计算机网络 网络层

网络层

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
网络层的传输单位是数据报

功能

• 路由选择与分组转发 （最佳路径）
• 异构网络互连
• 拥塞控制：若所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

数据交换方式

为什么要数据交换？

因为链路太多

三种数据交换

报文交换是串行转发思想，分组交换是并行转发思想

三种数据交换方式比较总结

1.报文交换和分组交换都采用存储转发。
2.传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
3.从信道利用率看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换时延更小。

数据报方式与虚电路方式

数据报方式为网络层提供无连接服务。

无连接服务：不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同。

虚电路方式为网络层提供连接服务。

连接服务：首先为分组的传输确定传输路径（建立连接），然后沿该路径（连接）传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接。

一层一层的分分分

数据报（因特网在用）

无连接
每个分组携带源和目的地址
路由器根据分组的目的地址转发分组：基于路由协议/算法构建转发表；检索转发表；每个分组独立选路。

虚电路

一条源主机到目的主机类似于电路的路径（逻辑链接），路径上所有节点都要维持这条虚电路的建立，都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

路由算法的分类

• 静态路由算法（非自适应路由算法）：管理员手工配置路由信息。简单、可靠，在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果很好，广泛用于高度安全性的军事网络和较小的商业网络。
• 动态路由算法（自适应路由算法）：路由器间彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项。路由更新快，适合大型网络，及时响应链路费用或网络拓扑变化。

动态路由算法

• 全局性 链路状态路由算法 OSPF：所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息。
• 分散性 距离向量路由算法 RIP：路由器只掌握物理相连的邻居及链路费用。

分层次的路由选择协议

1.因特网规模很大
2.许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议，但是还想连入因特网。

自治系统AS：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由。
一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须连通。

IP数据报格式

版本： Ipv4 / Ipv6
首部长度：单位是4B，最小为5（因为首部长度最小为20B）。
区分服务：指示期望获得哪种类型的服务。
总长度：首部+数据，单位是1B。（2^16-1=65535）

第三行
最大传送单元MTU（链路层数据帧可封装数据的上限）
以太网的MTU是1500字节

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IP分组过长就要分片，有的分组不允许分片，那就返回ICMP差错报文
-标识：同一数据报的分片使用同一标识
-标志：共三位只有2位有意义
中间位DF（don‘t fragment）DF=1，禁止分片；DF=0，允许分片；
最低位 MF(More fragment) :MF=1,后面还有分片；MF=0，代表最后一片

片偏移（13位）：指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置。以8B位单位。（除了最后一个分片，每个分片长度一定是8B的整数倍）

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这道例题可以看懂，那么IP数据包的分片原理就基本理解了。

对上面提到的ICMP进行讲解：
网络控制报文协议ICMP

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ICMP差错报告报文（5种）
-终点不可达（无法交付）：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。
-源点抑制（拥塞丢数据） 暂且不考虑了。
-时间超过（TTL=0）：情况一，当路由器收到生存时间TTL=0的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。情况二，当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。
-参数问题（首部字段有问题）：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向原点发送参数问题报文。
-改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应该将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路径）。

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不应发送ICMP差错报文的情况
-对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文。
-对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文。
-对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文。
-对具有特殊地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文

ICMP询问报文
-回送请求和回答报文：主机或路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文。测试目的站是否可达以及了解其相关状态。
-时间戳请求和回答报文：请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。用来进行时钟同步和测量时间。
-掩码地址请求和回答报文：暂时不用了。
-路由器询问和通告报文：暂时不用了。

ICMP应用

PING 测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文
Traceroute 跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文