计算机网络 网络层

网络层

• 虚电路VC是逻辑上的连接（数字管道），不是真实的物理连接
• 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

虚电路服务vs数据报服务

	虚电路服务	数据报服务
思路	可靠由网络保证	可靠由主机保证
连接	有连接	无连接
分组转发	均按同一路由转发	每个分组独立路由转发
节点故障	通过故障节点的虚电路均不工作	故障处丢失分组，路由变化
顺序	按顺序到达	不一定按顺序

与IP协议配套使用的三个协议：

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

IP编址三个阶段：

1. 分类的IP地址
2. 子网划分
3. 超网

	网络号类别位	网络号字段	主机号字段	可指派网络数	最大主机数	地址空间
A类地址	0	1字节(8位)	3字节(24位)	2^7-2 =126	2^24-2	2^31
B类地址	10(128开头)	2字节(16位)	2字节(16位)	2^14-1	2^16-2	2^30
C类地址	110(192开头)	3字节(24位)	1字节(8位)	2^21-1	2^8-2 =254	2^29

网络号全0——保留地址（本网络）

网络号01111111——还回测试用

主机号全0——本主机所在的单个网络地址

主机号全1——该网络上的所有主机

B类128.0.0.0不指派

C类192.0.0.0不指派

路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（不考虑主机号）

用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络

在IP层抽象的互联网上只看得到IP数据报，在局域网的链路层只看得到MAC帧

5.0.0.0——本机连接到的单个网络地址

5.255.255.255——该网络上的所有主机

IP地址 异或 子网掩码 = 网络地址

IP地址 异或 子网掩码取反 = 主机地址

IP数据报长度：

首部长度：

数据部分长度：

IPv4固定首部：20字节（160位）

IPv6固定首部：位

总长度字段：16位，首部+数据之和的长度（字节）——因此数据报最大长度2^16-1=65535字节

首部校验和字段：16位，只检验数据报首部，不包括数据部分，不采用CRC校验

源地址，目的地址：32位

ARP地址解析协议

• 解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题
• 每台主机都有一个ARP高速缓存，存本局域网各主机和路由器的IP到硬件地址的映射表。

子网数要除去全0和全1，但现在全0和全1也可以使用

CIDR无分类域间路由选择

消除了ABC及划分子网的概念，只有网络前缀（仍可以划分子网）

使用斜线记法，斜线后表示网络前缀所占位数

IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}

ICMP网际控制报文协议（IP上层）

ICMP报文装在IP数据报中，作为其中的数据部分

• ICMP差错报告报文
• ICMP询问报文

AS自治系统

分层次的路由选择方法：

• 内部网关协议IGP——如RIP、OSPF
• 外部网关协议EGP——如BGP

RIP协议（内部网关协议）

主要用于规模较小的网络

每个路由器不知道全网的拓扑结构

OSPF开放最短路径优先（内部网关协议）

使用分布式的链路状态协议。

最终所有路由器都能建立一个链路状态数据库，即全网的拓扑结构图，全网是一致的——链路状态数据库的同步

1. 向本自治系统中所有路由器发送信息（洪泛法）
2. 发送与本路由器相邻的所有路由器的链路状态（本路由器与哪些路由器相邻，改链路的度量（代价））
3. 链路状态变化时，才向所有路由器发送信息
4. 对于不同业务计算不同路由
5. 多路径间负载平衡

BGP边界网关协议（外部网关协议）

自治系统AS之间交换可达性信息，必须考虑有关策略

采用路径向量选择协议，力求寻找一条能够达到目的网络且较好（不必最好）的路由

BGP发言人——BGP边界路由器

路由器

转发——仅涉及一个路由器

路由选择——涉及很多路由器，路由表是许多路由器协同工作的结果

IPv6

冒号十六进制记法：

• 一串连续的0：

  :0:0:0:0:压缩为::

• 一个地址只能用一次零压缩

• 允许省略数字前面的0，不能省略后面的0

IP多播

没看

虚拟专用网VPN

全球地址——全球唯一的IP地址

本地地址——仅在本机构有效的IP地址

专用地址——只用于一个机构的内部通信，不能用于和互联网上的主机通信。在互联网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不转发

虚拟专用网——为本机构的主机用于机构内部的通信

所有通过互联网传送的数据都必须加密

网络地址转换NAT

MPLS多协议标记交换——面向连接

每个分组携带一个标记

在MPLS域的入口处，给每一个IP数据报打上固定长度的标记，对打上标记的IP数据报用硬件转发。路由器都是标记交换路由器LSR

转发等价类FEC用于负载均衡

在把IP数据报封装成以太网帧之前，插入MPLS首部（处于第二层和第三层之间）