计算机网络之网络层

网络层（因特网） : 向上之提供灵活简单的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务。

虚电路 : 面向连接的，发送前必须建立一条虚拟电路。

1.网际协议IP
（1）3种协议
①地址解析协议ARP。
②网际控制报文协议ICMP。
③网际组管理协议IGMP。

（2）将网络互相连接起来的中间设备
①物理层:转发器
②数据链路层:网桥或桥接器
③网络层:路由器
④网络层之上：网关

（3）分类IP地址
IP地址：={<网络号>,<主机号>}
A类地址:8位（0）+24位，单播地址（括号里面是网络号前几位，也叫类别位，下面也一样）
B类地址:16位（10）+16位，单播地址
C类地址:24位（110）+8位，单播地址
D类地址：1110+多播地址（32位）,一对多通信
E类地址:1111+保留今后使用

（4）IP地址和MAC地址区别
MAC地址（硬件地址）是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
ARP：IP地址—->MAC地址

2.划分子网和构造超网
（1）划分子网
原因:
①IP地址空间利用率很低
②使路由表过大，网络性能变坏
③两级IP不够灵活
IP地址：={<网络号>,<子网号>，<主机号>}
IP地址 X（相与AND）子网掩码=网络号
路由表包含:目的网络地址，子网掩码，下一跳地址。

（2）无分类编址CIDR（构成超网）
斜线记法，消除了传统的A,B,C类以及划分子网的概念，斜线后表示地址掩码1的位数。
Ⅰ最长前缀匹配，查找路由表时可能得到不止一个结果，应当从中选取网络前缀最长的结果。
Ⅱ使用儿茶线索查找路由表

（3）网际控制报文协议ICMP
种类：ICMP差错报文和ICMP询问报文。

ICMP差错报文（可以应用为PING）:
终点不可达，源点抑制（路由器或主机拥塞丢弃报文），时间超过，参数问题，改变路由（重定向）。
ICMP询问报文：
回送请求和回答，时间戳请求和回答。

（4）分层次的路由选择协议
Ⅰ.内部网关协议IGP（具体协议如RIP和OSPF）
Ⅱ.外部网关协议EGP（具体协议如BGP）
RIP
每经过1个路由器，距离+1，当距离等于16为不可达，因此适用于小型网络。
特点：
①仅和相邻路由交换信息。
②路由器交换的信息是自己的路由表。
③按固定时间间隔交互信息。
存在问题:当网络故障时，需要经过较长时间才能将此信息传送到所有路由器。

OSPF
与RIP的不同:
①向本自治系统中所有路由器发送信息，洪泛法。RIP仅仅和自己相邻的几个路由器发送信息。
②发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态（本路由器和那些路由器相邻）。RIP则是到所有网络的距离和下一跳路由器。
③只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此消息。RIP则是定时。

外部网关协议BGP
问题:为什么不用内部的去实现？
解释:
①.因特网太大，使自治系统（AS）之间路由选择困难（RIP16跳，而OSPF要维持一个相当大的链路状态）。
②AS人为策略因素，政治，商业。。。

BGP:寻找到一条比较好的能到达的路由，而不是最佳，采用路径向量选择协议。
BGP发言人：每个AS至少选择一个BGP边界路由器作为发言人，相互交流需要先建立TCP连接，然后BGP会话，利用BGP会话交换路由信息。

（5）IP多播
概念:数据源把分组当做多播数据报来发送，只需发送一次，路由器在转发分组的时候，复制相应次数到达局域网，而局域网具有硬件多播功能，不需要复制分组。
多播路由器：即可以转发普通单播数据报，也可以运行多播协议。

（6）IGMP和多播
IGMP协议:是让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网是否有主机的某个进程参加或者退出多播组。
多播路由选择协议:仅仅有IGMP是不够的，连接在局域网上的多播路由器还必须和因特网上的其它多播路由器协同工作，以便把多播数据报用最小代价传送给所有组成员。
(7)VPN和NAT简介
VPN:（虚拟专用网），为了节省IP，可以使用本地地址进行通信，而不用申请IP地址，当有个机构不同部门相距很远，而每个地址都有自己的专用网，可以利用公用的因特网作为载体，这就是VPN，所有通过因特网的数据必须加密，并由VPN隧道联通。
NAT（网络地址转换）：当使用本地地址的主机想和互联网通信，第一就是申请IP地址，然而更好的方法是使用NAT:可以通过一台装有NAT软件的路由器，该路由器至少有一个公网IP，每次本地IP转发IP数据报给NAT路由器时，NAT路由器将源地址转换为自己地址发送出去，接收时通过端口辨认传送给自己本地地址的主机（NAPT，网络地址与端口号转换）。