网络层

# 博客还没写完就考完了，只写了网络层的一些基本知识，觉得有用就发出来了，后面的分组、ARP、ICMP、DHCP还没写；

# 考题出的跟让自己出书一样，心累了；之后看什么时候学得到的时候再整理吧。

# 此文仅供参考，个人......有限......指正.......blabla

一、前言

1.网络层作用

• 实现终端节点之间的通信。

2.和数据链路层的关系

• 数据链路层只能在同一网段内传递数据，网络层可以跨越不同的网段（/数据链路）。

3.主机、节点的区别

• 主机：配备有IP地址，但不进行路由控制的设备；
• 路由器：既配置IP地址，且具有路由控制能力的设备；
• 节点：主机和路由器的统称。

二、基础知识

1.IP地址的作用

• IP寻址

IP地址用于在“连接到网络中的所有主机中识别出进行通信的目标地址”，因此TCP/IP通信中，所有主机和路由器必须设定自己的IP地址；物理层、数据链路层的设备不需要设置IP地址，如交换机。

• 路由控制：将分组数据发送到最终目标地址的功能。
• IP分包和组包

2.IP地址

• IP地址的定义

IP地址（IPv4地址）有32位正整数来表示；

IP地址在计算机内部以二进制方式被处理；

将IP地址用十进制数表示，如：10101100 0010100 00000001 00000001 表示为172.20.1.1。这种方法叫做“十进制点符号”；

有时一个网卡可以配置多个IP地址以访问多个网段，但前提是这些网段物理层是连接在一起。

• IP地址的组成

IP地址有网络地址（/网络标识/net-id）和主机地址（/主机标识/host-id）两部分组成；

不同网段的网络地址不同，而同一网段内相连的主机必须有相同的网络地址，主机地址不允许在同一网段内重复出现；

• IP地址的分类

IP地址分为四类：A类地址、B类地址、C类地址、D类地址；

A类IP地址：首位以0开头，1~8位是网络地址。十进制表示，0.0.0.0~127.0.0.0是A类的网络地址；一个网段能容纳

2^24-2=16777214个；

B类IP地址：前两位10开头，1~16位是网络地址。十进制表示，128.0.0.0~191.255.0.0是B类的网络地址；一个网段能容纳

2^16-2=65534个；

C类IP地址：前三位110开头，1~24位是网络地址。十进制表示，192.0.0.0~223.255.255.0是C类的网络地址；一个网段能容纳

2^8-2=254个；

D类IP地址：前四位1110开头，1~32位是网络地址。十进制表示，224.0.0.0~239.255.255.255是D类的网络地址；D类地址无主机标识，常用于多播；

PS：全0的地址为未知地址，全1的地址为广播地址；所以每个网段最大容纳数要 -2。

3.子网掩码

• 定义

子网掩码实际上市将A/B/C类中的主机地址部分用作子网地址，可以将原网络分为多个物理网络；

子网掩码二进制表示长度为32位，对应的IP地址网络标识部分全部为1，对应IP地址主机标识部分全部为0；

子网掩码对应的IP地址网络部分的1是连续的，如11111111,00000000,00000000,00000000 ，一般不允许形如11110111,00000000,00000000,00000000的掩码出现。

假设一个B类IP地址定义了10位子网掩码：

IP地址：172.20.100.52，        二进制：10101100,00010100,01100100,00110100

子网掩码：255.255.255.192，二进制：11111111,11111111,11111111,11000000

IP地址和掩码做异或运算得出网络地址：

网络地址：172.20.100.0，      二进制：10101100,00010100,01100100,00000000

其中，蓝色为B类既定的网络标识，红色是被子网掩码扩大的网络标识，绿色是主机标识，橙黄色是根据子网掩码导出的网络地址。

• 路由表中的工作原理

假如有如下一个路由表：

现在收到2个分组，目标地址分别为：192.4.153.17、192.4.153.90  ，计算下一跳。

(1) 192.4.153.17对应的二进制码为：********，********，********，00010001，和255.255.255.192进行异或运算，得：192.4.153.0，所以下一跳为R1。（因子网掩码前24位均为1，所以目标地址的前24位保留下来，上文用*替代相应的0/1）

(2) 和第一个一样，进行异或运算，得：192.4.153.90，为未知的目的网络，即默认，所以下一跳为R2。

4.CIDR

• 发展背景

用于大规模网络的A类地址派发不能超过128个，C类地址每个网段最多只允许254个主机相连，众多组织申请B类地址导致B类地址也严重缺乏。因此，人们开始放弃这种无法平衡网段数和网段内主机数的IP地址分类法，采用任意长度分割IP地址的方法，即CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类型域间选路）。

• 斜线记法

如：128.14.35.7/20，二进制为：10000000,00001110,00100000,00000000，前20位为为网络前缀，后12位为主机号。

• CIDR的优势

比如，可以将4个形似C类地址的地址块聚合：

从图中可以看出，四个地址块对应的二进制码的前22位相同，因此可以用 212.56.132.0/22 来表示。

5.RIP

 

OSPF

6.路由控制

• 跳

一跳指的是在数据链路层以下传输数据帧的一个区间。也就是说并不通过路由器。

 

• 路由控制表

保存“指明路由器和主机”信息的设备；实现IP通信的主机和路由器必须拥有路由控制表；

路由控制表有两种形成方式：管理员手动设置（静态路由控制） 和 路由器交互自动刷新（动态路由控制）

• 回路地址：在同一台计算机上的程序之间进行网络通信时使用的默认地址。计算机使用127.0.0.1（/localhost）作为回路地址。
• 路由表的聚合

也称为路由汇总，可以有效减少路由表的条目。

 

7.分组（IP分割+重组处理）

• 不同数据链路的MTU
• 报文的分片与分组
  • 发展背景
  • 目的端重组
  • 路径MTU(学完传输层再看)
• 全局地址与私有地址
  • 发展背景
  • 公网IP、私有IP、NAT
  • 全局地址决定
• IP多播
  • 地址管理
• 分组、MTU
• 面向无连接，TCP，

三、IP协议相关技术：

1.ARP相关

• ARP
  • 发展背景
  • 工作原理、arp缓存表、arp -a
  • arp包格式
  • IP地址不能替代MAC的原因
• RARP
  • 发展背景
  • 工作原理
• 代理ARP

2.ICMP相关

• ICMP的发展背景、功能、ICMP的定位
• 工作原理
• ICMP消息类型
  • 基本表
  • 目标不可达（类型3）
  • 重定向（类型5）
  • 超时（类型11）、tracert
  • 回送（类型0,8）
  • 其他消息类型

3.DHCP相关

•  

四、补充：

• POE交换机
• 无线路由器和路由器