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网络层导图笔记
考研计算机网络层的知识点包括网络层的功能、路由算法、网络层设备、移动IP、IP组播、IPv4、路由协议、IPv6等，收藏下图学习吧！
编辑于2021-09-12 16:58:27- 网络层
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第四章 网络层
网络层的功能
网络层设计思路:向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务
设计思路的好处:网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用
异构网络互联
异构网络：不同的寻址方案、不同的网络接入机制、不同的差错处理方法、不同的路由选择机制等
网络互联：将两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或多种通信处理设备（即中间设备）相互连接起来，以构成更大的网络系统
四中中间设备（又称中间系统或中继系统）
物理层中继系统:中继器，集线器（Hub）
数据链路层中继系统:网桥或交换机
使用物理层或数据链路层中继系统时，只是把一个网络扩大了，而从网络的角度看，它仍然是同一个网络，一般并不称之为网络互联
网络层中继系统
路由器
TCP/IP体系在网络互联上采用的做法是网络层（即IP层）采用标准化协议，相互连接的网络可以是异构的
网络层以上的中继系统:网关
虚拟互联网络
也就是逻辑互联网络，即互联起来的各种物理网络的异构本来是客观存在的，但是通过使用IP就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络
优点：互联网上的主机进行通信时，就像在一个网络通信一样看不见互联的具体的网络异构细节（如具体的编址方案、路由选择协议等）
路由与转发
功能
路由选择（确定哪一条路径）
根据特定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表
按照复杂的分布式算法，根据从各相邻路由器所得到的关于整个网络拓扑的变化情况，动态地改变所选择的路由
分组转发（当一个分组到达时所采取的动作）
处理通过路由器的数据流，关键是转发表查询、转发及相关的队列管理和任务调度等
路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去
拥塞控制
在通信子网中，因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象称为拥塞
判断拥塞状态的方法
轻度拥塞：随着网络负载的增加，网络的吞吐量明显小于正常的吞吐量
拥塞状态：网络的吞吐量随着网络负载的增大而下降
死锁状态：网络的负载继续增大，而网络的吞吐量下降到零
避免拥塞现象：获取网络中发生拥塞的信息，从而利用这些信息进行控制，以避免由于拥塞而出现分组的丢失，以及严重拥塞而产生的网络死锁现象
作用：确保子网能够承载所达到的流量
实现方法
合理优化主机、路由器及路由器内部的转发处理过程等
单一地增加资源并不能解决拥塞
流量控制与拥塞控制的区别
流量控制所要做的是抑制发送端发送数据的速率，以便使接收端来得及接收
拥塞控制必须确保通信子网能够传送待传送的数据，是一个全局性的问题，涉及网络中所有的主机、路由器及导致网络传输能力下降的所有因素
拥塞控制方法
开环控制
事先考虑有关发生拥塞的各种因素，力求网络在工作时不产生拥塞。在做决定时不考虑当前网络的状态
优点：一种静态的预防方法，一旦整个系统启动并运行，中途就不再需要修改
闭环控制
事先不考虑，采用监测网络系统去监视，及时检测到哪里发生了拥塞，并解决问题
优点：基于反馈环路的概念，是一种动态的方法
路由算法
静态路由与动态路由
静态路由算法（非自适应路由算法）
概念
由网络管理员手动配置的路由信息
当网络的拓扑结构或链路的状态发生变化时，网络管理员需要手工去修改路由表中相关的静态路由信息
优点：简便、可靠，在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果很好
缺陷
大型和复杂的网络环境通常不宜采用
管理员难以全面了解网络拓扑结构
发生变化后需要大范围修改和调整路由信息
使用范围：广泛用于高度安全的军事系统和较小的商业网络
动态路由算法（自适应路由算法）
概念
路由器上的路由表项是通过互相连接的路由器之间彼此交换信息，然后按照一定的算法优化出来的
路由信息会在一定时间间隙里不断更新，以适应不断变化的网络，随时获得最优的路由效果
优点：能改善网络的性能并有助于流量控制
缺点
算法复杂，会增加网络的负担
对动态变化的反应太快而引起振荡，或反应太慢而影响网络路由的一致性
动态路由算法
距离-向量路由算法
原理：所有结点都定期地将它们的整个路由选择表传送给所有与之直接相邻的结点
路由选择表内容
每条路径的目的地（另一结点）
路径的代价（也称距离）
更新路由表的条件
被通告一条新的路由，该路由在本结点的路由表中不存在，此时本地系统加入这条新的路由
来的路由信息中有一条到达某个目的地的路由，该路由与当前使用的路由相比，有较短的距离（较小的代价）
缺点：容易出现路由环路问题
最常见的距离-向量路由算法是RIP算法，它采用跳数作为距离的度量
链路状态路由算法
原理
要求每个参与该算法的结点都具有完全的网络拓扑信息
主动测试所有邻接结点的状态
定期地将链路状态传播给所有其它结点（或称路由结点）
特点
使用泛洪法向所有相邻的路由器发送信息，然后相邻路由器又向其它相邻路由器发送信息
发送的信息是与路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息
只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器发送此信息
用于大型的或路由信息变化聚敛的互联网环境
优点
每个路由结点都使用同样的原始状态数据独立地计算路径，而不依赖中间结点的计算
链路状态报文不加改变的传播，因此采用该算法易于查找故障
当一个结点从其它所有结点接收到报文时，它可以在本地立即计算正确的通路，保证一步汇聚
链路状态算法比距离-向量算法有更好的规模可伸展性
典型的链路状态路由算法是OSPF算法
层次路由
背景
当网络规模扩大时，路由器的路由表成比例的增大
这不仅会消耗越来越多的路由器缓冲区空间，而且需要更多的CPU时间来扫描路由表
路由选择协议
内部网关协议（IGP，也称域内路由选择）
自治系统内部所使用的路由选择协议
RIP
OSPF
外部网关协议（EGP，也称域间路由选择）
不同自治系统的路由器之间交换路由信息，并负责为分组在不同自治系统之间选择最优的路径
BGP
特点
每个路由器都知道在本区域内如何把分组路由到目的地的细节，但不用知道其它区域的内部结构
使用交换信息的种类多，但也会使OSPF协议更加复杂
IPv4（IP版本4）
概述
IPv4即现在普遍使用的IP（版本4）
IP定义数据传送的基本单元——IP分组及其确切的数据格式
IP也包括一套规则，指明分组如何处理、错误怎样控制
包含非可靠投递的思想，以及与此关联的分组路由选择的思想
IPv4分组
IPv4分组格式
版本:占4位，通信双方版本必须一致，指IP版本，目前广泛使用的版本号是4
首部长度:占4位，基本单位为4B，最大值为60B（15✖4B）最常用的首部长度是20B
总长度:占16位（2B），基本单位为1B，指首部和数据之和的长度最大长度为65535B
标识:占16位（2B），是一个计数器，产生IP数据报的标识，用于保证数据报片能够正确组装成原来的数据报
标志:占3位，最低位MF=1代表分片，中间位DF=0代表可以分片
片偏移:占13位，以8字节为偏移单位，即每个分片的长度是8B（64位）的整数倍
生存时间（TTL）:占8位，保证分组不会在网络中循环，每次路由转发分组前，先把TTL减1，若TTL被减为0，则该分组必须丢弃；是IP分组的保质期
协议:占8位，指出该分组使用的协议（6为TCP协议，17为UDP协议）
首部检验和:占16位，只校验分组的首部，不校验数据部分
源地址字段:占4B，标识发送方的IP地址
目的地址字段:占4B，标识接收方的IP地址
IP数据报分片
最大传送单元（MTU）:数据报能承载的最大数据量
MTU
以太网：1500B
广域网：一般不超过576B
分片：当数据报长度大于链路MTU时，就要对其进行分片传输
分片会在目的地进行组装，不会在中间路由处进行组装
标志位含义
MF（more fragment）：为1代表进行了分片
DF（don't fragment）：为0时，才可以进行分片
网络层转发分组流程
提取目的主机的IP地址
直接交付或者根据路由表进行转发交付
若找不到目标路由就发送给默认路由
如果最后没有转发成功，就报告转发分组出错
IPv4地址与NAT
IPv4地址
IP地址：连接到因特网上的每台主机（或路由器）都分配一个32比特的全球唯一标识符
分类
A类地址（1~126）:网络号为前面8位，并且第一位规定为0。最大可用网络数为2⁷-2，每个网络中最大主机数为2²⁴-2。
B类地址（128~191）:网络号为前面16位，并且前面2位规定为10。最大可用网络数为2¹⁴-1，每个网络中最大主机数为2¹⁶-2。
C类地址（192~223）:网络号为前面24位，并且前三位规定为110。最大可用网络数为2²¹-1，每个网络中的最大主机数为2⁸-2。
D类地址（224~239）
E类地址（240~255）
组成部分
网络号:标志主机（或路由器）所连接到的网络
主机号:标志该主机（或路由器）
特殊含义地址
主机号全为0表示本网络本身，如202.98.174.0
主机号全为1表示本网络的广播地址，又称直接广播地址，如202.98.174.255
127.0.0.0保留为环路自检（Loopback Test）地址，此地址表示任意主机本身，目的地址为环回地址的IP数据报永远不会出现在任何网络上
32位全为1，即255.255.255.255表示整个TCP/IP网络的广播地址，又称受限广播地址
32位全为0，即0.0.0.0表示本网络上的本主机
实际使用时，由于路由器对广播域的隔离，255.255.255.255等效为本网络的广播地址
IP地址特点
IP地址是一种分等级的地址结构
IP地址是标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口
用转发器或桥接器连接的若干LAN仍然是同一个网络，该LAN中所有主机的IP地址的网络号必须相同，主机号必须不同。
所有分配到网络号的网络都是平等的
同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络号必须是一样的
网络地址转换（NAT）
概念:将专用网络地址（如Intranet）转换为公用地址（如Internet），从而对外隐藏内部管理的IP地址。
优点
只需要一个全球IP地址就可以与因特网连通，由于专用网本地址IP地址是可重用的，所以NAT大大节省了IP地址的消耗
隐藏了内部网络结构，从而降低了内部网络受到攻击的风险
具体实现：本地地址的主机和外界通信时，NAT路由器使用NAT转换表将本地地址转换为全球地址，或将全球地址转换为本地地址
注意
普通路由器在转发IP数据报时，不改变其源IP地址和目的地址
NAT路由器在转发IP数据报时，一定要更换其IP地址
普通路由器仅工作在网络层
NAT路由器转发数据报时需要查看和转换传输层的端口号
子网划分与子网掩码、CIDR
子网划分
背景
两级IP地址的缺点
IP地址空间的利用率有时很低
两级的IP地址不够灵活
会使路由表变得太大而使网络性能变坏
概述：两级IP地址变成了三级IP地址
划分思路
子网划分纯属一个单位内部的事情，单位对外仍然表现为没有划分子网的网络
从主机号借用若干比特作为子网号，当然主机号也就相应减少了相同的比特
IP地址={<网络号>，<子网号>，<主机号>}
先找到连接到本单位网络上的路由器，然后该路由器在收到IP数据报后，按目的网络号和子网号找到目的子网；最后把IP数据报直接交付给目的主机
注意
子网号全为0和全为1不能作为主机号
全为0为本网络号，全为1为子网的广播地址
子网掩码
使用子网掩码来表达对原网络中主机号的借位
分类
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
C类：255.255.255.0
使用子网掩码情况
一台主机在设置IP地址的同时必须设置子网掩码
同属于一个子网的所有主机及路由器的相应端口，必须设置相同的子网掩码
路由表中必须包含目的网络地址、子网掩码、下一跳地址
无分类域间路由选择（CIDR）
概述：无分类域间路由选择是在变长
特点
消除了传统A、B、C类地址及子网划分的概念，因而可以更有效地分配IPv4的地址空间
IP={<网络前缀>，<主机号>}
将网络前缀都相同的连续IP地址组成：CIDR地址块；一个CIDR地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合称为路由聚合或构成超网。
网络前缀越短，其地址块所包含的地址数就越多。
优点
有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换，提高网络性能
网络前缀长度具有灵活性
查找路由表使用的数据结构方法：二叉线索树
ARP、DHCP与ICMP
IP地址与硬件地址
概述
IP地址是网络层使用的地址，它是分层次等级的
硬件地址是数据链路层使用的地址（如MAC地址），它是平面式的
在网络层及网络层之上使用IP地址，IP地址放在IP数据报的首部，而MAC地址放在MAC帧的首部
数据链路层看不见数据报分组中的IP地址
具体关系：在网络层中的路由器相互传输时使用IP地址，当到达目标网络后，使用MAC地址查找目标物理主机
路由器
拥有多个IP地址
拥有多个硬件地址
注意:路由器不仅有多个IP地址，也有多个硬件地址。
地址解析协议（ARP）
作用：实现IP地址到MAC地址的映射
ARP表：每台主机都设有一个ARP高速缓存，用来存放本局域网上各路主机和路由器的IP地址到MAC地址的映射表
可能出现的情况
发送方是主机时，要把IP数据报发送到本网络上的另一台主机；这时用ARP找到目的主机的硬件地址
发送方是主机时，要把IP数据报发送到另一个网络上的另一台主机；这时用ARP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来完成
发送方是路由器时，要把IP数据报转发到本网络上的一台主机；这时用ARP找到目的主机的硬件地址
从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户并不知道这种地址解析过程。
动态主机配置协议（DHCP）
概述
常用于给主机动态地分配IP地址
提供了即插即用的联网机制，这种机制允许一台计算机加入新的网络和获取IP地址，而不用手工参与
DHCP是应用层协议，它是基于UDP的
实现过程
DHCP客户机广播“DHCP发现”消息，试图找到网络中的DHCP服务器
DHCP服务器收到“DHCP发现”消息后，向网络广播“DHCP提供”消息。其中包括提供DHCP客户机的IP地址和相关配置信息
DHCP客户机收到“DHCP提供”消息后，如果接收DHCP服务器所提供的相关参数，那么通过广播“DHCP请求”消息向DHCP服务器请求提供IP地址
DHCP服务器广播“DHCP确认”消息，将IP地址分配给DHCP客户机
作用:常用于给主机动态地分配地址，提供了即插即用的联网机制。
注意
DHCP服务器分配给DHCP客户的IP地址是临时的，因此DHCP客户只能在一段有限的时间内使用这个分配到的IP地址
DHCP的客户端和服务器端需要通过广播方式来进行交互
网际控制报文协议（ICMP）
目的：为了提高IP数据报交付成功的机会，在网络层使用了网际控制报文协议（ICMP）来让主机或路由器报告差错和异常情况
种类
ICMP差错报告报文
终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时，就向源点发送终点不可达报文
源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢
时间超过：当路由器收到生存时间（TTL）为零的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文
参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文
改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由）
ICMP询问报文的分类
回送请求和回答报文
时间戳请求和回答报文
前两种最常用
掩码地址请求和回答报文
路由器询问和通告报文
不应发送ICMP差错报告报文的几种情况
对ICMP差错报告报文不再发送
对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送
对具有组播地址的数据报都不发送
对具有特殊地址（127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送
ICMP的应用
分组网间探测PING
测试两台主机之间的连通性
使用了ICMP回送请求和回答报文
Traceroute
用来跟踪分组经过的路由
使用了ICMP时间超过报文
IPv6
IPv6的主要特点
IPv6从根本上解决了IP地址耗尽问题，缓解方法是超网聚合、网络地址转换（NAT）等
10个主要特点
更大的地址空间，IPv6将地址从IPv4的32位增加到了128位
扩展的地址层次结构
灵活的首部格式，扩展了首部
改进的选项
允许协议继续扩充
支持即插即用（即自动配置）
支持资源的预分配
从一般意义上说，IPv6不允许类似IPv4的路由分片
首部长度必须是8B的倍数，IPv4的首部是4B的整数倍
增大了安全性
IPv6地址
基本地址类型
单播:传统的点对点通信
多播:一点对多点的通信，分组被交付到一组计算机的每台计算机。
任播
这是IPv6增加的一种类型
任播目的站是一组计算机，但数据报只交付其中的一个，通常是距离最近的一台计算机
IPv6地址缩写
当16位域的开头有一些0时，可以采用一种缩写表示法，但在域中必须至少有一个数字
当有相继的0值域时，还可以进一步缩写；这些域可以用双冒号缩写（：：）
IPv4向IPv6过度
双协议栈：双协议栈技术是指一台设备上同时装有IPv4和IPv6协议栈，那么这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信
隧道技术：将整个IPv6数据报封装到IPv4数据报的数据部分，使得IPv6数据报可以在IPv4网络的隧道中传输
路由协议
自治系统（AS）概述
单一技术管理下的一组路由器，这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量来确定分组在该AS内的路由
同时还使用一种AS之间的路由选择协议来确定分组在AS之间的路由
域内路由与域间路由
内部网关协议（IGP，域内路由选择）
在一个自治系统内部使用的路由选择协议
目前该路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF
外部网关协议（EGP，域间路由选择）
源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时（两个自治系统可能使用不同的IGP）需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中
目前使用最多的外部网关协议是BGP-4
路由信息协议（RIP）
简介
内部网关协议（IGP）中最先得到广泛应用的协议
是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，其最大优点就是简单
实现
路由信息在相邻路由之间交换
距离基本单位为“跳”，每到达一个路由器为一跳
最多允许15跳，超过15跳即为不可到达
每30秒广播一次RIP路由更新信息，建立并维护路由表（动态路由表）
RIP协议中每个网络的子网掩码必须相同
RIP的特点
仅和相邻路由器交换信息
交换的信息是当前路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
按固定的时间间隔（如每隔30s）交换路由信息
RIP的优缺点
优点:实现简单、开销小、收敛过程较快。
缺点
限制了网络的规模，能使用的最大距离为15（16表示不可达）。
网络规模越大，开销也越大。
网络出现故障时，会出现慢收敛现象，俗称“坏消息传的慢”。
注意:RIP是应用层协议，它使用UDP传送数据。它是根据最少跳数进行路径选择的。
开放最短路径优先协议（OSPF）
简介：使用分布式链路状态路由算法的典型，也是内部网关协议（IGP）的一种
实现
OSPF向本自治系统中的所有路由器发送信息，这里使用的方法是洪泛法
已发送信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态
只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送此信息，并且更新过程收敛的快
OSPF是网络层协议，它不使用UDP或TCP，而直接用IP数据报传送
特点
OSPF对不同的链路可根据IP分组的不同服务类型（TOS）而设置成不同的代价
OSPF对不同类型的业务可计算出不同的路由，十分灵活
负载平衡：如果到同一个目的网络有多条相同代价的路径，那么可以将通信量分配给这几条路径
所有在OSPF路由器之间交换的分组都具有鉴别功能，因而保证了仅在可信赖的路由器之间交换链路状态信息
支持可变长度的子网划分和无分类编址CIDR
每个链路状态都带上一个32位的序号，序号越大，状态就越新
使用迪杰斯特拉算法
使用洪泛法，就像水波一样，相互交互路由表信息
分组类型
问候分组，用来发现和维持邻站的可达性
数据库描述分组，向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息
链路状态请求分组，向对方请求发送某些链路状态状态项目的详细信息
链路状态更新分组，用洪泛法对全网更新链路状态
链路状态确认分组，对链路更新分组的确认
边界网关协议（BGP）
简介
是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议，是一种外部网关协议
边界网关协议常用于互联网的网关之间
BGP采用的是路径向量路由选择协议
应用层协议，基于TCP
工作原理
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”
一个BGP发言人与其它自治系统中的BGP发言人要交换路由信息，先建立TCP连接
再利用BGP会话交换路由信息
所有BGP发言人都相互交换网络的可达性的信息后，各BGP发言人就可以找出到达各个自治系统的较好路由
特点
交换路由信息的结点数量级是自治系统的数量级，要比自治系统中的网络数少很多。
每个自治系统中BGP发言人（或边界路由器）的数目是很少的，这使得自治系统之间的路由选择不过分复杂。
BGP支持CIDR，所以路由表应包括目的网络前缀、下一跳路由器和到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。
BGP刚运行时，BGP的邻站交换整个路由表，以后只需发生变化时更新有变化的部分。
报文类型
打开（Open）报文：用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系
更新（Update）报文：用来发送某一路由的信息，以及列出要撤销的多条路由
保活（Keeplive）报文：用来确认打开报文并周期性地证实邻站关系
通知（Notification）报文：用来发送检测到的差错
IP组播
组播的概念
概述
组播机制是让源计算机一次发送的单个分组可以抵达用一个组地标标识的若干目标主机，并被它们正确接收；组播仅应用于UDP
因特网中的IP组播也使用组播组的概念，每个组都有一个特别分配的地址，要给该组发送的计算机将使用这个地址作为分组的目标地址
实现过程
主机使用一个称为IGMP（因特网组管理协议）的协议加入组播组
使用该协议通知本网络上的路由器关于要接收发送给某个组播组的分组的愿望
通过扩展路由器的路由选择和转发功能，可以在许多路由器互联的支持硬件组播的网络上面实现因特网组播
优点：数据只需发送一次就可发送到所有接收者，大大减轻了网络的负载和发送者的负担
注意：组播需要路由器的支持才能实现，能够运行组播协议的路由器称为组播路由器
IP组播地址（使用D类地址格式）
组播数据报和一般的IP数据报的区别
组播数据报也是“尽最大努力交付”，不提供可靠交付
组播地址只能用于目的地址，不能用于源地址
对组播数据报不产生ICMP差错报文；因此，若在PING命令后面键入组播地址，将永远不会收到响应
并非所有D类地址都可作为组播地址
分类
只在本局域网上进行组播
在因特网的范围内进行组播
在因特网上进行组播的最后阶段，还是要把组播数据报在局域网上用硬件组播交付给组播组的所有成员
硬件地址的映射关系不是唯一的，因此收到组播数据报的主机，还要在IP层利用软件进行过滤，把不是本主机要接收的数据报丢弃
IGMP与组播路由算法
用途：利用因特网组管理协议（IGMP）要使路由器知道组播成员的信息
特点：IGMP是TCP/IP的一部分
工作阶段
第一阶段
主机加入新的组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明要成为该组的成员
本地的组播路由器收到IGMP报文后，将组成员关系转发给因特网上的其它组播路由器
第二阶段
本地组播路由器周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否仍继续时组的成员
响应结果
只要对某个组有一台主机响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的
一个组在经过几次的探询之后仍然没有一台主机响应时，则不再将该组的成员关系转发给其他的组播路由器
实现因特网组播的路由算法
基于链路状态的路由选择
基于距离-向量的路由选择
协议无关的组播（PIM）（可以建立在任何路由器协议之上）
移动IP
移动IP的概念
支持移动性的因特网体系结构与协议共称为移动IP，它是为了满足移动结点（计算机、服务器、网段等）在移动中保持其连接性而设计的
移动IP的功能实体
移动节点:具有永久IP地址的移动节点
本地代理:一个移动节点的永久“居所”被称为归属网络，在归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体称为归属代理（本地代理）；它根据移动用户的转交地址，采用隧道技术转交移动节点的数据报
外部代理:在外部网络中帮助移动节点完成移动管理功能的实体称为外部代理，是移动节点漫游链路的默认路由器
移动IP与动态IP
移动IP：移动结点以固定的网络IP地址实现跨越不同网段的漫游功能，并保证基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何变化
动态IP：局域网中的计算机可以通过网络中的DHCP服务器动态地获得一个IP地址
移动IP的通信过程
移动节点在本地网时，按传统的TCP/IP方式进行通信。
移动节点漫游到一个外地网络时，仍使用固定的IP地址进行通信。
本地代理接收来自转交地址的注册后，构建一条通向转交地址的隧道，将截获的发给移动节点的IP分组通过隧道送到转交地址处。
在转交地址处解除隧道封装，恢复原始的IP分组，最后送到移动节点。
可以理解为呼叫转移
移动节点在外网通过外网的路由器或外部代理向通信对端发送IP数据报。
移动节点来到另一个外网时，只需向本地代理更新注册的转交地址，就可继续通信。
移动节点回到本地网时，向本地代理注销转交地址，这时移动节点又将使用传统的TOP/IP方式进行通信。
总结:移动IP为移动主机设置了两个IP地址，即主地址和辅地址（转交地址）。移动主机在本地网使用主地址，移动到另一个网络时需要获得一个临时的辅地址，但此时主地址不变。从外网回本地网时，辅地址改变或撤销，主地址仍然不变。
网络层设备
路由器的组成和功能
基本描述：路由器是一种具有多个输入/输出端口的专用计算机
任务：连接不同的网络（连接异构网络）并完成路由转发
功能;可以隔离广播域
重点：不同层次的设备隔离不同的域
集线器：不隔离
网桥：隔离碰撞域（所以有广播风暴）
路由器：隔离广播域
工作过程
源主机和目标主机在同一个网络上，那么直接交付而无需通过路由器
源主机和目的主机不在同一网络上，路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器，即间接交付
功能组成
路由选择部分（控制部分）
核心构件:路由选择处理机
任务
根据所选定的路由选择协议构造出路由表
和其它相邻路由器交换路由信息然后更新和维护路由表
分组转发部分
交换结构
根据转发表对分组进行处理，将从输入口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去
三种常用交换方法:通过存储器进行交换、通过总线进行交换和通过互联网络进行交换。
一组输入端口:从物理层接受到的比特流中提取出数据链路层帧，进而从帧中提取出网络层数据报
一组输出端口:将数据报变为比特流发送到物理层
注意：如果一个存储转发设备实现了某个层次的功能，那么它就可以互联两个在该层次上使用不同协议的网段（网络）
功能
分组转发
处理通过路由器的数据流
转发表查询、转发及相关的队列管理和任务调度
路由计算
通过和其它路由器进行基于路由协议的交互，完成路由表的计算
路由器和网桥区别
网桥与高层协议无关
路由器是由面向协议的，依据网络地址进行操作，并进行路径选择、分段、帧格式转换、对数据报的转换的生存时间和流量进行控制等
支持协议：OSI、TCP/IP、IPX等
路由表与路由转发
路由表功能：实现路由选择
路由表结构
目的网络IP地址
子网掩码
下一跳IP地址
接口
转发：路由器根据转发表把收到IP数据报从合适的端口转发出去，仅涉及一个路由器
路由选择：涉及很多路由器，路由表是许多路由器协同工作的结果
默认路由（路由表中）
目的：减少转发表的重复项目，使用一个默认路由代替所有具有相同”下一跳“的项目