计算机网络-知识梳理4-网络层

网络层的功能

1. 任务：提供主机到主机的通信服务
2. 重要功能：分组转发，路由选择
3. 提供的服务：面向连接的虚电路服务，无连接的数据报服务
4. 虚电路的分类：永久性虚电路（PVC），交换性虚电路（SVC，暂时）

软件定义网络 SDN

1. 软件控制网络 Software Defined Network / SDN：集中的控制平面，分布式的数据平面

2. 缺点：

   • 集中管理受到攻击崩溃，则整个网络受影响
   • 随着网络规模增大，控制器可能成为网络性能的瓶颈

3. 优点：

   • 有利于控制平面的优化和高性能的网络转发
   • 灵活可编程
   • 降低成本
     

IPv4

1. IPv4 分组格式

   • 版本：4b，IP 的版本
   • 首部长度：4b，以 4B 为单位
   • 总长度：16b，以 B 为单位，最大长度 65535（包括首部），到数据链路层因为受限于以太网帧的最大传送单元（MTU）的 1500B 进行分片
   • 标识：16b，计数器，分片时每个数据分片使用相同的数值
   • 标志：3b，MF = 1 表示还有分片，DF = 0 表示可以分片
   • 片偏移：13b，以 8B 为单位，除了最后一个分片，之前分片的数据部分一定是 8B 的整数倍
   • 生存时间 TTL：8b，路由器转发前减一，若为 0 则丢弃
   • 协议：8b，交给上层的哪个协议处理 6 - TCP，17 - UDP
   • 检验和：16b，仅校验首部部分，每 16 bit 反码求和再取反码
   • 源地址字段：4B
   • 目的地址字段：4B
   • 数据部分：以 8B 为单位
     

2. 分片影响字段：DF，MF，片偏移

3. 分片的原理：
   

IPv4 地址

1. 组成：{网络号，主机号}

2. IP 图示：
   

3. 特殊 IP：

   1. 主机号全为 0：表示本网络本身
   2. 主机号全为 1：本网络的广播地址 / 直接广播地址
   3. 127.x.x.x：环回自检地址，此地址的 IP 数据报永远不会出现在网络上
   4. 32 位全为 0：本网络的本主机
   5. 32 位全为 1：整个 TCP/IP 网络的广播地址 / 受限广播地址

   TIP：路由器对广播域具有隔离作用，受限广播地址等效为直接广播地址

4. 可以作为源地址不能作为目的地址：0.0.0.0

5. 不能作为源地址可以作为目的地址：255.255.255.255

6. 不能作为源地址不能作为目的地址：网络地址

7. 常见 IP 地址的使用范围：
   

   A 网络类别的最大可用网络数 - 2 是指除了本网络和环回自检地址

网络地址转换 NAT

1. 网络地址转换 Network Address Translation / NAT：将专用 IP （私有 IP）转换为公用 IP，对外隐藏内部的 IP 地址，所以整个专用网络只需要一个 IP 地址就可以连接互联网

2. 私有 IP：将部分 IP 地址作为私有 IP 地址，私有 IP 只能用户 LAN，不能用于 WAN，因此可以重复使用（可重用地址）

3. 私有 IP 网段

   1. A 类 1 个网段：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
   2. B 类 16 个 网段：17