计算机网络第四章--网络层_下面的网络拓扑图由四个路由器组成六个网段,假如每个路由器都使用rip v2选路协议,-优快云博客

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**本章概要：**电路、报文、IPv4/6、子网划分…

文章目录

网络层概述
路由算法
分层次的路由选择协议
IP数据报
网络层设备

网络层概述

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：数据报

分组把数据报切割。

传输单元名词辨析

网络层功能：

路由选择与分组转发

寻找最佳路径
异构网络互联
拥塞控制

所有结点都来不及接受分组，导致大量分组丢弃

解决方法：
- 开环控制（静态）
- 闭环控制（动态）

数据交换方式

为什么要数据交换

交换方式

1. 电路交换

特点
- 独占资源
例如：电话网络
电路交换的阶段
优点
1. 通信时延小
2. 有序传输
3. 没有冲突
4. 实时性强
缺点
1. 建立连接时间长
2. 线路独占，使用效率低
3. 灵活性差
4. 无差错控制能力

2. 报文交换

报文：源应用发送的信息整体

优点
1. 无需建立连接
2. 存储转发，动态分配链路
3. 线路可靠性较高
4. 线路利用率较高
5. 多目标服务
缺点
1. 有存储转发时延
2. 报文大小不定，需要网络结点有较大缓存空间

3. 分组交换

分组：把大的数据块分割成小的数据块

优点：
1. 无需建立连接
2. 存储转发，动态分配链路
3. 线路可靠性较高
4. 线路利用率较高
缺点：
1. 有存储转发时延
2. 需要传输额外的信息量（分组信息）
3. 乱序到目的主机时，要对分组重新排序

数据报方式

为网络层提供无连接服务

不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组的传输路径可能不同。

无连接
每个分组携带源和目的地址
路由器根据分组的目的地址转发分组
- 基于路由协议/算法构建转发表
- 检索转发表
- 每个分组独立选路

虚电路方式

为网络层提供连接服务

首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组路径相同，传输结束后拆除连接。

虚电路将数据报方式和的电路交换方式结合，以发挥两者优点

虚电路：

一条源主机到目的主机类似于电路的路径（逻辑连接）
路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立
都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息

通信过程：

数据报&虚电路

报文交换&分组交换

三种数据交换方式比较总结

报文交换和分组交换都采用存储转发
传输数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
从信道利用率看，报文交换和分组交换优于电路交换。其中分组交换时延更小

路由算法

路由算法分类

静态路由算法

非自适应路由算法，管理员手工配置路由信息
- 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
  - 广泛用于高度安全性的军事网络和较小的商业网络
- 缺点：
  - 路由更新慢
  - 不适用大型网络
动态路由算法

自适应路由算法，路由器彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项
- 优点：
  - 路由更新快
  - 适用于大型网络
  - 及时响应链路费用及网络拓扑变化
- 缺点：
  - 算法复杂，增加网络负担
分类：
- 全局性：链路状态路由算法（OSPF）
  
  所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息
- 分散性：距离向量路由算法（RIP）
  
  路由器只掌握物理相连的邻居及链路费用

分层次的路由选择协议

原因：

因特网规模很大
很多单位不向让外界知道自己的路由器选择协议，但还想连入互联网

自治系统AS：

路由选择协议分类：

内部网关协议IGP（一个AS内使用）

RIP协议（应用层协议）

RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的协议标准，最大优点是简单。

只适用于项小互联网

距离向量算法

RIP协议的报文格式

RIP故障处理

RIP脑图

OSPF协议

链路状态路由算法

OSPF的区域

OSPF分组

OSPF其他特点

外部网关协议EGP

AS之间使用的
BGP

BGP协议

BGP协议交换信息的过程

边界路由器身兼多职，AS内部协议+AS外部协议

BGP协议报文格式

BGP协议特点

BGP-4的四种报文

三种路由协议比较

IP数据报

TCP/IP协议栈

IP数据报格式

协议字段：
- TCP 6
- UDP 17

一种八片首饰

IP数据报分片

最大传输带元MTU

链路层数据帧可封装的数据的上限。

以太网的MTU是1500字节。

IP数据报分片例题

IPv4地址

IP地址

IP编制的历史阶段

分类的IP地址
子网的划分
构成超网（无分类编址方法）

一、分类的IP地址

IP地址：
- 全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口
- 网络号，主机号
- 点分十进制

互联网中的IP地址

网桥分网段不分广播域
路由器分广播域

特殊IP地址

私有IP地址

分类IP可使用数

网络地址转换NAT

NET转换表
- 请求结构：{【源地址】，【目的地址】，【端口号】}
- 每一行都一一对应
- 局域内网通信对应LAN端
- 通过路由器与外网连接对应WAN端
- 内网主机想访问外网内容要先通过路由器NET转换，从LAN接口转到WAN去访问

二、子网划分

分类IP地址弱点

IP地址空间的利用率有时候很低
- 可能根本用不到那么多主机号，没那么多设备
两级IP地址不够灵活

子网划分

子网掩码

子网掩码与IP地址逐位相与，就得到子网网络地址

子网掩码习题

72 = $2^6 + 2^3$ 第7位，第4位

子网掩码：255.255.252.0
- 252即11111100，即前面的8+8+6=22位作为网络号，后面10位主机号
IP地址：180.80.77.55
- 180说明是B类IP地址，所以16位作为网络号，6位子网号
- 77对应01001101，取前6位即子网号010011
- 主机所在网络号180.80.76.0
广播地址：
- 主机号全1，（BCD都有可能，因为不知道子网号占多少位）
- 所以要把IP地址中后10位全部变为1，导致76->79，55->255
- 最终答案180.80.79.255

使用子网时分组的转发

使用相与的操作
超过分组的TTL生存时间会丢弃

三、无分类编址CIDR

构成超网

最长前缀匹配

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