网络层

前言：
网络层提供的两种服务：
虚电路服务与数据报服务
因特网的网络层：网络层向上只提供简单灵活的、无连接、尽最大努力交付的数据报服务。网络层不提供服务质量的承诺。

网际协议IP

与IP协议配套的协议：
ARP：地址解析协议
RARP：逆地址解析协议
ICMP：网际控制报文协议
IGMP：网际组管理协议

1.中间设备
有四种中间设备：

• 转发器：物理层
• 网桥、桥接器，交换机：数据链路层
• 路由器：网络层
• 网关：网络层以上。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。

2.分类的IP地址
1）IP地址的编码方法：

• 分类的IP地址
• 子网的划分
• 构成超网

一个IP地址在因特网内是唯一的。

分类的IP地址：
将IP地址划分为若干个固定类，每一类地址都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段为网络号，标志主机所连接到的网络。第二个字段是主机号，标志该主机。一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。
一般分为A，B，C，D类。A，B，C是单播地址，D 是多播地址（即一对多通信）。

如图所示是A，B，C，D类地址的划分范围。

这里是A,B,C类地址可以指派的IP地址范围。

还有一些特殊的地址，只有在特定情况下使用

• 127.0.01
• 10.x.x.x；172.16.x.x-172.31.x.x；192.168.x.x：私有地址
• 0.0.0.0：与DHCP有关
• 全1：广播地址，在本网络中进行广播（路由器不会转发）
• 主机号全1：对net-id上的所有主机进行转发

ARP协议与RARP协议
ARP：知道ip地址找到物理地址
RARP：知道物理地址找到ip地址

过程：
每个主机都会有一个ARP高速缓存，里面是本局域网上各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。当A与B都在本局域网中，A想知道B的ip地址，那么就在A的ARP高速缓存中，找到了就知道了；若没有找到，则运行ARP协议。
首先在本局域网中广播一个ARP请求，表示我的ip是多少，物理地址是多少；然后我想知道ip地址是xxxx的主机的物理的地址。
接着其他主机收到这个ARP请求之后，除了B之外都会忽略。B在ARP请求中看到了自己的ip，就向A发送ARP响应分组，并在B自己的ARP高速缓存中存下A的信息。
最后A收到了B的响应，就知道了B的物理地址，并且写到A自己的ARP高速缓存中。

但是若A与B不在同一个局域网中，那么A就会解析到路由器的ARP地址。

IP层转发分组的流程
1)路由器
路由器会维护一个路由器表，表中会有目的主机网络，吓一跳地址。
2)过程

划分子网
1)从两级IP地址到三级IP地址
2)子网掩码：通过将IP地址与子网掩码进行与操作，可以得到IP地址的网络号。

构造超网（CIDR）
1)特点

• 消除了A,B,C类地址以及划分子网的概念。
• 使用斜线记法：例如128.13.35.7/20就表示前20位是网络前缀。

2)最长前缀匹配
使用CIDR之后，路由器就有网络前缀和下一条地址组长。但是一个网络前缀有可能与另一个网络前缀的前半部分重叠，这时要如何选择呢。
这时就要选择那个具有最长网络前缀的路由表项，因为这个是最精确匹配。

ICMP 网际控制报文协议

ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供异常情况的报告。
有两种报文：

• ICMP差错报告报文
  有5种
  ：终点不可达
  ：源点抑制
  ：时间超过
  ：参数问题
  ：改变路由（重定向）
• ICMP询问报文
  有两种
  ：回送请求和回答
  ICMP会送请求报文是由主机或路由器向一个特定的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。PING命令就是使用回送请求和回答报文
  ：时间戳请求和回答
  用来进行时钟同步和测量时间

1.traceroute

用来跟踪一个分组从源点到终点的路径。
Traceroute从源主机向目的主机发送一连串的IP数据报，数据报中封装的是无法交付的UDP用户数据报（即使用非法的端口号）。第一个数据报TTL是1，第一个路由器R1收到之后把TTL减一得到0，此时向源主机发送ICMP时间超过报文差错报告报文；以此类推就可以知道源主机到目的主机所经过的所有路由器了。要注意的是，到达目的主机报文因为源主机使用了非法的端口号，所以目的主机会向源主机发送一个ICMP终点不可达差错报告报文

因特网的路由选择协议

静态路由选择策略：由管理写进去，不可以动态修改
动态路由选择策略：由路由器自己学习。

因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统，一般记为AS。
所有有两种路由选择协议
1)内部网关协议（IGP）：在自治系统内部使用的路由选择协议。一般有RIP协议与OSPF协议。
2)外部网关协议（EGP）：若源主机与目的主机不在同一自治系统，就要EGP。一般有BGP协议。

1.RIP协议
适用于小型互联网。

2.OSPF协议

3.BGP协议
一个自治系统中会有少数的路由器作为BGP发言人。

多播

需要多播路由器的支持，多播地址只能用于目的地址，而不可以用于源地址。

NAT网络地址转换