计算机网络基础——网络层

1、网络层特点：无连接，尽最大努力

2、网络层将网络互连起来采用的中间设备是路由器，在网络层以上使用的中间设备叫网关（用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换）

补充：当中间设备是转发器或网桥时，这仅仅是把一个网络扩大了，从网络层的角度看，这仍然是一个网络，一般不称为网络互连

3、所谓虚拟互连网络是逻辑互连网络，意思是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但利用IP协议就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络

4、互联网可由多种异构网络互连组成（无线网、有线网和卫星链路）

5、分组交换的存储转发

互联网中的源主机H1要把一个IP数据报发给目的主机H2，主机H1先查找自己的路由表，看目的主机是否就在本网络上。如是，则不需要经过任何路由器而是直接交付，任务完成。如果不是，则必须把IP数据报发送给连接本网络的某个路由器R1，R1在查找自己的路由表后，知道应当把数据报转发给路由R2进行间接交付，这样一直转发下去，直到某一路由Rn知道自己和H2连接在同一网络，就直接交付。

6、IP地址的分类：A、B、C、D、E类

特殊网络号：128即（01111111）是保留作为本地软件环回测试的

说明：

对于A、B、C类都必须除掉以下三种

网络号全0的IP地址（代表本网络）

主机号全0的IP地址（本地所连接的单个网络地址，即所在网络地址）

主机号全1的IP地址（该网络上的所有主机）

7、IP地址特点

（1）“网络号 + 主机号”分级结构，好处是只分配网络号后由单位自行分配主机号和路由转发根据网络号，更简单

（2）一个主机可以有多个IP，如路由器至少有两个不同IP

8、IP地址和硬件地址

IP地址是网络层及以上层使用的地址，而物理地址是数据链路层和物理层使用的

数据在传送过程中，IP数据报的首部的IP地址是不变的，不会随转发经过的路由变化。而MAC帧首部的硬件地址则不断变化（此处的地址包括源地址和目的地址）

思考：

（1）IP层抽象的互联网屏蔽了下层复杂的细节，怎么做到的呢？也是使用IP的真正原因

（2）主机或路由器怎么知道在MAC帧的首部填入什么样的硬件地址？

（3）路由器的路由表怎样得出的？

9、ARP地址解析协议和RARP的引入和工作原理

ARP的作用是把IP地址映射成物理地址

工作原理：每个主机都设有一个ARP高速缓存，里面有本局域网上的各个主机和路由IP地址到硬件地址的映射表（不断更新，有生存时间的）

当主机A要向本局域网B发送IP数据报，A先在其ARP高速缓存中查看有无B的IP地址，有则查出硬件地址，写到MAC帧，然后发送MAC到此硬件地址。

没有则运行ARP执行：

（1）ARP进程在本局域网广播发送一个ARP请求分组指明我的IP和硬件地址和我想知道的IP的硬件地址

（2）本局域网所有主机收到，如果是自己的IP则发送ARP响应分组，内容包括IP和物理地址

（3）然后双方都将对方的IP和硬件地址的映射关系写入自己的ARP高速缓存，然后通信

如果双方不在同一局域网，则A经判断后，把MAC帧的硬件目的地址写成是路由的硬件地址（可能是默认路由），再由该路由转发，原理一样（重复上面步骤），路由也有ARP高速缓存

10、路由器和路由表

路由器有路由表，一般主机也可能存在路由表

每个路由表中，每条路由信息包括（目的网络地址，下一跳地址）

默认路由的适用情况：一个网络只有很少的对外连接时是很有用的

11、路由器分组转发算法：

（1）从数据报首部提取目的主机的IP地址D，得到目的网络地址为N

（2）若N就是与该路由直接相连的网络地址，则直接交付，否则间接交付，执行（3）

（3）若路由表有D的特定主机路由G，则把数据给G，否则执行（4）

（4）若路由表有达到N的路由，则把数据给它，否则执行（5）

（5）若路由表有一个默认路由，则把数据给它，否则执行（6）

（6）报告转发分组出错