第四章网络层

这是一篇关于第四章网络层的思维导图，主要内容包括：软件定义网络SDN简介，多边协议标签交换MPLS， 虚拟专用网VPN和网络地址转换，IP多播，互联网的路由选择协议，IPv6，网际控制报文协议ICMP， IP层转发分组过程， 网际协议IP，网络层的重要概念。

第四章.网络层

• 4.1网络层的重要概念
  • 4.1.1.网络层提供的两种服务
    • 1.面向连接的通信方式（模仿电信网）
    • 2.网络层设计简单，向其上层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务
  • 4.1.2.网络层的两个层面
    • 前言：路由器传送信息有以下两类：
      • 1.转发源主机和目的主机之间所传送的数据
      • 2.传送路由信息
    • 1.数据层面
      • 在数据层面 每一个路由器根据本路由器生成的转发表 把收到的分组 从查找到的对应的接口转发出去（采用硬件转发，较单纯，独立转发分组）
    • 2.控制层面
      • 路由器必须和相邻的路由器经常交换路由信息 然后才能创建出本路由器的路由表（依靠协同动作）
    • 当前：软件定义网络SDN
      • 存在远程控制器（集中控制）
• 4.2 网际协议IP
  • 概念：网际协议IP是TCP/IP协议体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的互联网标准协议之一（配套使用有地址解析协议ARP、网际控制报文协议ICMP、网际组管理协议IGMP）
  • 4.2.1 虚拟互连网络
    • 参与互连的计算机网络都使用相同的网络协议IP 因此可以把互连以后的计算机网络看成为一个虚拟互连网络
  • 4.2.2 IP地址
    • 1.IP地址及其表示方法
      • 对于主机或者路由器来说 IP地址都是32位的二进制代码
    • 2.分类的IP地址
      • A类
        • • A 类地址的网络号字段占1个字节，只有7位可供使用（该字段的第一位已固定为0）但要注意，第一，网络号为全0的IP地址有特的用途，它表示“本网络”；第二，网络号为127（即01111111）保留作 本地软件环回测试（loopback test）本主机的进程之间的通信之用。若主机发送一个目的地址为环回地址（例如 127.0.0.1）的IP 数据报，则本主机中的协议软件就处理数据报中的数据，而不会把数据报发送到任何网络。因此A类地址可指派的网络号是 126个（即2七次方-2）
        • • A 类地址的主机号占3个字节。但全0和全1的主机号一般不指派。全0的主机号表示该IP 地址是“本主机”所连接到的单个网络地址（例如，若主机的IP地址为5.6.7.8，则该主机所在的网络的网络号是5，而该网络的网络地址就是5.0.0.0）。全1表示“所有的”，因此全1的主机号字段表示该网络上的所有主机。因此每一个A类网络中的最大主机数是2的24次方-2 即16777214
      • B类
        • B类地址的网络号字段有2个字节。因此B类地址可指派的网络数为2的14次方'，即16384。B类地址的每一个网络上的最大主机数是2的16次方-2，即65534。这里需要减2是因为要扣除全。
      • C类
        • C 类地址有3个字节的网络号字段。因此C类地址可指派的网络总数是2的21次方，即2097152。每一个C类地址的最大主机数是2的8次方—2，即254。
      • D类
        • 多播地址
    • 3.无分类编址CIDR（无分类域间路由选择CIDR）
      • 1.网络前缀
        • IP地址 ::={<网络前缀>,<主机号>}
      • 2.地址块
        • CIDR把网络前缀都相同的所有连续的IP地址组成一个CIDR地址块
      • 3.地址掩码
        • 常简称掩码，由一串1和接着的一连串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度（又称为子网掩码）
    • 4.IP地址的特点
      • 1.每个IP地址都由网络前缀和主机号两部分组成
      • 2.按照互联网的观点，一个网络（或子网）是指具有相同网络前缀的主机的集合，因此，用转发器或交换机连接起来的若干个局域网仍为一个网络
      • 3.在IP 地址中，所有分配到网络前缀的网络（不管是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网）都是平等的
  • 4.2.3 IP地址与MAC地址
    • MAC地址是数据链路层使用的地址
    • IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址
  • 4.2.4 地址解析协议ARP
  • 4.2.5 IP数据报的格式
    • 1.版本 2.首部长度 3.区分服务 4.总长度 5.标识 6.标志 7.片位移 8.生存时间 9.协议 10.首部检验和 11.源地址 12.目的地址
• 4.3 IP层转发分组过程
  • 4.3.1 基于终点的转发
    • 分组在互联网上传送和转发是基于分组首部中的目的地址的，因此这种方式称为基于终点的转发
  • 4.3.2 最长前缀匹配
  • 4.3.3 使用二叉线索查找转发表
    • 二叉线索是一钟特殊结构的树 通常是将无分类编址的转发表存放在一钟层次的数据结构 然后进行自上而下按照层次进行查找
• 4.4 网际控制报文协议ICMP
  • 前言:为了更有效的转发IP数据报和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际网络控制报文协议ICMP
  • 4.4.1 ICMP的种类
    • ICMP差错报告报文
    • ICMP询问报文
  • 4.4.2 ICMP的应用举例
• 4.5 IPv6
  • 4.5.1 IPv6的基本首部
  • 4.5.2 IPv6
  • 4.5.3 从Ipv4向IPv6过渡
  • 4.5.4 ICMPv6
• 4.6 互联网的路由选择协议
  • 4.6.1 有关路由选择协议的几个基本概念
    • 理想的路由算法
    • 分层次的路由选择协议
  • 4.6.2 内部网关协议RIP
    • 协议RIP的工作原理
    • 距离向量算法
    • 坏消息传播的慢
  • 4.6.3 内部网关协议OSPF
    • 1.协议的基本特点
      • 开放最短路径优先
    • 2.五种分组类型
  • 4.6.4 外部网关协议BGP
  • 4.6.5 路由器的构成
    • 路由选择部分
    • 分组转发部分
• 4.7 IP多播
  • 4.7.1 IP多播的基本概念
    • 在互联网上进行多播
  • 4.7.2 在局域网上进行硬件多播
  • 4.7.3 网际组管理协议ICMP和多播路由选择协议
    • 网际组管理协议IGMP
    • 多播路由选择协议
• 4.8 虚拟专用网VPN和网络地址转换
• 4.9 多边协议标签交换MPLS
• 4.10 软件定义网络SDN简介
• IP地址：：={<网络号>，<主机号>} （两者总共32位）
• 唯一的
• 传统的互联网