计算机网络网络层全攻略：从基础功能到高级技术！！！

网络层

一、网络层的功能

网络层 为 传输层 提供服务，将传输层的数据封装成“IP 数据报”。

网络中的路由器根据 IP 数据报首部中的源 IP 地址、目的 IP 地址进行“分组转发”

因此，网络层实现了“主机到主机”的传输

数据链路层 为 网络层 提供服务，将网络层的IP 数据报封装成帧，传输给下一个相邻结点

注意：IP 地址用 32bit 表示，常以 8bit 为一组，即四组，记为十进制数

1.异构网络互联

如何理解异构?

每个网络的拓扑结构不同、物理层&链路层的实现不同、主机类型也各不相同

重要的设备：路由器

在 TCP/IP 文献中,路由器也称为网关(Gateway)

2.路由与转发

路由：

各个路由器之间相互配合，规划IP 数据报(分组)的最佳转发路径

各个路由器需要运行“路由协议”，最终生成各自的“路由表

转发：

一台路由器，根据自己的“转发表”，将收到的IP 数据报从合适的接口转发出去

转发表 = 精简版路由表。更精简的数据结构有助于快速检索

3.拥塞控制

拥塞

原因：网络上出现过量分组，超负荷，引起网络性能下降

现象: 网络上的分组数增加，但吞吐量反而降低

类比：节假日路上的车辆增多到一定程度时，收费站的吞吐量反而降低

拥塞控制的方法:

• 开环控制(静态的方法)

在部署网络时，就提前设计好预防拥塞的方法。一旦网络系统开始运行，就不再修改

• 闭环控制(动态的方法)

动态监视网络状态，及时发现哪里发生拥塞，并将拥塞信息传递给相关路由器

(如:通过 ICMP)相关路由器及时调整“路由表”

接入网络的每台主机至少拥有一个IP 地址

通常，路由器的每个接口都需要分配一个IP 地址(最新技术标准已经取消了这个强制要求)

二、IPV4分组

IP 协议：(Internet Protocol，网际协议)是互联网的核心!

ARP 协议：用于查询同一网络中的 <主机IP 地址，MAC 地址> 之间的映射关系

ICMP 协议：用于网络层实体之间相互通知“异常事件”

IGMP 协议：用于实现IP组播

版本：用于区分网络层使用的IP协议版本(v4、v6)

首部长度：4bit表示 0~15，以4B为单位

固定部分：20B

可变部分：0~40B

总长度：16bit 表示范围 0~65535，以 1B 为单位，总长度涵盖首部、数据部分

首部：最短 20B，最长 60B

数据部分：理论最短=0B，理论最长=65535-20=65515B