计算机网络体系结构与数据通信（四） 网络层

0、概述

网络层：提供逻辑地址供数据路由

1、硬件：路由器

（1）隔离广播域：网络层天然优势

（2）建立并维护路由表

根据比较“路由优先级”和“路由度量”来选择加入路由表的最优路劲。路由表中的协议有三类：

1. 直连路由：直连路由器的接口处于开启状态，就会自动生成直连路由
2. 静态路由：网络管理员手动配置，合理的路由配置可以帮助均衡负载
3. 动态路由：RIP、OSPF等发现的路由

OSDF开放式最短路径优先协议：帮助维护路由表

1. 运行在路由器
2. 实现路由的自动学习和通信
3. 取代了RIP协议

（3）作为局域网网关，实现ip包在不同网络间的转发

转发过程：

1. 检查目的IP地址
2. 查找路由表，根据最长掩码匹配原则选择路由表中的最优路由
3. 转发数据

2、协议

2.1、IP协议

（1）无连接、不可靠、尽力而为

（2）IP报文头：包含了路由、分片等的指导信息

分片：IP报文的大小大于网络的最大传输单元MTU时，就会被分片

（3）DHCP与ip地址分配

ip地址通常由网络管理员手动分配或系统自动分配。

1. 静态IP地址：即固定ip，需要手工在终端上设置IP地址、掩码、网关、DNS等信息。注意所有终端的IP地址不能重复，如果重复就会出现IP地址冲突导致终端无法上网。所以就需要自己手中有一张IP地址分配表，需要手动维护。
2. 动态IP地址：通过DHCP协议分配。

DHCP动态主机配置协议：

1. 应用层
2. 须设置DHCP服务器，由服务器来动态给客户端分发IP地址
3. DHCP服务器可以设置在路由器中（路由器的系统服务可以工作在应用层）

ip地址、域名和url：https://blog.youkuaiyun.com/qq_43134477/article/details/124196560

2.2、ARP：地址解析协议

发送数据必须知道接收方的ip地址和mac地址，ARP就是通过目的ip地址获取目的mac地址的协议

（1）实现原理

发送数据前查看ARP缓存中是否存在目的设备的IP地址和MAC地址的映射：

1. 如果存在则直接使用
2. 如果不存在则会发送ARP Request（广播），目的主机回应ARP Reply报文（单播）

（2）ARP代理、免费ARP、ARAP

1. ARP代理：用一个主机代替另一个主机对收到的ARP请求进行应答
2. 免费ARP：当网络上的一个设备被分配了iP地址或者iP地址发生变更后，可以通过免费ARP来检查1P地 址是否冲突。
3. ARAP：反向地址解析协议：将MAC地址解析为ip地址

2.3、ICMP：Internet控制消息协议

(1)实现传递差错、控制和查询信息

ICMP定义了各种错误消息用于诊断网络连接性，根据这些消息来判断传输失败的原因，主要报文如下：

1. type：消息类型，如3是目的不可达，5是重定向
2. code：type的进一步信息
   

(2)报文格式

随type的不同有多种报文格式类型，如：

1. ICMP目的不可达（type为3）
2. ICMP Echo Request/Reply（type为0/8）：用于差错检测，测试连通性和报文往返时间等，如ping和tracert
3. ICMP重定向（type为5）：路由路径优化

(3)应用：Ping

检测网络连通性。
配置参数-t：持续发送
返回的信息：

1. 字节属性：表示返回的数据包的大小
2. 时间（time）属性：表示延迟大小
3. TTL属性：数据包的生存时间，发送时有一个初始值，每经过一个网段就会减1，减至0时数据包会自动失效消失，防止数据包在网络中无限循环；可以根据TTL粗略判断对方服务器的系统 ：TTL在不同系统中的默认初始值不同，Linux是64；Windows是128；Unix是255

(4)应用：Tracert

路由跟踪，显示数据包到达目标主机所经过的路径，并显示到达每个节点的时间