计算机网络-网络层

这是一篇关于5.网络层的思维导图，详细阐述了IP地址的分类、结构以及相关的网络协议。介绍了如何计算IP地址的网络地址，并简要介绍了IPv4版本的IP数据报结构，包括首部长度、服务类型、总长度、头部长度、生存时间（TTL）、协议字段、首部检验和等关键组成部分。描述了IP分组转发的过程，包括直接交付和间接交付两种情况，并介绍了网络设备——路由器在IP分组转发中的作用。

网络层

• 无连接不可靠的数据报服务
• 网络协议IPv4
  • IP地址
    • IP地址的分类 如何求IP地址的网络地址
    • 结构：前缀（网络号字段）+后缀（主机号字段；后缀越大，网络规模大）全0是网络地址；全1是广播地址
    • 具体分类
      • A类：8（0.......）+24
      • B类：16（10......）+16
      • C类：24（110......）+8
      • D类：多播（1110......）
    • 点分十进制法
      • 概念：每8位写作一个数，由点隔开
      • 将IP分类
        • A类：1.0.0.0-127.0.0.0
        • B类：128.0.0.0-191.255.0.0
        • C类：192.0.0.0-223.255.255.0
        • D类：224.0.0.0-239.255.255.255
  • IP数据报
    • 结构
      • 头部：固定部分20个字节
        • 版本：4b；IPv4
        • 首部长度：4b；最后结果该位数*4（字节）
        • 服务类型：8b
        • 总长度：16b；最大65535；不超过传送单元MTU
        • 标识，标志，片偏移：共32b
        • 生存时间：8b；TTL-该数=经过路由器数
        • 协议：8b；ICMP/IP/TCP/UDP
        • 首部检验和：16b（只检查首部）
        • 源IP地址，目的IP地址：各占32b
      • 数据
    • 表示
      • 用16进制的方式表示：每2位表示8个bit，1个字节
      • 会给表格：IP数据报解析结果；部分协议名及其编号
    • 分片与重组
      • 原因：发送的IP数据报总长度超过了网络的MTU
      • 分组由路由器完成
        • 标识：分组时，复制到每个分片的标识字段中
        • 标志：占3b
          • 第一个比特位不用
          • 第二个比特位DF：是否允许分片（0：允许）
          • 第三个比特位MF：后续是否有分片（1：有）
        • 片偏移：本分片中第一个字节相对于原片偏移量（以8个字节为单位）
        • 分几个组：总的数据长度（不包括20字节的头部）/（MTU-20）
      • 重组由目的主机完成分片
  • 地址解析协议ARP
    • 作用：为网络层（IP）地址和数据链路层（MAC）地址提供动态映射
    • 原理
      • 以广播的方式获得物理地址，会有地址以单播发送的方式回以ARP响应
      • ARP高速缓存：减轻广播的工作量（记录IP地址与物理地址的映射）
  • 差错与控制报文协议（ICMP）
    • 报文结构（要封装到数据报中）：首部（8B）+数据部分
    • 分类
      • 差错报告：将发生错误的消息发送给源地址
        • 终点不可达：主机不可达，网络不可达，端口不可达
        • 超时：与TTL有关；当TTL=0时，不可转发
      • 询问：诊断
    • 应用：网络可达性，网络时延测量，网络路由追踪
  • 子网编址
    • 定义
      • 三级的IP地址，多个物理网络可以共用一个物理前缀
      • 【网络号，子网号，主机号】
    • 传统编码
      • 子网掩码：网络号全为1，子网号全为1；主机号全为0（相当于传统的IP编码方式向主机号借几位进行子网划分）
      • 子网地址：主机的IP地址and子网掩码（网络号和子网号不变，主机号为0）
      • 广播地址：网络号+子网号+主机号(主机号全为1)
    • 无分类编址和CIDR
      • 定义：前缀：1-32都可以（相当于传统编址的网络号+子网号）
      • 剩下的类似上面的，具体可以看PPT
  • IP分组的转发
    • 网络设备——路由器
      • 接口：控制台接口，局域网接口，广域网接口
      • 分为：（输入输出部分）路由选择部分，分组转发部分
      • 交付（判读缘和目的是否在同一个物理网络中：看IP地址的网络号（+子网号）是否一样）
        • 直接交付：不需要使用路由器
        • 间接交付：必须使用路由器
      • 路由表项
        • 目的网络地址：目的主机所在的网络地址
        • 子网掩码
        • 下一跳路由IP地址：间接交付时要经过的路由器的接口IP
        • 接口：发送时，要从本路由器的哪个接口输出
      • 路由聚合：将目的地址相近的聚合起来（从前往后找，相同的固定下来，剩下的全为0）
    • 转发算法
      • 转到局域网：子网掩码由局域网决定
      • 转到域名服务器：目的IP和子网掩码：255.255.255.255
      • 转到互联网：目的IP地址和子网掩码：0.0.0.0
      • 目的站的IPand子网掩码，若等于目的网络地址，则走转发，否则默认转发（转到互联网）