计算机网络学习--网络层

第一章 概述

第二章 物理层

第三章 数据链路层

第四章 网络层

第五章 传输层

第六章 应用层

第四章 网络层

4.1、网络层提供两种服务

虚电路连接

• 面向连接的通信方式
• 建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源
• 网络层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

数据报服务

4.2、IP数据报格式

• 一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。
• 首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。
• 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

4.3、网际控制报文协议ICMP

• 为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。
• ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
• ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。
• ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。
• ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。

- 差错报告报文： 
    - 终点不可达
    - 源点抑制(Source quench)
    - 时间超过
    - 参数问题
    - 改变路由（重定向）(Redirect)
- 询问报文： 
    - 回送请求和回答报文
    - 时间戳请求和回答报文

ICMP格式：

route add 0.0.0.0 mask 0.0.0.0 192.168.101.1

pathping www.hebic.cn

4.4、内部网关协议

4.4.1、RIP

• 最早的动态路由协议
• RIP 是一种分布式的基于距离向量(跳数，最多16跳)的路由选择协议
• 三个要点

- 仅和相邻路由器交换信息。
- 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
- 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。

4.4.2、OSPF

• “最短路径优先”使用了 Dijkstra 提出的最短路径算法SPF
• 最短路径根据网速确定
• 由于各路由器之间频繁地交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库
• OSPF 将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域
• OSPF 不用 UDP 而是直接用 IP 数据报传送
• 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。这叫作多路径间的负载平衡
• 每一个链路状态都带上一个 32 位的序号，序号越大状态就越新
• 规定每隔一段时间，如 30 分钟，要刷新一次数据库中的链路状态

4.4.3、BGP

• BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议
• 边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由
• 每一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”

4.5、路由器

• 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组
• “转发”(forwarding)就是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。
• “路由选择”(routing)则是按照分布式算法，根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化 情况，动态地改变所选择的路由
• 路由表是根据路由选择算法得出的。而转发表是从路由表得出的

4.6、IP多播

1. 多播使用组地址—— IP 使用 D 类地址支持多播。多播地址只能用于目的地址，而不能用于源地址。
2. 永久组地址——由因特网号码指派管理局 IANA 负责指派。
3. 动态的组成员
4. 使用硬件进行多播

为了使路由器知道多播组成员的信息，需要利用网际组管理协议 IGMP (Internet Group Management Protocol)

4.7 V** 和 NAT

• V**用于从公网连接到内网
• NAT用于IP地址转化
• 还有PAT用于将IP转化为IP+端口号，增加IP地址运用