计算机网络-网络层

计算机网络，网络层概述，网际协议，互联网控制报文协议，路由器的工作原理，虚拟专用网，互联网控制报文协议，互联网的路由选择协议。

网络层

• 概述
  • 如何将分组从源主机沿着网络路径送达目的主机
  • 功能
    • 分组转发
      • 作用于传输的数据
    • 路由选择
      • 控制路由器的转发决策
  • 服务
    • 面向连接的服务
      • 虚电路服务
        • 三个阶段
          • 虚电路建立
          • 数据传送
          • 虚电路拆除
    • 面向无连接的服务
      • 数据报服务
• 网际协议（IP协议）
  • IP地址及编码方式
    • 三个历史阶段
      • 分类编址
        • 网络号
        • 主机号
      • 划分子网
        • 网络号
        • 子网号
        • 主机号
      • 无分类编址
        • 网络前缀
        • 主机号
  • IP地址与物理地址
    • IP地址
      • 网络层及以上各层使用的地址
      • 放在IP数据报的首部
    • 物理地址
      • 数据链路层或物理网络使用的地址
      • 放在MAC帧的首部
  • 已知IP地址，找物理地址
    • 地址解析协议（ARP）
      • 同一个局域网
  • IP数据报的格式
    • 首部
      • 固定部分（20字节）
        • 版本（4位）
          • IPv4
          • IPv6
        • 首部长度（4位）
        • 区分服务（8位）
        • 总长度（16位）
        • 标识（16位）
          • 相同的标识字段的值使分片后的各数据报片最后能在目的站被正确地重装成原来的数据报
        • 标志（3位）
          • MF
            • =1 表示后面还有分片
            • =0 表示是最后一个分片
          • DF
            • =1 表示不能分片
            • =0 表示允许分片
        • 片偏移（13位）
          • 较长的分组分片后某片在原分组中的相对位置，以8字节为偏移单位
        • 生存时间（8位）
          • 数据报在网络中的寿命，防止路由错误的数据报无限制在互联网中兜圈子
        • 协议（8位）
          • ICMP 1
          • IGMP 2
          • TCP 6
        • 首部检验和（16位）
          • 只检验数据报的首部，不检验数据部分
        • 源地址（32位）
        • 目的地址（32位）
      • 可变部分
    • 数据部分
  • IP数据报的转发
    • 路由表
    • IP数据报的转发流程
      • 从收到的数据报首部提取目的IP地址D
      • 先判断是否为直接交付（用各网络的掩码和D逐位相“与”）
      • 对路由表每一行，用其中掩码和D相与，看结果是否和相应的网络地址匹配
      • 若路由表中有默认路由，则把数据报传送给路由表汇总所指明的下一跳路由器
    • 路由聚合
    • 最长前缀匹配
• 互联网控制报文协议（ICMP）
  • ICMP报文的种类
    • 前四个字节具有统一格式，共有三个字段
      • 类型
      • 代码
      • 检验和
    • ICMP差错报告报文
      • 终点不可达
      • 超时
      • 参数问题
      • 路由重定位
    • ICMP询问报文
      • 回送请求和回送应答
      • 时间戳请求和时间戳应答
  • ICMP的应用举例
• 互联网的路由选择协议
  • 内部网关协议
    • RIP（路由信息协议）
      • 特点
        • 每个路由器仅向相邻路由器通告路由信息，通告的是每个路由器自己的路由信息，并且要周期性（或当路由表发生变化时）通告
      • 缺点
        • 坏消息传播慢
      • 优点
        • 实现简单，路由器开销小
    • OSPF（开放最短路径优先）
      • 特点
        • 在链路状态发生变化时（也会定期）向本自治系统中的所有路由器用洪泛法发送与本路由器相邻的所有路由器的链路状态信息。
        • 没有坏消息传播慢的问题
        • OSPF 的更新过程收敛得快
        • OSPF的分组直接用IP进行传输
  • 外部网关协议
    • BGP（边界网关协议）
      • 相邻结点间互相通告自己到所有目的地的路径信息，该路径信息包括路径经过的结点列表，各结点根据获得的路径信息选择一条到目的地经过结点数最少且不存在环路的路径
• 路由器的工作原理
  • 路由选择
  • 分组转发
  • 三层交换机
    • 在逻辑上就是一个路由器和支持VLAN的二层交换机的集成体
• IP多播
  • 特点
  • 实现
• IPv6
  • 128位地址
  • 表示方法
    • 记法：冒号十六进制 每个 16 位的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。 如： 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF
    • 零压缩(zero compression)，即一连串连续的零可以为一对冒号所取代。 如：FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成：FF05::B3 再如：0:0:0:0:0:0:128.10.2.1（用于IPv4向IPv6过渡） 再使用零压缩即可得出： ::128.10.2.1
• 虚拟专用网（VPN）
  • 概念
    • 利用公用的网络作为通信载体建立的专用网络即虚拟专用网
  • 实现
    • IP隧道技术
  • 应用
    • 专网之间的通信
    • 远程接入
  • 拓展
    • SSL VPN