第四章 网络层复习总结

第四章 网络层

1 网络层定义

1. 定义

   网络层向上只提供灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。主要任务是把分组（IP数据报）从通过路由选择和转发从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。 互联网可以由多种异构网络（传输速率/传输介质不同均可以称为）组成。

无连接的：在网络层是无连接的，至于连接可靠性需要其上一层物理层来保证。

网络层传输单元：分组

2. 网络层提供服务

   • 面向连接的虚电路服务

   • 无连接的数据报服务

   • 	虚电路服务	数据报服务
     思路	可靠通信应当由网络来保证	可靠通讯应当由用户主机来保证
     连接的建立	必须有	不需要
     典型协议	TCP	UDP
     分组的转发	属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发	每个分组独立选择路由进行转发
     当结点出故障时	所有通过出故障的结点的虚电路均不能工作	出故障的结点可能会丢失分组，一些路由可能会发生变化
     分组的顺序	总是按发送顺序到达终点	到达终点时不一定按发送顺序
     差错处理和流量控制	由网络负责，也可以由用户主机负责	由用户主机负责
     数据通信中每个分组怎么样表示目的站点	仅在连接建立阶段使用终点地址，每个分组使用短的虚电路号。	每个分组都有终点的完整地址。

3. 路由器作用：将多个ip子网络互联，隔绝广播

4. 网络层发送数据过程：

   划分子网后，路由表 必须包含以下 三项内容：
   目的网络地址，子网掩码 和 下一跳地址（形式是ip地址）

   划分子网后，路由器如何转发IP数据报：
   1、从收到的数据报的首部提取目的ip地址 D
   2、判断是否为直接交付，对当前路由器直接相连的网络逐个进行检查：
   用 各网络的子网掩码 和 D 逐位相与，判断结果是否和相应的网络地址匹配：
   若匹配，则把分组进行直接交付，将D通过ARP转成mac地址，封装成mac帧发送出去
   否则就是间接交付，执行3
   3、若路由表中有 目的地址为D的特定主机路由 ，则把数据报传送给路由表所指明的下一跳路由器
   （默认路由、主机路由、网络路由 概念）
   否则执行4
   4、对路由表中的 每一行（目的网络地址，子网掩码，下一跳地址） ，用其中的 子网掩码 和 目的ip地址 D 逐位相与，结果为N
   若N与该行的目的网络地址匹配，则把数据报传送给该行指明的下一跳路由器
   否则，执行5
   5、若路由表中有一个 默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器
   否则，执行6
   6、报告转发分组出错

   

5. IP数据报

生存时间：避免网络上有太多数据，导致拥堵。

MTU上限值，如果数据报超过上限值则需要对其进行分片。

分片后进行组装：标识：同一个数据报标识字段相同。

标志：有三位，但只有其中两位有意义。

数据报片的计算：

需要注意：片偏移计算时需要除以其单位。

题目：
一个数据报部分长度为3400字节（使用固定首部）。现在经过一个网络传输，该网络的MTU为800字节:
（1）应分为几个数据报片？
（2）各数据报片的数据字段长度？
（3）各数据报片的片偏移字段值？

6. VPN：虚拟专用网：利用共用的英特网作为本机构各专用网之间的通讯载体。

2 IP地址

1. IP地址构成：网络号（标识主机或路由器连接的网络）和主机号（标识路由器）
2. IPV4的ip地址为32位，下一代的IPv6地址是128位，能充分保证地址分配。
3. 表示方式：点分十进制
4. IP协议目的：负责将数据包发送给最终目标计算机，能够让世界上任何两台计算机进行通信。
5. 互联网中用ip地址进行寻址

所有IP地址共有2的32次方，A类地址共有2的31次方，占整个IP地址空间的50%，B类地址有2的30次方，占25%，C类为12.5%，D类为6.25%

A类最大可用网络数-2，其中减去的2为：

• 0 1111111（127.xxx回环网络，一般用于检测）
• 0 0000000（规定不可使用）

A类最大主机数-2，其中减去的2为：

• 全0：本主机所连接到的单个网络地址，不可以分给主机
• 全1：广播地址，数据报会发给在广播域中的所有主机。

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2. 分类的IP地址

   

网段个数为第1-3个bit的末地址-初始地址+1。例如：

A：10-10+1

B：31-16+1

C：255-0+1

3. 私有地址转换

2.1 IP地址：子网掩码与子网划分

网络号的子网掩码部分全部标1

2.3 广播地址计算

1. 题型介绍

答：

这里注意如果主机号为4，那么子网为2，因为如果子网数为3，那最后一个是全0和全1不能进行划分。

子网个数，2的n次方。

主机号为2的n次方-2，全0和全1减去。

答：

答：

答：

网络号相同：属于同一网络。

解：

2.2 无分类编址CIDR

目的：节约资源，将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网或路由聚合。

方法：将网络前缀缩短（所有网络地址取交集）

例题：

3 网络层重要协议

路由选择时候的路由协议以及相关算法

1. ICMP：支持主机或路由器：

• 差错（或异常）报告

• 网络探寻

  1. ICMP差错报文

     

  2. ICMP询问报文

     

2. （地址转换协议）ARP协议

3. IGMP协议

   

4. 路由选择协议

自治系统：内部是否使用相同网关协议进行区分。

例题：

ARP发送广播帧：链路层