网络层

网络层提供的两种服务

1.虚电路服务

• 虚电路服务：

• 虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而不是真正建立了一条物理连接；

• 

• 数据报服务

• 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

• 网络层不提供服务质量的承诺；
  

对比的方面	虚电路服务	数据报服务
思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通信应当由用户主机来保证
连接的建立	必须有	不需要
终点地址	仅在连接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号	每个分组都有终点的完整地址
分组的转发	属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发	每个分组独立选择路由进行转发
当结点出故障时	所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作	出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
分组的顺序	总是按发送顺序到达终点	到达终点时不一定按发送顺序
端到端的差错处理和流量控制	可以由网络负责，也可以由用户主机负责	由用户主机负责

网际协议IP

• 网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一；
• 与IP协议配套使用的还有三个协议：
  • 地址解析协议ARP
  • 网际控制报文协议ICMP
  • 网际组管理协议IGMP
  • 网际层的IP协议及配套协议：
    

各类IP地址的网路号字段和主机号字段：

• 使用点分十进制记法—— 记录IP地址
  
• 两级IP地址的结构
  

IP地址与与硬件地址的区别:

地址解析协议ARP的作用

• 从网络层使用IP地址,解析出数据链路层使用的硬件地址(由IP地址解析出硬件地址);
• 当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。
  • 如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。
  • 如没有， ARP 进程在本局域网上广播发送一个** ARP 请求分组**。收到 ARP 响应分组后，将得到的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 高速缓存。

路由器分组转发算法

• 1. 从数据报的首部提取目的主机的IP地址D,得出目的网络地址为N;
• 2. 若网络N与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机D；否则是间接交付，执行（3）；
• 3. 若路由表中有目的地址为D的特定主机路由,则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器;否则,执行(4);
• 4. 若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则执行(5);
• 5. 若路由表中有一个默认路由,则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器;否则执行(6);
• 6. 报告转发分组出错,

划分子网和构造超网

1.1 划分子网

• 1. 从两级IP地址到三级IP地址
  • 划分子网:
    • 早期IP地址的设计不合理,产生了很多问题,为了解决这些问题,IP地址中又增加了一个"子网号字段",使两级的IP地址变成了三级的IP地址;
  • 划分子网的基本思路:
    • 1. 划分子网纯属一个单位内部的事情;
    • 2. 从主机号借用若干个作为子网号,而主机号也相应的减少若干位;
    • 3. 凡是从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网路号，先找到连接在本单位网络上的路由器．
    • 4. 然后此路由器在收到IP数据报后,再按目的网络号和子网号找到目的子网;
    • 5. 最后将IP数据报直接交付给目的主机；
      • 划分子网后变成三级结构的有点
        • 1. 减少了IP地址的浪费;
        • 2. 使网络的组织更加灵活;
        • 3. 更便于维护管理;

• 划分子网只是一个单位内部的事情,对外部网络透明即表现为一个仍然没有划分子网的网络;

1.2 子网掩码

• 使用 子网掩码 可以找出IP地址中的子网部分；
  
• 规则：
  • 1. 子网掩码长度=32位;
  • 2. 某位=1:IP地址中的对应位为网路号和子网号;
  • 3. 某位=0:IP地址中对应位位主机号;
• IP地址的各字段和子网掩码:
  
• IP地址AND子网掩码=网络地址 :
  
• 默认子网掩码:
  

1.3 子网划分方法

• 固定长度子网;
  • 使用该方法划分的子网掩码都是相同的;
• 变长子网
• 划分子网增加了灵活性,但却减少了能够连接在网络上的主机总数;

1.4 在划分子网情况下路由器转发分组的算法

• 1. 从收到的分组的首部提取目的IP地址D；
• 2. 先用各网络的子网掩码和D逐位相"与",看是否和相应网络地址匹配.若匹配,则将分组直接交付.否则间接交付,执行(3).
• 3. 若路由表中有目的地址为D(第二步中相与后得到的IP地址)的特定主机路由,则将分组传给指明的下一跳路由器;否则,执行(4);
• 4. 对路由表中的每一行,将子网掩码和D逐位相"与".若结果与该行的目的网络地址匹配,则将分组传送给该行指明的下一跳路由器;否则,执行(5);
• 5. 若路由表中有一个默认路由,则将分组传送路由表中所指明的默认路由器;否则,执行(6);
• 6. 报告转发分组出错;

无分类编址CIDR

• 无分类的两级编址记法:
  
  • IP地址: 网络前缀+主机号
• CIDR使用"斜线记法",又称为CIDR记法,在IP地址面加上一个斜线"/",然后协商网络前缀所占的位数;如 :202.192.187.0/24

CIDR地址块

• CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成"CIDR地址块";
  • 如:
    • 128.12.31.3/20 表示的地址块共有2^13个地址(因为斜线后面的20表示网络前缀的位数,所以这个地址的主机号是12位)
    • 它的最小地址是:128.12.31.0;
    • 它的最大地址是:128.12.47.255;
    • 注意:全0或者全1的主机号不能使用;

路由聚合(构成超网)

• 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；
  • 路由聚合有利于减少路由器之间的路由选择信息的交换，从而提高了整个还联网的性能；
  • 对于/20地址块,它的掩码是20个连续的1------斜线记法中的数字就是掩码的1的个数;

内部网关协议RIP

• 1. 工作原理:
  • 路由信息协议RIP是内部网关协议iGP中最先得到广泛使用的协议’
  • RIP是一种分布式的,基于距离向量的路由选择协议;
  • RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录.

RIP协议的三个特点

• 1. 仅和相邻路由器交换信息;
• 2. 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;
• 3. 按固定的时间间隔交换路由信息.