计算机网络学习笔记（四）：网络层（待更新）

目录

4.1 IP地址、子网划分、合并超网

4.1.1 IP地址、子网掩码、网关

4.1.2 IP地址的编址方法1：IP地址分类（A~E类地址、保留的IP地址）

4.1.4 IP地址的编址方法2：子网划分（等长、变长）

4.1.5 IP地址的编址方法3：超网（合并网段）

小结

4.2 静态路由和动态路由

4.2.1 网络层实现的功能

 4.2.2 路由信息的来源/路由表的生成、路由优先级

4.2.3 静态路由

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4.1 IP地址、子网划分、合并超网

• 二进制向左移动1位 等价于 十进制乘以2

• 能够被2整除的数，写成二进制形式，最后一位是0。

        如果余数是1，则最后一位是1。

• 能够被4整除的数，写成二进制形式，最后两位是00。

        如果余数是2，就把2写成二进制，最后两位10。

• 能够被8整除的数，写成二进制形式，最后三位是000。

        如果余数是5，就把5写成位二进制，最后三位101。

• 能够被16整除的数，写成二进制形式，最后四位是0000。

        如果余数是6，就把6写成二进制，最后四位0110。

4.1.1 IP地址、子网掩码、网关

        数据包的目标IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机，而目标MAC地址决定了该数据包下一跳由哪个设备接收，不一定是终点。

• IP地址：
  • 组成：网络标识 + 主机标识
    • 同一网段的计算机网络部分相同
    • 路由器连接不同网段，负责不同网段之间的数据转发
    • 交换机连接同一网段的计算机

        

• 格式：32位二进制 或 32比特 或 4个字节
  • 点分二进制表示法：10101100.00010000.00011110.00111000
  • 点分十进制表示法：172.16.30.56

• 子网掩码(Subnet Mask)/网络掩码/地址掩码：指明IP地址的网络部分和主机部分
  • 同一个网段中的计算机子网掩码相同

• 表示方法1：IP地址有“类”的概念，A类地址默认子网掩码255.0.0.0，B类地址默认子网掩码255.255.0.0，C类地址默认子网掩码255.255.255.0。
• 表示方法2：等长子网划分和变长子网划分，打破了IP地址“类”的概念，子网掩码也打破了字节的限制，引入VLSM（Variable Length Subnet Masking，可变长子网掩码）。这种方式使得Internet上路由器的路由表大大精简，被称为CIDR（无类域间路由，Classless Inter-Domain Routing），子网掩码中1的个数被称为CIDR值。

• 网关(Gateway)：计算机到其他网段的出口，即路由器的接口地址。
  • 取值（重要！！！）：本网段中任何一个地址（为了尽可能避免和网络中的计算机地址冲突，通常使用该网段的第一个可用地址或最后一个可用地址）

计算机的通信流程（重要！！！）

• Step1：使用自己的IP地址和自己的子网掩码做与运算，得到自己所在的网段。
• Step2：使用目标IP地址和自己的子网掩码做与运算，得到目标主机是哪个网段。（无需关心目标的子网掩码）

• Step3：比较上述两个网段是否一样
  • 同一网段：目标MAC地址是目标计算机的接口MAC地址
  • 不同网段：目标MAC地址是路由器的接口MAC地址（或 网关的MAC地址）

思考题

       判断下面的计算机能否进行通信？

A、B之间可以相互通信：

• 当A给B发送数据时
  • Step1：计算A所在的网段  131.107.0.0
  • Step2：计算B所在的网段  131.107.0.0
  • Step3：A和B处于同一网段，则目标MAC地址为B的MAC地址
• 当B给A发送数据时
  • Step1：计算B所在的网段  131.107.41.0
  • Step2：计算A所在的网段  131.107.41.0
  • Step3：A和B处于同一网段，则目标MAC地址为A的MAC地址

A可以给B发送数据，B不能给A发送数据：

• 当A给B发送数据时
  • Step1：计算A所在的网段  131.107.0.0
  • Step2：计算B所在的网段  131.107.0.0
  • Step3：A和B处于同一网段，则目标MAC地址为B的MAC地址
• 当B给A发送数据时
  • Step1：计算B所在的网段  131.107.41.0
  • Step2：计算A所在的网段  131.107.42.0
  • Step3：A和B处于不同网段，则目标MAC地址为路由器的MAC地址（B没有配置网关）

       除了A不能发送数据给C和D，其他都正常。

4.1.2 IP地址的编址方法1：IP地址分类（A~E类地址、保留的IP地址）

• A类地址：网络地址的最高位是0的地址
  • 网络ID：第1部分
    • 第1部分的取值范围为1~126（0不能用，127作为保留网段/环回地址）
  • 主机ID：第2、3、4部分
    • 对于每个A类网络，其容纳的最大主机数量为256×256×256-2=166777214 （主机ID全0的地址为网络地址，主机ID全1的地址为广播地址）
  • 子网掩码：255.0.0.0 （默认）

• B类地址：网络地址的最高位是10的地址
  • 网络ID：第1、2部分
    • 第1部分的取值范围为128(1 000 0000)~191(1011 1111)
  • 主机ID：第3、4部分
    • 对于每个B类网络，其容纳的最大主机数量为256×256-2=65534
  • 子网掩码：255.255.0.0（默认）

• C类地址：网络地址的最高位是110的地址
  • 网络ID：第1、2、3部分
    • 第1部分的取值范围为192(1100 0000)~223(1101 1111)
  • 主机ID：第4部分
    • 对于每个C类网络，其容纳的最大主机数量为256-2=254
  • 子网掩码：255.255.255.0（默认）

• D类地址：网络地址的最高位是1110的地址（多播地址/组播地址）
  • 第1部分的取值范围为224(1110 0000)~239(1110 1111)
  • 组播地址没有子网掩码

• E类地址：网络地址的最高位是11110的地址
  • 第一部分的取值范围为240~254，保留为今后使用
  • 注：本书并不讨论该类地址（无需了解）

• 保留的IP地址：此部分地址不能给计算机使用
  • 主机ID全0的地址：特指某个网段（网络地址）
  • 主机ID全1的地址：特指该网段的全部主机（广播地址）
    • 如果计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址，则数据链路层的目标MAC地址为广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
  • 127.x.x.x(127.0.0.1~127.255.255.254)：本机地址/本地环回地址/回送地址/本机回送地址(Loopback Address)，即主机IP堆栈内部的IP地址，一般用来测试使用
    • 案例1：利用环回地址访问本地共享资源（只能使用127.0.0.1）

                        本机共享资源的建立 → 本机共享资源的访问 → 本地共享资源的取消

• 案例2：ping环回地址（可以使用127.0.0.1~127.255.255.254）

• 注：利用环回地址访问自己，无需网卡（不需要消耗网络流量）。即便网卡被禁用或卸载，依旧可以访问回环地址。
• 169.254.0.0~169.254.255.255：自动私有IP地址
  • 若计算机设置IP地址为自动获取，而又没有DHCP服务器给计算机自动分配地址，此时计算机系统会自动分配169.254.x.x
  • 案例：某网络管理员（水平较差）给所有的计算机装好系统后，设置计算机的IP地址为自动获取，但是没有配置DHCP服务器，此时所有的计算机都会自动获得169.254网段中的地址。换言之，虽然没有给计算机配置地址，但是它们属于同一网段，还能正常通信。
• 0.0.0.0：
  • 案例1：当计算机的IP地址和网络中其他计算机的IP地址冲突时，使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0，子网掩码也是0.0.0.0
  • 案例2：假设计算机设置IP地址为自动获取，当计算机向DHCP服务请求地址时，其发送数据的源IP地址即为0.0.0.0

4.1.4 IP地址的编址方法2：子网划分（等长、变长）

• 问题引入：IP地址传统的分类方法 à 地址浪费
  • Case1：假设一个网段有200台计算机，分配一个C类网络212.2.3.0 255.255.255.0。可见，可用的地址范围212.2.3.1~212.2.3.254（254个可用地址），虽然没有全部用完，这种情况还不算是极大浪费（预留地址给新增计算机使用）。
  • Case2：假设一个网段中有400台计算机，分配一个C类网络，地址就不够用了。此时，如果分配一个B类网络131.107.0.0 255.255.0.0，可用的地址范围131.107.0.1~131.107.255.254（56634个可用地址），从而造成了极大浪费。

• 解决方案：子网划分 à 将现有网段的主机位借用做网络位（子网位），划分出多个子网。子网划分的任务包括两部分：
  • 确定子网掩码的长度
  • 确定子网中第一个可用的IP地址和最后一个可用的IP地址

等长子网划分

等长子网划分：将一个网段等分成多个网段，也就是等分成多个子网。

• C类网络子网划分：
  • 1个C类网络等分为2个子网：将子网掩码往右移动一位
    • 子网A、B的子网掩码：255.255.255.128
    • 子网A可用的地址范围：192.168.0.1(0000 0001)~192.168.0.126(0111 1110)
      • 子网B可用的地址范围：192.168.0.129(1000 0001)~192.168.0.254(1111 1110)

• 1个C类网络等分为4个子网：将子网掩码往右移动两位
  • 子网A~D的子网掩码：255.255.255.192
  • 子网A可用的地址范围：192.168.0.1(0000 0001)~192.168.0.62(0011 1110)
    • 子网B可用的地址范围：192.168.0.65(0100 0001)~192.168.0.126(0111 1110)
    • 子网C可用的地址范围：192.168.0.129(1000 0001)~192.168.0.190(1011 1110)
    • 子网D可用的地址范围：192.168.0.193(1100 0001)~192.168.0.254(1111 1110)

• 1个C类网络等分为8个子网：将子网掩码往右移动三位
  • 子网A~H的子网掩码：255.255.255.224
  • 子网A可用的地址范围：192.168.0.1(0000 0001)~192.168.0.30(0001 1110)
    • 子网B可用的地址范围：192.168.0.33(0010 0001)~192.168.0.62(0011 1110)
    • 子网C可用的地址范围：192.168.0.65(0100 0001)~192.168.0.94(0101 1110)
    • 子网D可用的地址范围：192.168.0.97(0110 0001)~192.168.0.126(0111 1110)
    • 子网E可用的地址范围：192.168.0.129(1000 0001)~192.168.0.158(1001 1110)
    • 子网F可用的地址范围：192.168.0.161(1010 0001)~192.168.0.190(1011 1110)
    • 子网G可用的地址范围：192.168.0.193(1100 0001)~192.168.0.222(1101 1110)
      • 子网H可用的地址范围：192.168.0.225(1110 0001)~192.168.0.254(1111 1110)

• B类网络子网划分：
  • 1个B类网络等分为2个子网：将子网掩码往右移动一位
    • 子网A、B的子网掩码：255.255.128.0
    • 子网A可用的地址范围：131.107.0.1~131.107.127.254
      • 子网B可用的地址范围：131.107.128.1~131.107.255.254

• A类网络子网划分：
  • 1个A类网络等分为4个子网：将子网掩码往右移动两位
    • 子网A~D的子网掩码：255.192.0.0
    • 子网A可用的地址范围：42.0.0.1~42.63.255.254
      • 子网B可用的地址范围：42.64.0.1~42.127.255.254
      • 子网C可用的地址范围：42.128.0.1~42.191.255.254
      • 子网D可用的地址范围：42.192.0.1~42.255.255.254

变长子网划分

• 规律：如果一个子网地址块是原来网段的 ，子网掩码就在原网段的基础上后移n 位，不等长子网，子网掩码也不同。
• 点到点网络：路由器之间的互连为点到点连接，也需要一个单独的网段（2个可用地址）。
  • 每个子网是原来网络的12×12×12×12×12×12 ，即
  • 子网掩码向后移动6位，即255.255.255.252。
  • 子网D的可用地址：192.168.0.1(0000 0001)~192.168.0.2(0000 0010)（刚好有2个可用地址）
  • 子网E的可用地址：192.168.0.5(0000 0101)~192.168.0.6(0000 0110)（刚好有2个可用地址）

练习题

• 判断192.168.0.101/26所属的子网。

• 判断192.168.0.101/27所属的子网。

• 思考1：假设一共有200台计算机，其中一个网段有140台，另一个网段有60台。能否通过子网划分，将1个C类网络进行划分，得到满足要求的2个子网？
• 不能，通过子网划分（无论是等长还是变长），1个C类网络所能得到的子网的最大容纳数量为128，不满足140的要求。此时，只能通过划分2个C类网络来达到上述要求（此种浪费无法避免）。

4.1.5 IP地址的编址方法3：超网（合并网段）

• 问题引入：最初，网络中有200台电脑，因此需要分配一个C类网络（子网掩码为255.255.255.0）。后来，网络中又新增200台电脑，此时原本的C类网络中的剩余IP地址数量不够，因此需要重新分配一个C类网络（子网掩码为255.255.255.0）。值得注意的是，计算机A和计算机B并不在同一个网段中，相互通信时需要经过路由器的转发，效率低下（路由器的一个接口可以设置两个地址）。从逻辑上看，图中存在两个网段（子网掩码不同）；从物理连接上看，图中仅存在一个网段（两个交换机之间并没有被路由器隔开）。有没有更好的办法，让这两个C类网段的计算机认为在一个网段？

• 解决方案：将192.168.0.0/24和192.168.1.0/24 两个C类网络合并
  • 合并后的网段的可用地址：192.168.0.1~192.168.1.254
  • 注：合并之后，IP地址192.168.0.255/23（主机位不是全1）就可以给计算机使用

• 规律：子网掩码往左移1位，能够合并两个连续的网段
• 注意事项：不是任何连续的网段都能合并
  • 案例1：尽管192.168.1.0和192.168.2.0两个网段是连续的，但是仅仅将子网掩码向左移动1位，并不能够合并网段（此时网络位还是不同）。进一步地，将子网掩码向左移动2位，可以将上述两个网段合并。但是，向左移动2位子网掩码，实际上是合并了4个网段。

• 结论：子网掩码左移1位能够将能够合并两个网段；左移2位，能够合并四个网段；左移3位，能够合并8个网段。
  • 判断连续的2个网段是否能够合并，只要第一个网络号能被2整除，就能够通过左移1位子网掩码合并。

• 判断连续的4个网段是否能够合并，只要第一个网络号能被4整除，就能够通过左移2位子网掩码合并将这4个网段合并。

• 判断连续的8个网段是否能够合并，只要第一个网络号能被8整除，这8个连续的网段就能够通过左移3位子网掩码合并。

练习题

练习题1：子网、超网的区分

• 182.2.1.2  255.255.255.0：划分了子网的一个B类地址
  • 第一部分为182  à  该地址为B类地址
  • B类地址的子网掩码为255.255.0.0  à  题中子网掩码右移  à  该地址为B类地址划分子网后的地址
• 12.2.1.2   255.255.0.0：划分了子网的一个A类地址
  • 第一部分为12  à  该地址为A类地址
  • A类地址的子网掩码为255.0.0.0  à  题中子网掩码右移  à  该地址为A类地址划分子网后的地址
• 192.2.1.2  255.255.0.0：超网合并了256个C类网段
  • 第一部分为192  à  该地址为C类地址
  • C类地址的子网掩码为255.255.255.0  à  题中子网掩码左移  à  该地址为C类地址合并网段后的地址
• 结论：判断一个网段是超网还是子网
  • 通过左移子网掩码合并多个网段，右移子网掩码将一个网段划分成多个子网，使得IP地址打破了传统的A类、B类、C类的界限。
  • Step1：判断该网段是A类网络、还是B类网络、还是C类网络，默认A类子网掩码/8，B类子网掩码是/16，C类子网掩码是/24。
  • Step2：如果该网段的子网掩码比默认子网掩码长，则是子网；如果该网段的子网掩码比默认子网掩码短，则是超网。

练习题2：将IP地址拖拽到正确的位置。

练习题3：下列哪些IP地址能够分配给计算机使用？（双选题）

• 205.7.8.32/27：主机号全0，不能给计算机使用
• 191.168.10.2/23：可以给计算机使用
• 127.0.0.1：本地回环地址，不能给计算机使用
• 224.0.0.10：第一部分为224，为多播地址，不能给计算机使用
• 203.123.45.47/28：主机号全1，不能给计算机使用
• 10.10.0.0/13：可以给计算机使用

小结

IP地址的编址方法

• 分类的IP地址：最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。
• 子网的划分：对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950]在1985年通过。
• 构成超网：比较新的无分类编址方法。1993年提出后很快就得到推广应用。

4.2 静态路由和动态路由

4.2.1 网络层实现的功能

• 问题引入：在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统？

• 观点1（虚电路服务）：
  • 这种观点认为，应借助于电信网的成功经验，让网络负责可靠交付，计算机网络应模仿电信网络，使用面向连接的通信方式。
  • 面向连接：通信之前先建立虚电路(Virtual Circuit)，以保证双方通信所需的一切网络资源。
    • 网络通信建立的虚电路是逻辑连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。
    • 电话通信建立的电路是物理连接（真正的连接）。
    • 分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。
  • 网络层提供可靠服务：如果再使用可靠传输的网络协议，就可使所发送的分组无差错、按序到达终点、不丢失、不重复。

• 观点2（数据报服务）：
  • 无连接：网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即IP数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。
  • 网络层不提供可靠服务：网络层不提供服务质量的承诺，即所传送的分组可能会出现差错、丢失、重复和乱序，当然也不保证分组传送的时限。
    • 路由器直接丢弃传输过程中出错的数据包
    • 如果网络中待发的数据包太多，路由器处理不了就直接丢弃
    • 路由器不判断数据包是否重复
    • 路由器不确保数据包按发送顺序到达终点
  • 网络层提供数据包服务：网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

• 观点1（虚电路服务） VS. 观点2（数据报服务）：

• 网络层最终选择提供的服务：数据报服务（重要！！！）
  • 网络层功能就是给传输层协议提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
  • 通俗一点来讲，网络中的路由器为每一个数据报单独的选择转发路径，网络层不提供服务质量的承诺。

补充知识点：网络畅通的条件

       计算机网络畅通的条件：数据包能去能回，道理很简单、也很好理解，却是我们排除网络故障的理论依据。

• Case1：目标主机不可达  à  数据包没有到达目的地
  • 原因：沿途路由器不存在到达目标网段的路由

• Case2：请求超时  à  数据包已经到达目的地，但是返不回来
  • 原因1：沿途路由器不存在到达源网段的路由
  • 原因2：目标主机B关机了
  • 原因3：目标主机B开启了防火墙

• 网络排错：先检查数据包是否能够到达目标网络，再检查数据包是否能够返回来
  • Step1：检查计算机是否配置了正确的IP地址、子网掩码、网关
  • Step2：逐一检查沿途路由器上的路由表，查看是否有到达目标网络的路由
  • Step3：逐一检查沿途路由器上的路由表，查看是否有数据包返回所需的路由

 4.2.2 路由信息的来源/路由表的生成、路由优先级

• 来源1（直连路由Direct Route）：路由器自动发现的路由信息
  • 原理：根据路由器接口的IP地址和子网掩码，自动获得到达该网段的下一条地址
  • 路由信息：
    • 网段(Destination)：接口IP地址和子网掩码“相与”
    • 子网掩码(Mask)：接口的子网掩码
    • 下一条地址(NextHop)：接口IP地址
  • 网络设备启动之后，当路由器接口状态为UP时，路由器就能够自动发现去往自己接口直接相连的网络的路由。

• 来源2（静态路由Static Route）：在路由器上手工(命令)配置的路由信息
  • 说明：对于路由器来说，它只知道自己直连的网段。对于没有直连的网络，管理员需要手工添加到这些网段的路由
  • 适用场景：规模较小的网络、不怎么变化的网络

• 来源3（动态路由Dynamic Route）：路由器使用动态路由协议（RIP、OSPF）而获得路由信息
  • 说明：同一个路由器可以同时运行多种动态路由协议
  • 适用场景：规模较大的网络，能够针对网络的变化自动选择最佳路径

• 路由优先级：0~255
  • 规定：路由优先级的值越小，则路由优先级就越高
  • 工作原理：当存在多条目的地址/掩码相同，但来源不同的路由时，则具有最高优先级的路由便成为了最优路由，并被加入到路由表中，而其他路由则处于未激活状态，不显示在IP路由表中。
  • 注：设备上的路由优先级一般都具有缺省值。不同厂家的设备上对于优先级的缺省值的规定可能不同。（下图为华为路由器的默认优先级）

• 注意事项：
  • 点到点链路的静态路由：下一跳可以写路由器的接口名，也可以写下一跳地址

• 以太网链路的静态路由：最好写下一跳地址

4.2.3 静态路由

简化路由表1：路由汇总/路由汇聚

• 问题引入：如果Internet（全球最大的互联网）上的路由器把全球所有的网段都添加到路由表，则路由表将会非常庞大。路由器每转发一个数据包，都要检查路由表为该数据包选择转发接口，庞大的路由表势必会增加处理时延。
• 解决方案：通过合理的地址规划，可以通过路由汇总简化路由表。将物理位置连续的网络分配地址连续的网段，就可以在边界路由器上将远程的网络合并成一条路由，这就是路由汇总。

• 案例分析1（正常情况）：
  • 路由汇总前：路由表非常庞大（管理员需要逐条配置，工作量大）
    • 对于北京市的路由器R1：需要添加到石家庄市中每个网段的路由；对于北京市的其他路由器：需要重复上述操；添加的总路由条数 = 北京市路由器的个数 * 石家庄市网段的个数
    • 对于石家庄市的路由器R2：需要添加到北京市中每个网段的路由；对于石家庄市的其他路由器：需要重复上述操作；添加的总路由条数 = 石家庄市路由器的个数 * 北京市网段的个数

• 路由汇总后：路由表得到精简

• 案例分析2（特殊情况）：路由汇总的例外
  • 问题引入：石家庄市路由器的所在网段都是172.16网段，但是172.16网段并不都在石家庄市（北京市也存在该网段）
  • 解决方案：到石家庄的网络照样可以汇总成一条路由，但是需要针对例外的那个网段单独添加路由。
  • 分析：当计算机A给计算机B（192.168.10.5/24）发送数据时，此时路由器R1中存在2条匹配的路由（究竟选择哪一个）。根据最长前缀匹配算法（见下），路由器会选择第②条路由进行转发，即下一条地址为10.0.1.2，而不是10.0.0.2。

• 最长前缀匹配(Longest Prefix Match)/最长匹配/最佳匹配：在IP协议中，路由器用于在路由表中进行选择的一种算法。因为路由表中的每个表项都指定了一个网络，所以一个目的地址可能与多个表项匹配。最明确（子网掩码最长）的一个表项就叫做最长前缀匹配。
  • 示例：在路由器R1中添加如下的3条路由
    • [R1]ip route-static 172.0.0.0  255.0.0.0  10.0.0.2                 --第1条路由
    • [R1]ip route-static 172.16.0.0  255.255.0.0  10.0.1.2            --第2条路由
    • [R1]ip route-static 172.16.10.0  255.255.255.0  10.0.3.2        --第3条路由
  • 路由器R1收到一个目标地址是172.16.10.12的数据包，会使用第3条路由转发该数据包。路由器R1收到一个目标地址是172.16.7.12的数据包，会使用第2条路由转发该数据包。路由器R1收到一个目标地址是172.18.17.12的数据包，会使用第1条路由转发该数据包。

• 注：CIDR灵活地将对连续的子网进行精确合并

简化路由表2：默认路由

• 全球最大的网段：子网掩码越短，主机位越多，该网段的地址数量就越大。如果想让一个网段包括全部的IP地址，就要求子网掩码短到极限，最短就是0，子网掩码变成了0.0.0.0，这也意味着该网段的32位二进制形式的IP地址都是主机位，任何一个地址都属于该网段。
  • [R1]ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 10.1.1.2                --默认路由
  • [R1]ip route-static 172.0.0.0  255.0.0.0  10.0.0.2                  --第1条路由
  • [R1]ip route-static 172.16.0.0  255.255.0.0  10.0.1.2             --第2条路由
  • [R1]ip route-static 172.16.10.0  255.255.255.0  10.0.3.2         --第3条路由

• 默认路由：在路由器中添加到0.0.0.0 0.0.0.0网段的路由
  • 作用：当路由器没有为数据包找到更为精确匹配的路由时，使用默认路由作为最后匹配的一条路由。
  • 适用场景：使用默认路由作为指向Internet的路由

• 问题引入1：默认路由造成路由环路（环路拓扑）
  • 计算机A与计算机B通信：
    • A给B发送数据：A → RA → RB → RC → RD → B
    • B给A发送数据：B → RD → RE → RF → RA → A
    • 此种情况下，网络实现了负载均衡
  • 计算机A与计算机C通信：
    • A给C发送数据：A → RA → RB → RC → RD → RE → RF → B（此条路径并非最佳路由）
    • C给A发送数据：C → RF → RA → A
  • 计算机A与不存在的地址通信(ping)：A → RA → RB → RC → RD → RE → RF → RA → ……（路由环路）

• 问题引入2：默认路由造成路由环路（直连拓扑）

• 解决方案：TTL字段（Time To Live，生存时间）
  • 原理：计算机发送数据包时，都会设置初始的TTL。数据包每经过一个路由器，TTL就会减1，等到TTL减为0时，路由器就会丢弃该数据包。
  • Windows：TTL=128（默认）
  • Linux：TTL=64（默认）
  • 可视化TTL：
    • 案例1：ping网关（沿途不经过任何路由器，故TTL没有任何变化）

• 案例2：ping非网关（沿途经过路由器，故TTL会递减）

• 案例3：ping非网关（人工指定TTL，不使用默认值，观察TTL过期现象）

• 案例4：跟踪发送数据所经过的路由

小结

• 末端路由器使用默认路由精简路由表
• 骨干网中的路由器使用路由汇总精简路由表