计算机网络 - 网络层

最新推荐文章于 2024-08-08 15:55:28 发布

原创

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1. 网络层概述

有了ethernet、mac地址、广播的发送方式，世界上的计算机就可以彼此通信了，问题是世界范围的互联网是由一个个彼此隔离的小的局域网组成的，那么如果所有的通信都采用以太网的广播方式，那么一台机器发送的包全世界都会收到，这就不仅仅是效率低的问题了，这会是一种灾难
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因此，必须找到一种方法，能够区分哪些MAC地址属于同一个子网络，哪些不是。如果是同一个子网络，就采用广播方式发送，否则就采用"路由"方式发送。（"路由"的意思，就是指如何向不同的子网络分发数据包，这是一个很大的主题，本文不涉及。）遗憾的是，MAC地址本身无法做到这一点。它只与厂商有关，与所处网络无关。

这就导致了"网络层"的诞生。它的作用是引进一套新的地址，使得我们能够区分不同的计算机是否属于同一个子网络。这套地址就叫做"网络地址"（IP地址），简称"网址"

"网络层"出现以后，每台计算机有了两种地址，一种是MAC地址，另一种是网络地址。两种地址之间没有任何联系，MAC地址是绑定在网卡上的，网络地址则是管理员分配的，它们只是随机组合在一起。

网络地址帮助我们确定计算机所在的子网络，MAC地址则将数据包送到该子网络中的目标网卡。因此，从逻辑上可以推断，必定是先处理网络地址，然后再处理MAC地址
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2. 网际协议`IP`

所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。

使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。

与IP协议配套使用的还有三个协议
① 地址解析协议ARP
② 网络报文控制协议ICMP
③ 网际组管理协议IGMP
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IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联网络
IP协议使得网络层可以屏蔽底层细节而专注网络层的数据转发
IP协议解决了在虚拟互联网络中数据报传输路径的问题

2.1 IP地址及其表示方式

我们把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络。IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符(IPV4)
IP 地址的编址方法

分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。
子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950]在 1985 年通过。
构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。

近年来已经广泛使用无分类IP地址进行路由选择，但是很多文献还在使用传统的分类IP地址，这里从分类的IP地址开始说起：

2.2.1 分类的IP地址

每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号 net-id，它标志主机（或路由器）所连接到的网络，而另一个字段则是主机号 host-id，它标志该主机（或路由器）。
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所以从IP地址的结构看，IP地址并不仅仅指明一台主机，还指明了主机所连接到的网络

IP 地址是一种分等级的地址结构，分两个等级的好处是：
① IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理。
② 路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。
实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口
① 当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机(multihomed host)。
② 由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。
我们把IP网络分为ABCDE类：各种网络的差异很大，有的网络拥有很多主机，而有的网络的主机则很少

我们使用点分十进制表示

可以看到AB