- 网络层概述
- 网络层的主要任务是将分组从源主机经过多个网络和多段链路传输到目的主机，可以将该任务划分为分组转发和路由选择两种重要的功能
- 网络向其上层提供的两种服务
- IPv4地址概述
- IPv4地址就是给因特网上的每一台主机（或路由器 ）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32比特的标识符
- 32比特的IPv4地址不方便阅读、记录以及输入等，因此IPv4地址采用点分十进制表示法以方便用户使用
- 分类编址的IPv4地址
- 划分子网的IPv4地址
- 32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号
- 子网掩码使用连续的比特1来对应网络号和子网号
- 子网掩码使用连续的比特0来对应主机号
- 将划分子网的Ipv4地址与其相应子网掩码进行逻辑与运算就可以得到IPV4地址所在子网的网络地址
*给定一个分类的IP地址和其相应的子网掩码，就可知道子网划分的细节： - 划分出子网数量
- 每个子网可分配的IP地址数量
- 每个子网的网络地址和广播数量
- 每个子网可分配的最小和最大地址
- 默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码
- A类：255.0.0.0
- B类：255.255.0.0
- C类：255.255.255.0
- 无分类编址的IPv4地址
- 1993年，IEt发布了无分类域间路由选择CIDR的RFC文档：RFC 1517-1519和1520.
- CIDR消除了传统的A类、B类和C类地址，以及划分子网的概念；
- CIDR可以更加有效地分配IPv4地地址空间，并且可以在很新的IPv6使用之前允许因特网的规模继续增长。
- CIDR使用“斜线记法”，或称为CIDR记法，即在PIv4地址后面加上斜线“/”，在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量。
- CIDR实际上是将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”
- 我们只要知道CIDR地址中任何一个地址，就可以知道该地址块的全部细节：
- 地址块的最小地址 地址块的最大地址 地址块中的地址数量
- 地址块聚合某类网络的数量 地址掩码
- 路由聚合的方法是找共同前缀·
- 网络前缀越长，地址块越小，路由越具体
- Ipv4地址的应用规划
- MAC地址和IP地址以及ARP协议
- IP地址是因特网上的主机和路由器所使用的地址，用于识别两部分的信息：
- 网络编号：标识因特网上数以千计的网络
- 主机编号：标识同一网络上不同主机
- 数据包转发过程中IP地址与MAC地址的变化情况：
- 源IP地址和目标IP地址保持不变
- 源MAC地址和目的MAC地址逐一链路改变
- IP数据报的发送和转发
- 主机发送数据报
- 判断目的主机是否与自己在同一个网络
- 若在同一网络，则属于直接交付
- 若不在同一个网络，则属于间接交付，传输给主机所在网络的默认网关，由默认网关帮忙转发
- 判断目的主机是否与自己在同一个网络
- 路由器转发IP数据报
- 检查IP数据报首部是否出错
- 若出错，则直接丢弃该IP数据报并通告源主机
- 若没有出错，则进行转发
- 根据IP数据报的目的地址在路由表中查找匹配的条目
- 若找到匹配的条目，则转发给条目中指示的下一跳；
- 若找不到，则丢弃该IP数据报并通告源主机
- 检查IP数据报首部是否出错
- 路由信息协议RIP的基本工作原理
- 路由信息协议RIP是内部网关IGP中最先得到广泛使用的协议之一。
- RIP要求自治系统AS内的每一个路由器都要维护从它自己到AS内其他每一个网络的距离记录，这组距离称之为“距离向量”
- RIP使用跳数来衡量到达目的网络的距离
- 路由器到直连网络的距离定义为1 路由器到非直连网络的距离定义为所经过的路由器加1
- 允许一条路径最多只能包含15个路由器，“距离”等于16相当于不可达
- RIP认为好的路由是“距离短”的路由，如果到达同一的网络由多条距离相等的路由时，可以进行等价负载均衡
- RIP包含以下三个要点：
- 仅和相邻路由器交换信息
- 交换自己的路由表
- 周期性交换
- RIP的基本工作原理
- 路由器刚开始工作时，只知道自己到直连网络的距离为1
- 每一个路由器仅和相邻路由器周期性交换路由信息
- 若干次交换和更新后，每一个路由器都知道到达本AS内各网络的最短距离和下一跳地址，称为收敛
- RIP存在“坏消息传播慢”的问题，又称路由环路或者距离无穷计数问题，这是距离向量算法的一个固有问题。
- 限制最大路径为15（16表示不可达）
- 当路由表发生变化时，就立即发送更新报文，而不仅时周期性发送
- 开放最短路径优先OSPF的基本工作原理
- OSPF是基于链路状态的，而不像RIP那样是基于距离向量的
- OSPF采用SPF算法计算路由，从算法上保证了不会产生路由环境
- OSPF不限制网络规模，效率高，收敛速度快
- 链路状态是指本路由器和哪些路由器相邻，以及相应链路路由器的“代价”
- 使用OSPF的每个路由器都会产生链路状态通告LSA，包含以下内容：
- 直连网络的链路状态信息 邻居路由器的链路状态信息
- LSA被封装在链路链路状态更新分组LSU分组，采用洪泛法发送
- 使用OSPF的每个路由器都有一个链路状态数据库LSDB，用于储存LSA，通过各路路由器洪泛发送封装有自己LSA的LSU分组，各路由器的LSDB最终达到一致。
- 使用OPSF的各路由器基于LSDB进行最短路径优先SPF计算，构建出各自到达其他路由器的最短路径，即构建各自的路由表
- OPSF有以下五种分组类型：
- 问候分组 数据库描述分组 链路状态请求分组
- 链路状态更新分组
- OSPF在多点接入网络中路由器邻居关系的建立
- 链路状态确认分组
- 选举指定路由器DR和备用指定路由器BDR
- 所有的非DR/BDR只与DR/BDR建立邻居关系
- 非DR/BDR之间通过DR/BDR交换信息
- 为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF把一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域
- 划分区域的好处就是利用把洪泛法交换链路状体信息的范围局限于每一个区域而不是整个自治系统，这就减少了整个网络的通信量
- 边界网关协议BGP的基本工作原理
- 在配置BGP时，每个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP发言人”
- 不同自治系统的BGP发言人要交换路由信息，首先必须建立TCP连接，端口号为179
- 在此TCP连接交换BGP报文以建立BGP会话
- 利用BGP会话交换路由信息
- 使用TCP连接交换路由信息的两个BGP发言人，彼此称为对方的邻站或对等站
- BGP发言人除了要运行BGP外，还得运行自己所在自治系统所使用的内部网关协议IGP
- 当BGP发言人互相交换了网路可达性的信息后，各BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息 中找到到达各自治系统的较好路由。
- BGP-4有以下四种报文 ：
- OPEN报文：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，使通信初始化
- Update报文：用来通告某一路由的信息，以及列出要撤销的多条路由
- keepalive报文：用来周期型的证实邻站的连通性
- notification报文：发送检测出的差错
- 路由器的基本工作原理
- 路由器是一种具有多个输入端口和输出端口的专用计算机，其任务是转发分组
- 路由选择部分：核心构件是路由选择处理机，其任务是根据所使用的路由 选择协议，周期性地与其他路由器进行路由器信息的交换，以便构建和更新路由表
- 分组转发部分：由一组输入端口、交换结构以及一组输出端口
- 网际控制报文协议ICMP
- 为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议
- 主机或路由器使用ICMP来发送差错报告报文和询问报文
- ICMP报文被封装到IP数据报中发送
- ICMP差错报告报文共有以下五种：
- 终点不可达 源点抑制 时间超过 参数问题 改变路由
- 常用ICMP询问报文有以下两种：
- 回送请求和回答 时间戳请求和回答
- IP多播地址和多播组
- 在IPv4中，D类地址被作为多播地址（224.0.0.0--239.255.255.255）
- 多播地址只能作为目的地址，而不能作为源地址
- 用每一个D类地址来标识一个多播组，使用同一个IP多播地址接受IP多播地址数据报的所有主机就构成了一个多播组
- 每个多播组的成员是可以随时变动的，一台主机可以随时加入或离开多播组
- 多播组成员的数量和所在的地理位置也不受限制，一台主机可以属于多个多播组
- 非多播组成员也可以向多播组发送IP多播数据报
- IPv4多播地址可分为预留的多播地址（永久多播地址）、全球范围可用的多播地址以及本地管理的多播地址
- IP多播可以分为以下两种：
- 只在本局域网上进行的硬件多播 在因特网上进行的多播
- 在局域网上进行硬件多播
- 由于MAC地址有多播MAC地址这种类型，因此只有把IPv4多播地址映射成多播MAC地址，即可将IP多播地址数据报封装在局域网的MAC帧中，而MAC帧首部中的目的MAC地址字段的值，就设置为由IPv4多播地址映射成的多播MAC地址，这样，可以很方便地利用硬件多播来实现局域网内地IP多播
- 由于IP多播地址可变化地28比特地前五个比特无法映射到MAC多播地址地低23比特，这会造成IP多播地址与多播MAC地址地映射关系并不是唯一的
- 由于IP多播地址与多播MAC地址地映射关系不是唯一的，因此收到IP多播数据报地主机还要在网际层利用软件进行过滤，把不是主机要接受地IP多播数据报丢弃。
- 在因特网上进行IP多播地两种协议
17.网际层管理协议IGMP
- IPv6引入的主要变化
