- 网络层功能概述
- 数据交换方式
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
- 方式选择
- 数据报&虚电路
- 路由算法与路由协议概述
- 路由算法分类
- 分层次的路由选择协议
- RIP
- OSPF
- BGP
- 三种报文比较
- IP数据报
- IP数据报格式
- IP数据报分片
- IPv4地址
- 网络地址转换（NAT）
- 子网划分与子网掩码
- 无分类编址CIDR（构成超网）
- ARP协议
- DHCP协议
- ICMP协议
- IPv6
- 数据报格式
- IPv6与IPv4对比
- IPv6地址表示形式
- IPv6基本地址类型
- IPv6与IPv4兼容策略
- 小结
- IP组播
- IP数据报三种传输方式
- IP组播地址
- 硬件组播
- IGMP
- 组播路由选择协议
- 小结
- 移动IP
- 网络层设备
- 路由器
- 输入输出收到分组处理
- 设备比较
- 路由表与路由转发
- 小结
网络层主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。网络层传输单位是数据报。
功能如下：
- 路由选择与分组转发
- 异构网络互联
- 拥塞控制：如所有结点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。包含开环控制（静态处理方法，即网络连接开始前就对可能拥塞进行控制）、闭环控制。
| 电路交换优点 | 电路交换缺点 |
|---|---|
| 通信时延小 | 建立连接时间长 |
| 有序传输 | 线路独占，使用效率低 |
| 没有冲突 | 灵活性差 |
| 实时性强 | 无差错控制能力 |
| 报文交换优点 | 报文交换缺点 |
|---|---|
| 无需建立连接 | 有存储转发时延 |
| 存储转发，动态分配线路 | 报文大小不定，需要网络节点有较大缓存空间 |
| 线路可靠性较高 | |
| 线路利用率较高 | |
| 多目标服务 |
| 分组交换优点 | 分组交换缺点 |
|---|---|
| 无需建立连接 | 有存储转发时延 |
| 存储转发，动态分配线路 | 需要传输额外的信息量 |
| 线路可靠性较高 | 乱序到目的主机时，要对分组排序重组 |
| 线路利用率较高 | |
| 相对于报文交换，存储管理更容易 |
几种传输单元名词辨析：
| 传输模型 | 传输单元名字 |
|---|---|
| 应用层 | 报文（一个文件） |
| 传输层 | 报文段 |
| 网络层 | IP数据段，分组 |
| 数据链路层 | 加头（MAC地址）加尾（FCS帧检验序列）->帧 |
| 物理层 | 比特流 |
路由选择协议：
- 内部路由协议IGP：一个AS内使用的RIP、OSPF
- 外部路由协议EGP：AS之间使用的BGP
例如：
距离向量算法
RIP报文格式
RIP特点：当网络出现故障中，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器，“慢收敛”。
链路状态算法
OSPF的区域
OSPF分组
OSPF特点
BGP协议交换信息过程
BGP报文格式
BGP报文特点
BGP四种报文
TCP/IP协议栈：
- 版本：IPv4/IPv6
- 首部长度：单位是4B，最小为5
- 区分服务：指示期望获得那种类型的服务
- 总长度：首部+数据，单位是1B
- 生存时间（TTL）：IP分组的保质期。经过一个路由器-1，变成0则丢弃。
- 协议：数据部分的协议
| 协议名 | ICMP | IGMP | TCP | EGP | IGP | UDP | IPv6 | ESP | OSPF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 字段值 | 1 | 2 | 6 | 8 | 9 | 17 | 41 | 50 | 89 |
- 首部检验和：只检验首部
- 源IP地址和目的IP地址：32位
- 可选字段：0~40B，用来支持排错、测量以及安全等措施
- 填充：全0，把首部补成4B的整数倍
- 标识、标志、偏转移：用于数据报分片
- 标识：同一数据报的分片使用同一标识
- 标志：只有2位具有意义 x–，其中中间位DF（1=禁止分片；0=允许分片），最低位MF（1=后面“还有分片”；0=代表最后一片/没分片）
- 片偏移：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B为单位。（除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍）
最大传送单元MTU：链路层数据帧可封装数据的上限，以太网的MTU是1500字节。
例如：
IP数据报：总长度单位是1B、片偏移单位是8B、首部长度单位是4B。
IP地址历史阶段：分类IP地址-》子网的划分-》构成超网（无分类编址方法）
分类的IP地址：
互联网中IP地址：
特殊的IP地址：
私有IP地址：
路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发。
子网划分与子网掩码分类IP地址的弱点：
- IP地址空间的利用率有时很低
- 两级IP地址不够灵活
子网掩码
使用子网时分组转发
将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由集合。方法：将网络前缀缩短。
在一个子网：
不在一个子网：
主机获取IP地址可以通过静态配置or动态配置，其中，动态配置就需要用到DHCP协议。
ICMP协议
差错报告报文
其中，第二条源点抑制已经舍弃。
ICMP差错报告报文数据字段
不应发送ICMP差错报文的情况
- 对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。
- 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
- 对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。
- 对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文。
ICMP询问报文
- 回送请求和回答报文：主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。
- 时间戳请求和回答报文：请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。
其中，掩码地址请求和回答报文、路由询问和通告报文已经舍弃。
ICMP应用：
- PING：测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文。
- Traceroute：跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文。
由于32位的地址空间已分配耗尽，所以IPv6由此诞生。
- 改进首部格式
- 快速处理/转发数据报
- 支持QoS（服务质量：一个网络能够利用各种基础技术，为指定网络通信提供更好的服务能力）
- 单播
- 多播
- 任播
单播：在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。
多播：提高了数据传送效率，减少了主干网出现拥塞的可能性。
IGMP和ICMP都使用IP数据报传递报文。
两个工作阶段：
该协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发树。
三种算法：
- 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（稀疏/密集）
参考文献：王道-《计算机网络》
