每一秒,网络层到底在发生什么?

学习资源来自《TCP/IP详解,卷1:协议》

一个数据包从底层进入网络层,获得了一个IP身份。此时,数据包才真正的获得了网络通行的权利。那网络层是如何指导和规范一个数据包的行为的呢?

这就是IP选路关心的事情。

路由表

在整个网络层,所有的行为基本上都是依据路由表来进行的。路由表就像是网络层的一套“局部地图”,每一个数据包在进行按步转发的时候都需要参考所在主机的“地图”以找到下一步行动的方向。

“局部”的意思是这个地图往往不包括全网信息;因为全网节点太多了,可能的路径选择就更多了,每一个独立的个体(比如路由器)并不能也不需要存储海量的地图信息。就像百度地图一样,我们往往只需要加载所在城市的地图基本就够用了。

但是,从另一方面来看,网络层确实不如百度地图那么高效,目前并不能提供一个拥有全局视野的“中枢系统”来快速告知每个节点更大范围的全局信息。网络层中每个转发设备通过路由表建立的信息还是比较有限的,或者更具体的说法是骨干网以下路由器对网络感知能力非常有限。

小知识 >>> 顶层选路域
网络中有一些这样的顶层域,它们维护大多数的网站信息,而不使用默认路由。在1993年Ford等人的论文中指出当时有5个顶层选路域:NSFNET主干网、商业互联网交换(CIX)、NASA科学互联网、SpringLink以及欧洲IP主干网(EBONE)。

“我国1994年中国科学技术网CSTNET首次实现和Internet直接连接,同时建立了我国最高域名服务器,标志着我国正式接入Internet。接着,相继又建立了中国教育科研网(Cerent)计算机互联网(ChinaNet)和中国金桥网(Genet),从此中国用户日益熟悉并使用Internet。”

1.查看路由表

比如,查看一下我们本机所保存的路由表:

>netstat  -rn
内核 IP 路由表
Destination     Gateway         Genmask         Flags   MSS Window  irtt Iface
0.0.0.0         192.168.137.1   0.0.0.0         UG        0 0          0 wl2s0
17.254.0.0     0.0.0.0         255.255.0.0     U         0 0          0 docker0
172.16.42.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U         0 0          0 vmnet8
172.16.148.0    0.0.0.0         255.255.255.0   U         0 0          0 vmnet1
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U         0 0          0 docker0
192.168.137.0   0.0.0.0         255.255.255.0   U         0 0          0 wl2s0

每条表项就是一个“指示箭头”,比如第一条

Destination     Gateway         Genmask         Flags   MSS Window  irtt Iface
0.0.0.0         192.168.137.1   0.0.0.0         UG        0 0          0 wl2s0

表示不匹配其他网络号的地址,全部转发到网关(路由器)192.168.137.1;这是因为我当前处于一个局域网状态下,所有连接外网的行为都需要由网关节点进行转发。

172.16.42.0     0.0.0.0         255.255.255.0   U         0 0          0 vmnet8

以第三条为例,当前信息是指访问172.16.42.0/24网络的信息全部转发到0.0.0.0(本机网卡)。接口vmnet8其实是我VM虚拟机的虚拟网卡,通过这样的路由机制就实现了虚拟机可以上网的目标。

小知识:
Flags有五种类型

  • U:路由可用
  • G:该路由到是一个网关(路由器)。该标志对于区分直接路由和间接路由非常重要;通向目标主机时,包含G标志的往往表示下一跳是一个间接路由。
  • H:该路由到一个主机;如果没有该标志,正如本文,默认是传递到一个网络。
  • D:该路由是由重定向报文产生。
  • M:该路由被重定向报文修改。

2.理解路由表

选路其实就是数据包理解当前路由表信息,并进行对应操作的过程。
1)搜索匹配的主机地址
首先查看目标地址是否与路由表中Destination字段是否完整匹配。如果找到完整匹配,可以直接转发到该主机。
2)搜索匹配的网络地址
接着如果没有搜索到该IP地址,则需要将IP与Genmask字段进行与运算,得到目标地址所在的网络号。然后与对应的Destination字段对比,如果匹配成功则按照此规则转发。
3)搜索匹配的默认表项
最后,如果前两步都没能找到合适的选路信息,读取路由表中的默认选项。该步骤其实就是将数据包传递到度更高的节点,增大发现的概率重新进行选路行为。
4)匹配失败
一般情况来说,每个路由器都有一个默认的转发机制。但是当路由表中没有默认转发路由或者默认路由失效的时候,数据包就会“迷路”了。此时,数据包所在的传递节点会根据数据包是由本地主机产生 or 负责转发 返回一个差错报文,ICMP报文信息分别为“主机不可达差错” or “网络不可达差错”。

ICMP报文

IP选路的魅力,不在全而在简。

1.ICMP重定向差错

当数据包依据路由表被传递到下一个路由器时,同时会返回给发起主机一个ICMP重定向报文,告诉他“以后可以把数据报发给他,不用给我了。” 正是基于这样的重定向机制,使得主机自动地对路由表进行改进。这样的机制对主机无智能化要求,路由器有少量的智能性即可。

ICMP重定向报文有四种不同类型:

  • 0:网络重定向
  • 1:主机重定向
  • 2:服务类型和网络重定向
  • 3:服务类型和主机重定向

ICMP规则:

  • 重定向报文只能由路由器产生,而不是主机生成;
  • 重定向报文为主机使用,而不是给路由器使用

主机接收到ICMP重定向报文,需要做检查:

  • 新的路由器必须直接与网络连接
  • 重定向报文必须来自当前目的地所选的路由器
  • 重定向报文不能让主机做路由器
  • 被修改的路由必须是一个间接路由

2.ICMP路由器发现报文

路由器发现报文:ICMP路由器请求报文、ICMP路由器通告报文。
主机在引导后会广播或者多播一份路由器请求报文,接着一台或者多台路由器会响应一份路由器通告报文
主机引导期间一般发送三份路由器请求报文,三秒发送一次。一旦接受到通告报文,会停止发送请求报文。
路由器启动后会随机传送通告报文,一般每两次间隔450秒和600秒,通告报文默认的生存周期是30分钟。同时,路由器监听网络中的主机请求,并响应请求。当路由器被关闭时,最后发送的一个通告报文的生命周期会被设置为0。

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    2024/3/28 5:29:22
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    C/C++等级考试(1~8级)全部真题・点这里 第1题:双精度浮点数的输入输出 输入一个双精度浮点数,保留8位小数,输出这个浮点数。 时间限制:1000 内存限制:65536输入 只有一行,一个双精度浮点数。输出 一行,保留8位小数的浮点数。样例输入 3.1415926535798932样例输出 3.1…...

    2024/3/28 9:26:43
  25. 配置失败还原请勿关闭计算机,电脑开机屏幕上面显示,配置失败还原更改 请勿关闭计算机 开不了机 这个问题怎么办...

    解析如下&#xff1a;1、长按电脑电源键直至关机&#xff0c;然后再按一次电源健重启电脑&#xff0c;按F8健进入安全模式2、安全模式下进入Windows系统桌面后&#xff0c;按住“winR”打开运行窗口&#xff0c;输入“services.msc”打开服务设置3、在服务界面&#xff0c;选中…...

    2022/11/19 21:17:18
  26. 错误使用 reshape要执行 RESHAPE,请勿更改元素数目。

    %读入6幅图像&#xff08;每一幅图像的大小是564*564&#xff09; f1 imread(WashingtonDC_Band1_564.tif); subplot(3,2,1),imshow(f1); f2 imread(WashingtonDC_Band2_564.tif); subplot(3,2,2),imshow(f2); f3 imread(WashingtonDC_Band3_564.tif); subplot(3,2,3),imsho…...

    2022/11/19 21:17:16
  27. 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机...

    win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”问题的解决方法在win7系统关机时如果有升级系统的或者其他需要会直接进入一个 等待界面&#xff0c;在等待界面中我们需要等待操作结束才能关机&#xff0c;虽然这比较麻烦&#xff0c;但是对系统进行配置和升级…...

    2022/11/19 21:17:15
  28. 台式电脑显示配置100%请勿关闭计算机,“准备配置windows 请勿关闭计算机”的解决方法...

    有不少用户在重装Win7系统或更新系统后会遇到“准备配置windows&#xff0c;请勿关闭计算机”的提示&#xff0c;要过很久才能进入系统&#xff0c;有的用户甚至几个小时也无法进入&#xff0c;下面就教大家这个问题的解决方法。第一种方法&#xff1a;我们首先在左下角的“开始…...

    2022/11/19 21:17:14
  29. win7 正在配置 请勿关闭计算机,怎么办Win7开机显示正在配置Windows Update请勿关机...

    置信有很多用户都跟小编一样遇到过这样的问题&#xff0c;电脑时发现开机屏幕显现“正在配置Windows Update&#xff0c;请勿关机”(如下图所示)&#xff0c;而且还需求等大约5分钟才干进入系统。这是怎样回事呢&#xff1f;一切都是正常操作的&#xff0c;为什么开时机呈现“正…...

    2022/11/19 21:17:13
  30. 准备配置windows 请勿关闭计算机 蓝屏,Win7开机总是出现提示“配置Windows请勿关机”...

    Win7系统开机启动时总是出现“配置Windows请勿关机”的提示&#xff0c;没过几秒后电脑自动重启&#xff0c;每次开机都这样无法进入系统&#xff0c;此时碰到这种现象的用户就可以使用以下5种方法解决问题。方法一&#xff1a;开机按下F8&#xff0c;在出现的Windows高级启动选…...

    2022/11/19 21:17:12
  31. 准备windows请勿关闭计算机要多久,windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机怎么办...

    有不少windows10系统用户反映说碰到这样一个情况&#xff0c;就是电脑提示正在准备windows请勿关闭计算机&#xff0c;碰到这样的问题该怎么解决呢&#xff0c;现在小编就给大家分享一下windows10系统提示正在准备windows请勿关闭计算机的具体第一种方法&#xff1a;1、2、依次…...

    2022/11/19 21:17:11
  32. 配置 已完成 请勿关闭计算机,win7系统关机提示“配置Windows Update已完成30%请勿关闭计算机”的解决方法...

    今天和大家分享一下win7系统重装了Win7旗舰版系统后&#xff0c;每次关机的时候桌面上都会显示一个“配置Windows Update的界面&#xff0c;提示请勿关闭计算机”&#xff0c;每次停留好几分钟才能正常关机&#xff0c;导致什么情况引起的呢&#xff1f;出现配置Windows Update…...

    2022/11/19 21:17:10
  33. 电脑桌面一直是清理请关闭计算机,windows7一直卡在清理 请勿关闭计算机-win7清理请勿关机,win7配置更新35%不动...

    只能是等着&#xff0c;别无他法。说是卡着如果你看硬盘灯应该在读写。如果从 Win 10 无法正常回滚&#xff0c;只能是考虑备份数据后重装系统了。解决来方案一&#xff1a;管理员运行cmd&#xff1a;net stop WuAuServcd %windir%ren SoftwareDistribution SDoldnet start WuA…...

    2022/11/19 21:17:09
  34. 计算机配置更新不起,电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办?

    原标题&#xff1a;电脑提示“配置Windows Update请勿关闭计算机”怎么办&#xff1f;win7系统中在开机与关闭的时候总是显示“配置windows update请勿关闭计算机”相信有不少朋友都曾遇到过一次两次还能忍但经常遇到就叫人感到心烦了遇到这种问题怎么办呢&#xff1f;一般的方…...

    2022/11/19 21:17:08
  35. 计算机正在配置无法关机,关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 ,然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机...

    关机提示 windows7 正在配置windows 请勿关闭计算机 &#xff0c;然后等了一晚上也没有关掉。现在电脑无法正常关机以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容&#xff0c;让我们赶快一起来看一下吧&#xff01;关机提示 windows7 正在配…...

    2022/11/19 21:17:05
  36. 钉钉提示请勿通过开发者调试模式_钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用...

    钉钉请勿通过开发者调试模式是真的吗好不好用 更新时间:2020-04-20 22:24:19 浏览次数:729次 区域: 南阳 > 卧龙 列举网提醒您:为保障您的权益,请不要提前支付任何费用! 虚拟位置外设器!!轨迹模拟&虚拟位置外设神器 专业用于:钉钉,外勤365,红圈通,企业微信和…...

    2022/11/19 21:17:05
  37. 配置失败还原请勿关闭计算机怎么办,win7系统出现“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”,长时间没反应,无法进入系统的解决方案...

    前几天班里有位学生电脑(windows 7系统)出问题了&#xff0c;具体表现是开机时一直停留在“配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机”这个界面&#xff0c;长时间没反应&#xff0c;无法进入系统。这个问题原来帮其他同学也解决过&#xff0c;网上搜了不少资料&#x…...

    2022/11/19 21:17:04
  38. 一个电脑无法关闭计算机你应该怎么办,电脑显示“清理请勿关闭计算机”怎么办?...

    本文为你提供了3个有效解决电脑显示“清理请勿关闭计算机”问题的方法&#xff0c;并在最后教给你1种保护系统安全的好方法&#xff0c;一起来看看&#xff01;电脑出现“清理请勿关闭计算机”在Windows 7(SP1)和Windows Server 2008 R2 SP1中&#xff0c;添加了1个新功能在“磁…...

    2022/11/19 21:17:03
  39. 请勿关闭计算机还原更改要多久,电脑显示:配置windows更新失败,正在还原更改,请勿关闭计算机怎么办...

    许多用户在长期不使用电脑的时候&#xff0c;开启电脑发现电脑显示&#xff1a;配置windows更新失败&#xff0c;正在还原更改&#xff0c;请勿关闭计算机。。.这要怎么办呢&#xff1f;下面小编就带着大家一起看看吧&#xff01;如果能够正常进入系统&#xff0c;建议您暂时移…...

    2022/11/19 21:17:02
  40. 还原更改请勿关闭计算机 要多久,配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机,电脑开机后一直显示以...

    配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机&#xff0c;电脑开机后一直显示以以下文字资料是由(历史新知网www.lishixinzhi.com)小编为大家搜集整理后发布的内容&#xff0c;让我们赶快一起来看一下吧&#xff01;配置windows update失败 还原更改 请勿关闭计算机&#x…...

    2022/11/19 21:17:01
  41. 电脑配置中请勿关闭计算机怎么办,准备配置windows请勿关闭计算机一直显示怎么办【图解】...

    不知道大家有没有遇到过这样的一个问题&#xff0c;就是我们的win7系统在关机的时候&#xff0c;总是喜欢显示“准备配置windows&#xff0c;请勿关机”这样的一个页面&#xff0c;没有什么大碍&#xff0c;但是如果一直等着的话就要两个小时甚至更久都关不了机&#xff0c;非常…...

    2022/11/19 21:17:00
  42. 正在准备配置请勿关闭计算机,正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了解决教程...

    当电脑出现正在准备配置windows请勿关闭计算机时&#xff0c;一般是您正对windows进行升级&#xff0c;但是这个要是长时间没有反应&#xff0c;我们不能再傻等下去了。可能是电脑出了别的问题了&#xff0c;来看看教程的说法。正在准备配置windows请勿关闭计算机时间长了方法一…...

    2022/11/19 21:16:59
  43. 配置失败还原请勿关闭计算机,配置Windows Update失败,还原更改请勿关闭计算机...

    我们使用电脑的过程中有时会遇到这种情况&#xff0c;当我们打开电脑之后&#xff0c;发现一直停留在一个界面&#xff1a;“配置Windows Update失败&#xff0c;还原更改请勿关闭计算机”&#xff0c;等了许久还是无法进入系统。如果我们遇到此类问题应该如何解决呢&#xff0…...

    2022/11/19 21:16:58
  44. 如何在iPhone上关闭“请勿打扰”

    Apple’s “Do Not Disturb While Driving” is a potentially lifesaving iPhone feature, but it doesn’t always turn on automatically at the appropriate time. For example, you might be a passenger in a moving car, but your iPhone may think you’re the one dri…...

    2022/11/19 21:16:57