复习cn4

网络层

(一)网络层的功能

异构网络互联；路由与转发；拥塞控制；
网络层的主要功能就是：异构网络互联，路由选择与转发（路由器的两个功能），拥塞控制。
路由选择：按照分布式算法，动态地改变路由表。
分组转发：路由器根据路由表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。
拥塞控制：因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象，严重时会产生网络死锁现象。流量控制是通过抑制发送端发送速率达到，拥塞控制要确保通信子网能够传送数据，是一个全局性问题。拥塞控制方法：开环（事先，静态），闭环控制（动态）。

(二)路由算法

静态路由与动态路由；距离-向量路由算法；链路状态路由算法；层次路由；

1. 路由算法：通过算法得到路由表，路由算法可以分为两大类，静态路由算法（非自适应路由算法）和动态路由算法（自适应路由算法）。

• 静态路由算法：由网络管理员手工配置路由信息，小型。
• 动态路由算法：自适应，大型。常见的算法：距离-向量路由算法和链路状态路由算法。

2. 距离-向量路由算法：包含每条路径的目的地（另一结点）和路径的代价（距离）。常见的有RIP算法，16跳，坏消息传得慢。
   

可以参考RIP协议路由表生成过程[1].

3. 链路状态路由算法：主要完成任务，主动测试所有邻接结点状态和定期将链路状态传播给所有其他结点，典型算法有OSPF算法。适用于大型网络。
4. 层次路由：因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统，将路由选择协议分为两大类：

• 自治系统as内部为内部网关协议（IGP），有RIP和OSPF
• 自治系统间为外部网关协议（EGP），有BGP
  OSPF会将一个自治系统再划分为若干区域，使得每个路由器知道在一个区域内如何把分组路由到目的地的细节，但是不知道其他区域的内部结构。

(三)IPv4

IPv4分组；IPv4地址与NAT；子网划分与子网掩码，CIDR，路由聚合，ARP，DHCP与ICMP；

IPv4分组

一个IP分组由首部和数据部分组成。

IP分组首部部分

首部前一部分长度固定，共20B，记忆秘诀“一种八片的首饰”，图见如下：

参考IP分组[2]

IP数据报分片

一个数据链路层数据报能承载的最大数据量称为最大传送单元（MTU）。因为IP数据报被封装在数据链路层数据报中，因此数据链路层的MTU严格限制着IP数据报的长度。在链路上可能会使用不同的数据链路层协议，所以有不同的MTU，例如以太网的MTU是1500B等。

IPv4地址和NAT

IPv4

32bit的IP地址:={<网络号>,<主机号>}。而IP地址根据网络号占用的不同位数分为ABCDE网。主机号全0表示本网络本身，主机号全1表示本网络广播，127.0.0.0为环回自检，故网络中最大主机数往往要减去2，分别是表示本身和广播。子网划分和CIDR都是针对主机号进行划分的，通过分割主机号达到分割子网，采用逐位相与得到网络号。

NAT

私有IP地址10.0.0.0到10.255.255.255（A类），172.16.0.0到172.31.255.255（B类），192.168.0.0到192.168.255.255（C类）。这些私有地址要在公网上访问需要通过NAT路由器使用NAT路由表将本地地址转换成全球地址{本地IP地址:端口}到{全球IP地址:端口}的映射。

ARP，DHCP，ICMP

ARP

网络层协议。路由器不仅有多个IP地址，而且也有多个硬件地址。无论网络层使用什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终必须使用硬件地址。
ARP完成IP地址到MAC地址的映射。如果ARP告诉缓存表中无IP到MAC映射，则使用FF-FF-FF-FF-FF-FF（48bit）的MAC地址来广播ARP请求分组。

DHCP

应用层协议，基于UDP。用于给主机动态分配IP地址。

ICMP

IP层协议。ICMP有两种类型，ICMP差错报告报文和ICMP询问报文。常用PING用来测试两台主机间连通性和Traceroute用来跟踪分组经过的路由。

(四)IPv6

IPv6的主要特点；IPv6地址
IPv6由128bit目的地址，数据报的目的地址可以是以下三种基本类型地址之一，单播：传统点对点（1对1），多播：一点对多点（1台对1组），任播：IPv6新增的一点对一组中的一个。

(五)路由协议

自治系统；域内路由与域间路由；RIP路由协议；OSPF路由协议；BGP路由协议

(六)IP组播

组播的概念；IP组播地址；

(七)移动IP

移动IP的概念；移动IP通信过程；

(八)网络层设备

路由器的组成和功能；路由表与路由转发；
路由表由路由选择算法得出，如下所示：

参考路由表说明[3].