《计算机网络》学习笔记（四）---网络层

一、网络层提供的两种服务






二、网络层的主要协议
网际协议IP：
当中间设备是集线器或网桥是，这仅仅是把一个网络扩大了，但仍然是一个网络，一般并不称之为网络互连
当中间设备是路由器时，它能将互连起来的各种物理网络的异构性屏蔽掉，在网络层看起来好像是一个统一的网络（虚拟互连网络）
IP数据报的格式


IP层转发分组的流程


地址解析协议ARP：
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址
从不同层次上看IP地址和硬件地址


IP地址和硬件地址由于格式不同而不存在简单的映射关系，地址解析协议ARP解决这个问题的方法是在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表通过广播（ARP请求分组）和（ARP响应分组）响应经常动态更新


逆地址解析协议RARP：
已包含在DHCP协议中，现在已没人单独使用RARP协议了
网际控制报文协议ICMP：
ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告
ICMP报文作为IP层数据报的数据，加上数据的首部，组成IP数据报发送出去
ICMP报文的格式


ICMP报文的类型


ICMP差错报文的数据字段


网际组管理协议IGMP：
用于多播，见后面
三、因特网的路由选择协议
一个大的ISP就是一个自治系统（AS），尽管一个AS使用了多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个AS对其他AS对其他AS表现出的是一个单一的和一致的路由选择策略。
路由选择协议：
1、内部网关协议IGP（RIP、OSPF）
2、外部网关协议EGP（BGP）
路由信息协议RIP：
RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，其最大优点就是简单
RIP协议的特点
1、仅和相邻路由器交换信息（和哪些路由器交换信息）
2、路由器交换的信息是当前路由器所知的全部信息，即自己的路由表（交换什么信息）
3、按固定时间间隔交换路由信息（什么时候交换信息）
路由算法 例4-5
RIP协议的报文格式


开放最短路径优先OSPF：
OSPF是一种分布式的基于链路状态的路由选择协议，每个路由器都知道全网的拓扑结构
OSPF协议的特点
1、向本自知系统中所有路由器发送信息
2、发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，路由器所知道的部分信息
3、只有链路状态发生变化时，路由才向所有路由器用洪泛法发送信息
OSPF的五种分组
1、问候分组
2、数据库描述分组
3、链路状态请求分组
4、链路状态更新
5、链路状态确认
OSPF的基本操作


可靠的洪泛法


OSPF协议的报文格式


边界网关协议BGP：
BGP采用了路径向量路由选择协议，BGP只能力求一条能够到达目的的网络且比较好的路由（不兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由
BGP的基本操作


BGP的四种报文（1）打开报文（2）更新报文（3）保活报文（4）通知报文
BGP协议的报文格式


路由器的构成：
路由器的结构


转发表的结构应使查找过程优化，但路由表则需要对网络拓扑变化的计算最优化，在讨论路由选择原理时，往往不去区分转发表和路由表的区别，而可以笼统地使用路由表这个词
交换结构


四、IP地址的编制方法
分类的IP地址：
IP地址：={<网络号>，<主机号>}


地址的指派范围


特殊的IP
地址 表4-3
划分子网：
IP地址：={<网络号>，<子网号>，<主机号>}
子网的划分


子网数=2的n次方-2
子网掩码：与收到的数据报的目的IP地址逐位相“与”即可找到子网的网络地址


无分类编址CIDR（构造超网）：
IP地址：={<网络前缀>，<主机号>}
CIDR还使用“斜记法”，即在IP地址后面加斜线“/”，然后写上网络前缀的位数
路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，所以应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。
五、IP多播
IP多播需要使用多播IP地址，IP多播有：
（1）只在本局域网上进行硬件传播
（2）在因特网范围进行多播
单播与多播的比较


多播IP地址与以太网多播地址的映射关系


IP多播需要两种协议：
（1）网际组管理协议
（2）多播路由选择协议
IGMP的工作过程 ：
（1）当某个主机加入新的多播组时，该主机向多播组的多播地址发送一个IGMP报文，声明自己要为该组的成员。本地多播路由器收到IGMP报文后，还要利用多播路由选择协议把这种组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器
（2）组成员关系是动态的。本地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还继续是组成员。
多播路由选择协议使用三种方法：
1、洪泛与剪除
2、隧道技术
3、基于核心的发现技术