网络层的各种协议（IP层）

计算机网络（谢希仁第七版）大合集

tips:

1、网络链路上传送的帧最终是按硬件地址找到目标主机的，为什么还需要IP地址？

全世界存在各种各样的网络，他们使用不同的硬件地址，要使这些异构网络能够互相通信，就必须进行非常复杂的地址转换工作，由用户或者用户主机完成这项工作非常困难。而使用IP地址，使不同网络上的设备就像连接在同一个网络一样，ARP协议本身对用户是透明的，方便了普通用户。

网络层

1、地址解析协议ARP

作用：根据IP地址，获取物理地址

方法：主机发送包含目标IP地址的ARP请求广播到局域网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。

说明：每台主机都有一个ARP高速缓存，存放本局域网内各主机和路由器得从IP地址到硬件地址的映射表，并动态更新（新增或超时删除）

 2、互联网控制报文协议ICMP

作用：用于在IP主机、路由器之间传递控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

重要的应用：PING，测试两台主机之间的连通性。

两种ICMP报文：ICMP询问报文、ICMP差错报告报文

四类差错：

1、目标不可达：路由器找不到路由或者主机不能交付IP数据报
2、时间超过：（1）TTL=0：当IP数据报通过路由器时，IP首部的TTL字段减一，当路由器发现收到IP数据报的TTL=0时，就丢弃该报文，同时该路由器向源站点发送ICMP超时报文。（2）分片不能重组：如果组成IP数据报的所有分片未能在规定的时限内达到目的主机，就不能进行分片的重组，则目的主机会丢弃已经收到的分片，并向源站点发送ICMP超时报文。
3、参数问题：路由器或目的主机发现IP数据报首部的某个字段不正确时
4、改变路由（重定向）：主机本身有一个默认路由器的IP地址，当默认路由器检测到主机发往某个目标地址的最佳路由应该是另一个路由器时，就会告诉主机。

3、路由选择协议

RIP基于UDP: RIP每周期需全网组播路由信息，路由信息数目较大，使用UDP协议可以提高效率

OSPF基于IP : OSPF本身提供主从协商机制，可以保证可靠的传输，另外全网路由器保持着同样的一个链路状态数据库，当拓扑发生变化时，需要携带的变更信息较少，通过IP协议即可完成

BGP基于TCP: BGP为边界网关协议，因携带的路由信息较多，且可能跨不同网络传送路由信息，为保证可靠性，需使用TCP协议，可兼顾容量和可靠性

（1）内部网关协议IGP(Interior Gateway Protocol): 常用RIP、OSPF

RIP当网络出现故障时，需要较长时间才能把信息传递给全部路由器

OSPF每个路由器都知道全局的网络拓扑结构，信息能较快更新

RIP交换的信息实际为距离向量（跳数），OSPF交换的为链路状态（距离时延带宽等很多）

RIP：路由信息协议

路由器记录从他自己到每一个目的网络的距离。

从一个路由器到另一个路由器被称为1跳，使用“跳数”来衡量到达目标地址的路由距离，范围限制在15跳之内，等于16跳即为不可达。

1）路由器只与自己相邻的路由器交换信息

2）交换的是自己知道的全部信息，即自己的路由表。

3）以固定的时间间隔交换信息，网络拓扑发生变化时也会及时通知。

OSPF: 开放最短路径优先协议

1）向本自治系统内所有路由器发送信息

2）信息为与本路由器相邻的所有路由器的链路状态

3）只有发生变化时才发送信息

（2）外部网关协议EGP(External Gateway Protocol): 常用BGP