计算机网络--网络层

网络层的功能是：异构网络互联，路由与转发，拥塞控制

静态路由算法：由管理员手工配置路由信息，之后也能修改，只不过需要人工修改

动态路由算法：通过路由器彼此交换的信息来构造路由表，分为距离向量和链路状态算法，自动更新。

IPV4首部固定部分：20B

IPV6首部40B,地址长度16B,它是从根本上解决IPV4地址耗尽问题。

NAT：实现专用网络地址和公用网络地址之间的转换。比如学校局域网的地址是10。。。或者无线路由器之间的网络地址为192.168.。。。等。这些都是局域网内部使用的IP地址，如果要实现和外部网络的互联，局域网中的所有终端只需要一个公共IP.然后通过NAT转换表找到对应的主机。NAT路由器能看到端口所以他工作在网络层的上一层传输层，也就是NAT能获取到端口号即内部地址。

子网划分:两级IP地址的缺点：IP地址空间的利用率有时很低，给每一个物理网络分配一个网络号会使得路由表变得太大因而使网络性能变坏，两级的IP地址不够灵活。通过子网掩码将网络划分为三级IP<网络号，子网号，主机号>

使用子网掩码路由器的分组转发：

1）从收到的分组首部提取目的IP地址，记为D.

2）先判断是否为直接交付。对路由器直接相连的网络逐个进行检查：用各网络的子网掩码和D逐位“与”,看结果是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则直接交付，否则就是间接交付，执行3

3）若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将分组传送给路由表中指明的下一跳路由，否则4）

4）对路由表中的每一行（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址）中的子网掩码和D逐位相与，其结果位N,若N与该行目的地址网络地址匹配，则将分组传送给路由表中指明的下一跳路由，否则5）

5）若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由。否则6）

6）报告分组出错。

无分类编制CIDR，聚合路由，或者为构成超网，减少路由表的信息。分组转发是采用最长前缀匹配的方法，因为长度越长网路越具体。

ARP（地址解析）协议原理：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告诉缓存中查看有无主机B的IP地址。如果有，就可以查出其硬件地址，再将硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧转发此硬件地址。如果没有，就通过使用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧来封装并广播APR请求分组，可以使用同一个局域网里的所有主机收到ARP请求。当主机B收到该ARP请求后，就会向主机A发出响应ARP分组，分组中包括主机B的IP与MAC地址的映射关系，主机A在收到此映射写入ARP缓存中，然后按查询到的硬件地址发送MAC帧。ARP协议看到了IP地址，所以他工作在网络层，而NAT路由器看到了端口，所以他工作在传输层。

ARP请求分组是广播发送的，但是响应分组是普通的单播，即从原地址发送到一个目的地址。

DHCP(动态主机配置协议)工作原理：它使用客户/服务器方式，需要IP地址的主机在启动的时就像DHCP服务器广播发送发现报文，这时该主机就成为DHCP客户。本地网络上所有主机都能收到此广播报文，但是只有DHCP服务器才回答此广播报文.DHCP服务器现在其数据库中查找该计算机的配置信。若找到，则返回找到的信息。若找不到，则从服务器的IP地址池中获取一个地址分配给该计算机。DHCP服务器的回答报文叫做提供报文。

过程：

1、主机A广播DHCP发现消息，找到网络中DHCP服务器，获得一个IP地址。

2、DHCP服务器收到发现消息后，就广播DHCP提供消息，其中包括提供A的IP地址和相关配置信息。

3、A收到“DHCP提供消息”，如果接受提供的相关参数，则广播请求分配IP地址。

4、DHCP服务器广播DHCP确认消息，将IP地址分配给A.

网络上可以配置多台DHCP服务器。可能收到多个提供消息，客户机可以选择，通常选择最先到达的。这个地址是临时的，只能在有限的时间内使用。这个时间可以自己决定。在请求的时候可以设置。

ICMP（网际控制报文协议）：允许主机或路由器报告差错和异常情况。IP成协议

工作在网络层的设备：路由器

路由器可以连接异构网络，完成路由转发，能隔离冲突域和广播域，依照IP地址转发。

组成：控制部分：路由选择处理机，根据路由协议构造与维护路由表

分组转发部分：交换结构、一组输入端口和一组输出端口