网络层

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本章的重点是网际协议IP。本章最重要的内容：

1. 虚拟互联网络的概念。
2. IP地址和物理地址的关系。
3. 传统的分类的IP地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择CIDR。
4. 路由选择协议的工作原理。

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一、网络层提供的两种服务

计算机网络应该提供面向连接的还是无连接的服务曾引起了长期争论。分类对应的具体服务是虚电路服务与数据报服务。虚电路服务与数据报服务的示意图如图1-1所示。

图 1-1 网络层提供的两种服务

实际上，现在网络层提供的服务是数据报服务。这是因为计算机有很强的差错物理能力。网络层采用数据报服务的设计思路：网络层只向上提供简单灵活的、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，如果需要保证进程间的通信是可靠的，这就由网络中的运输层负责。

虚电路服务与数据报服务的主要区别如下图1-2所示。

二、网际协议IP

常与网际协议IP配套使用的三个协议有：

1. 地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)
2. 网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)
3. 网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)

网际协议IP及其配套协议的示意图如图2-1所示。

图 2-1 网际协议IP及其配套协议

2.1 虚拟互连网络

把全球范围内的所有网络连接起来是一件不容易的事情。要将不同的网络连接起来需要一些中间设备。

1. 转发器（集线器）。物理层使用的，只用于转发，不做差错控制
2. 网桥（桥接器）。数据链路层使用的，具有存储转发的功能。
3. 路由器。在网络层使用。
4. 网关。在网络层以上使用的中间设备。

虚拟互连网络就是将不同网络连接起来得到的一个网络，其示意图如图2-2所示。虚拟互连网络又称为IP网。

图2-2 虚拟互连网络（IP网）

2.2 分类的IP地址

IP地址的编址分为三个阶段：

1. 分类的IP地址
2. 子网划分
3. 构成超网

分类的IP地址，要让一个IP地址在整个因特网范围内是唯一的。其结构如下：

IP地址 ::= {<网络号>，<主机号>}

A、B、C、D、E类网络的结构如下图2-3所示。

图2-4 ABCDE网络的结构

常用的三种类别的IP地址：
A类别网络站整个IP地址空间的50%。网络号字段全为0，表示本网络的意思。网络号字段为127保留作为本地软件环回测试，若一个主机发送一个目的地址为环回地址（如127.0