计算机网络第3层-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。

第三层 网络层总述

• 网络层功能
  • 异构网络互联
  • 路由与转发
  • 拥塞控制
    • 开环控制
    • 闭环控制
• 路由算法
  • 动态
• 数据交换方式
  • 电路交换
  • 报文交换
  • 分组交换
    • 数据报方式
    • 虚电路方式
• IP数据报
  • 格式（首部）
  • IP数据报分片
• IPv4地址⭐⭐⭐
  • 分类的IP地址
    • 网络地址转换NAT
  • 子网划分
  • 无分类编址CIDE
    • 构成超网
• 网络层重要协议
  • ARP协议
    • ARP高速缓存（完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射）
    • 使用过程
      • 有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为
    • 4种典型情况
      • 主机A发给本网络上主机B，用ARP找到主机B的硬件地址
      • 主机A发给另一网络上的主机B，用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址
      • 子主题
  • DHCP协议（获取动态IP地址）
  • ICMP协议
    • ICMP差错报告报文
    • ICMP询问报文
  • IGMP协议+租宝路由选择协议（IP组播）
• 网络层设备——路由器
  • 路由算法
    • 静态路由算法
    • 动态路由算法
      • OSPF 链路状态路由算法
      • RIP距离向量路由算法
  • 路由选择协议
    • 内部网关协议
      • RIP
      • OSPF
    • 外部网关协议
      • BGP
  • 路由选择
  • 分组转发
• IPv6
  • IP数据报格式
  • ip v6和ipv4
  • 地址表示形式
    • 一般形式
      • 冒号16进制
    • 压缩形式
  • IPv6基本地址类型
    • 单播地址
    • 多播地址
    • 任播地址
  • IPv6向IPv4过渡的策略
    • 双协议栈
    • 隧道技术
• 移动IP
  • 相关术语
  • 通信过程

第三层 网络层

• 主要功能
  • 主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务，传输的单位是数据报。
  • 路由选择与分组转发，最佳路径
  • 异构网络互联
  • 拥塞控制
    • 开环控制
    • 闭环控制
• 数据交换方式
  • 电路交换
    • eg.电话网络
    • 独占资源
    • 优点
      • 通信时延小
      • 有序传输
      • 没有冲突
      • 实时性强
    • 缺点
      • 建立链接的时间长
      • 线路独占，使用效率低
      • 灵活性差
      • 无差错控制能力
  • 报文交换
    • 报文：源应用发送的信息整体
    • 优点
      • 无需建立连接
      • 存储转发，动态分配线路
      • 线路可靠性较高
      • 线路利用率高
      • 多目标服务
    • 缺点
      • 存储转发时延
      • 报文的大小不固定，需要网路节点有较大缓存空间
  • 分组交换
    • 分组：把大的数据块分割成小的数据块，还是存储转发的思想
    • 优点
      • 无需建立连接
      • 有存储转发功能，动态分配转发
      • 线路的可靠性较高
      • 线路的利用率较高
      • 相对于报文交换，存储管理更加容易
    • 缺点
      • 存储转发时延
      • 需要传输额外的信息量
      • 乱序到目的主机时，要对分组排序重组
    • 分类
      • 数据报方式
        • 为网络层提供无连接服务
          • 不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传播路径，不同分组传输路径可能不同
        • 每个分组携带源和目的地址
        • 路由器根据分组的目的地址转发分组
          • 基于路由协议/算法构建转发表，检索转发表，每个分组独立选路
      • 虚电路方式
        • 为网络层提供连接服务
          • 发送单元是分组
        • 建立连接
          • 目的地址：仅在建立连接阶段使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号
        • 数据传输
          • 全双工通信
          • 属于同一条虚电路分组按照同一路由转发
          • 保证分组的有序到达
          • 可靠性由网络保证
        • 释放连接
          • 源主机发送“释放请求”分组以拆除虚电路
        • 网络故障
          • 所有经过故障节点的虚电路均不能正常工作
• 路由算法和路由协议
  • 路由算法
    • 路由表/转发表
    • 最佳路由
      • 特定要求下得出较为合理的选择
    • 静态路由算法
      • 管理员手工配置路由信息
      • 简单可靠，应用于小网路
      • 更新较慢
    • 动态路由算法
      • 路由器间彼此交换信息，按此优化路由选项
      • OSPF 链路状态路由算法
        • 全局性
          • 所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息
      • RIP 距离向量路由算法
        • 分散性
          • 路由器只掌握物理相连的邻居及链路费用
  • 分层次路由协议
    • AS 自治系统
    • 内部网关协议 IGP
      • 一个AS内使用的：RIP/OSPF
    • 外部网关协议 EGP
      • AS之间的h使用的： BGP-4
• IP地址
  • 分类的IP地址
  • 子网的划分
  • 构成超网
• 传输单元
  • 应用层
    • 报文
  • 传输层
    • 报文段
  • 网络层
    • IP数据报/分组
  • 数据链路层
    • 帧
  • 物理层
    • 比特流

第三章 IP地址

• IP地址 32位/4字节 网络号：主机号
  • 点分十进制
• 分类IP地址（两级IP地址）
  • A类 （1~126）
    • 0 0000000
      • 主机号
      • 最大可用网络数：2^7-2
        • 1
          • 126
      • 每个网络中最大主机数：2^24-2
    • 10.0.0.0~10.255.255.255
  • B类（128~191）
    • 10 000000 00000000
      • 主机号
      • 最大可用网络数：2^14-1
      • 每个网络中最大主机数：2^16-2
    • 172.16.0.0~172.31.255.255
  • C类（192~223）
    • 110 00000 00000000 00000000
      • 主机号
      • 最大可用网络数：2^21-1
      • 每个网络中最大主机数：2^8-2
    • 192.168.0.0~192.168.255.255
  • D类（224~239）
    • 1110
      • 多播地址
  • E类（240~255）
    • 1111
      • 保留今后使用
• 特殊IP地址
  • netID：特定值 hostID：全0
    • 网络地址，表示一个网络
  • netID：全1 hostID:全1
    • 本网广播·········
  • netID：特定值 hostID：全1
    • 直接广播地址，对特定网络上的所有主机进行广播
• 最大传送单元 MTU
  • 以太网的MTU 1500字节
• 浮动主题