第四章 网络层

网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上，进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。主要内容有：虚电路分组交换和数据报分组交换、路由选择算法、阻塞控制方法、X.25协议、综合业务数据网（ISDN）、异步传输模式（ATM）及网际互连原理与实现。

网络层

• 网络层提供的两种服务
  • 虚电路服务：可靠通信应当由网络来保证
  • 数据报服务：可靠通信应当由用户主机来保证
  • 只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力的数据报服务
• 网络协议IP
  • IP协议配套使用的三大协议：ARP（地址解析协议）、ICMP（网际控制报文协议）、IGMP（网际组管理协议）
  • 网络连接需要的中间设备
    • 物理层:转发器
    • 数据链路层：网桥或桥接器
    • 网络层：路由器
    • 网络层以上：网关
  • IP地址的编址方法
    • 分类的IP地址，子网的划分，构成超网
    • 两级的IP地址：IP地址::{<网络号>,<主机号>}
    • 分类的IP地址：A类，B类，C类地址室单播地址，D类是多播，E类地址保留
    • 特殊的IP地址：保留地址：0.0.0.0 本地软件环回测试地址：127.0.0.1 不指派地址：128.0.0.0 192.0.0.0
  • ARP解析协议
    • 解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题
    • 发送方是主机，要把数据报转发到本网络上的另一个主机，此时用其找到目的主机的硬件地址
    • 发送方是主机，把IP数据报发送到另一个网络的一个主机。此时用其找到本网络上一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器完成
    • 发送方是路由器。IP数据报发到本网络的另一台主机，用其找到目的主机的硬件地址
    • 发送方是路由器，把IP数据报转发道另一个网络上的另一台主机，用ARP找到网络的另一个路由器的硬件地址，剩下的工作由这个路由器完成
• 划分子网
  • 三级IP：IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}
  • 划分子网的情况下路由器转发分组的算法
    • （1）从收到的分组首部提取目的地址IP地址D0
    • （2）先用各网络的子网掩码和D逐位相与，看是否和相应的网络地址配对，若配对，则将分组直接交付。否则间接交付，执行（3）
    • （3）若路由器中有目的地址位D的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器；否则，执行（4）
    • （4）对路由表中每一行的子网掩码和D逐位相与，若结果与该行的目的网络地址配对，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器，否则，执行（5）
    • （5）若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行（6）
    • （6）报告转发分组出错
• 网际控制报文协议ICMP
  • 提高IP数据报交付成功的机会
  • 用于在IP主机、路由器之间传递控制消息
  • ICMP差错报告报文
    • 终点不可达，源点抑制，时间超过，参数问题，改变路由
  • ICMP询问报文
    • 发送请求回答报文；时间戳请求回答报文
• NAT网络地址转换
  • NAT转换表
• VPN虚拟专用网
  • 本地地址：机构内部使用
  • 全球地址：全球唯一的IP地址
  • 专用地址：只能用于一个机构的内部通信
• IP多播
  • D类地址，只能使用于目的地址
  • 范围：00-00-5E-00-00~00-00-5E-FF-FF
  • 网际组管理协议，IGMP多播路由选择协议
  • 本局域网内的硬件多播和在英特网多播
• 因特网的路由选择协议
  • 理想的路由算法
  • 自适应分类
    • 非适应性路由选择：静态路由选择策略
    • 自适应路由选择：动态路由选择策略
  • 两大路由选择协议
    • 内部网关协议IGP
    • 外部网关协议EGP
  • 路由信息协议RIP
    • 仅和相邻路由器交换信息
    • 交换路由器所知道的全部信息
    • 按固定时间间隔交换信息
  • 距离向量算法
  • 内部网关协议OSPF
    • 向本自治系统所有路由器发送信息
    • 发送与本路由器相邻的所有路由其链路状态
    • 当链路发送变化时，才使用洪泛法