-HOP 路由器的路由，让分组尽快离开本 AS（2024）。

4.5 IP 多播

多播

  • 是：源主机一次发送的单个分组抵达一组目的主机；只发一份，在分岔处复制。
  • 范围：用多个单播仿真一个多播，带宽更多、时延大；多播只用于 UDP。

IP 多播地址

  • 是：D 类地址 224.0.0.0～239.255.255.255，每个标志一个多播组。
  • 范围：只作目的地址；尽最大努力交付；不产生 ICMP 差错报文。

以太网多播地址映射

  • 是：01-00-5E 加 IP 多播地址的低 23 位；32 个 IP 多播地址映射成一个 MAC 地址，主机需在 IP 层软件过滤。

IGMP

  • 是：网际组管理协议，让本地局域网上的多播路由器知道本网是否有主机加入或退出某个多播组。
  • 不是：不知道组的成员数和成员分布。

多播转发树

  • 是：以源主机为根的转发树，每个分组在每条链路上只传一次；树无环，所以能避免路由环路。

4.6 移动 IP

移动 IP

  • 是：移动站以固定的 IP 地址跨网络漫游，保持 TCP 连接不中断。
  • 不是：换个网络用 DHCP 重新获取地址不是移动 IP。

归属代理与外地代理

  • 是：归属代理（本地代理）是归属网络上的路由器，截获发给移动站的分组、经隧道转发；外地代理是被访网络上的路由器，创建转交地址、告知归属代理、拆封交付。

永久地址与转交地址

  • 是：永久地址（归属地址）固定不变；转交地址是在被访网络中的临时地址，网络号与被访网络一致，随移动而变。
  • 范围：转交地址只供移动站和两个代理使用，应用程序不用。移动站可以直接发送、不能直接接收。

4.7 网络层设备

广播域

  • 是：接收同样广播消息的节点集合；第 2 层概念。
  • 范围：只有路由器（及 VLAN）能分割广播域；通常所说的局域网就是一个广播域。
  • 易混：↔ 冲突域（第 1 层概念，交换机即可分割）。

路由器

  • 是：多端口专用计算机，连接异构网络并转发分组；实现物理层、数据链路层、网络层三层；隔离广播域。
  • 范围：由路由选择部分和分组转发部分构成（2010）。

路由选择处理机

  • 是：路由选择部分的核心，按路由选择协议构造路由表，并与相邻路由器交换信息——计算路由信息的部件。

交换结构

  • 是：分组转发部分中按转发表把分组从输入端口送到输出端口的部件，“在路由器中的网络”。
  • 不是：不计算路由。

高频范围限定清单

结论成立的条件，或容易被抽掉的限定
首部长度字段值为 5表示 B；总长度以 1B、片偏移以 8B 为单位
每片数据取 MTU − 首部还要向下取 8 的倍数（MTU 800 → 776B，2021）
DF=1 且超过 MTU 就丢弃同时要发 ICMP 终点不可达
路由器可以分片仅 IPv4；IPv6 只有源主机分片
分片后重组只在目的主机
每个子网可分配 个地址主机号全 0、全 1 不分配；/31 是新标准，统考不用
最后一个字节是 255 就是广播地址❌ 要看掩码，主机号可能跨字节
没有斜线的地址按类别取默认掩码
最多能划分几个子网主机号至少留 2 位
部门需要多少地址主机数 + 1 个路由器接口
几个子网拼成一个网络原网络不一定是 /24，只要互不重叠、恰好铺满
默认网关与主机同一子网的路由器接口，掩码与它相同
同一子网的判断用发送方的掩码，比较全部前缀位
目的不在本子网帧的目的 MAC 是默认网关的，IP 目的地址不变
127.0.0.1可作源地址，也可作目的地址
255.255.255.255只作目的地址；路由器任何情况下都不转发
主机号全 1 的直接广播路由器可以转发
0.0.0.0只作源地址（DHCP 客户）；在路由表中 0.0.0.0/0 是默认路由
私有地址不被转发指互联网中的路由器
路由器转发时 IP 地址不变不经过 NAT 时；NAT 路由器一定改地址和端口
ARP 求 MAC 地址只在本局域网；请求 MAC 广播、响应单播
DHCP 提供、确认报文IP 广播、MAC 单播（教材口径）
路由器收到 TTL=1先减 1 为 0，丢弃并发时间超过
出错就发 ICMP 差错报告对差错报告报文、后续分片、多播、特殊地址都不发
源点抑制是 ICMP 差错报文教材口径；RFC 6633 已不再使用
虚电路可靠、有序教材口径（X.25）；帧中继、ATM 不重传
SDN 控制平面集中逻辑上集中，物理上可以是多台服务器
RIP 直连网络距离为 1；16 不可达，最多 15 个路由器
RIP 更新时下一跳相同无条件替换，距离变大也替换
OSPF 向所有路由器发送指本区域内的所有路由器
各路由协议所在层次RIP 应用层 UDP 520；OSPF 网络层 IP 89；BGP 应用层 TCP 179
主干路由器与区域边界路由器可以兼任
AS 跳数最少的 BGP 路由未必最好；BGP 只求较好
IPv6 不需要 DHCP教材口径；实际仍有 DHCPv6
多播数据报的协议字段为 2教材口径；准确说是 IGMP 报文
多播地址只作目的地址；不发 ICMP 差错；只用于 UDP
移动站在被访网络可以直接发送，不能直接接收（经归属代理隧道）
链路会不会拥塞上游可能汇入的流量之和能否超过它的带宽
路由器实现的层次物理层、数据链路层、网络层三层

反向链接