网络层
2021-03-17 20:05:58 17 举报AI智能生成
计网网络层知识脑图
作者其他创作
大纲/内容
网络层
两种服务
争议
1. 虚电路服务
2. 数据报服务
网际协议IP
配套协议
1. 地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）
2. 逆地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）
3. 网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）
4. 网际组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）
IP地址编址方法
1. 分类的IP地址（二级IP地址）
A类地址
最高位：0
1字节网络号
3字节主机号
B类地址
最高位：10
2字节网络号
2字节主机号
C类地址
最高位：110
3字节网络号
1字节主机号
D类地址
E类地址
二级IP地址的分组转发算法（路由算法）
2. 子网的划分（三级IP地址）
格式
<网络号> <子网号> <主机号>
子网掩码(subnet mask)
默认子网掩码
默认情况：子网号不能全为1或全为0
注：不同的子网掩码可以得出相同的网络地址，但是效果是不一样
IP地址 + 子网掩码 必须同时使用，否则无意义
注：子网号中全0和全1为特殊地址
三级IP地址的分组转发算法（路由算法）
3. （无分类编址CIDR）构成超网
问题
1. B类地址在1992年已分配一半
2. 主干网上的路由表中的项目数急剧增长
3. IPv4地址空间将耗尽
CIDR的特点
1. 消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念
2. CIDR把网络前缀相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”
<网络前缀><主机号>
注：全0或全1的主机号地址一般不用
地址聚合
尽可能将网络前缀缩短。网络前缀越短，其地址块包含的地址数越多
最长前缀匹配
特色IP地址
1. 直接广播地址
2. 受限广播地址
3. 网络上的特定主机地址
4. 回送地址
IP地址和硬件地址
在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报
路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择
在局域网的链路层，只能看见MAC帧
IP数据报格式
组成
首部
20字节定长部分
可变部分
数据部分
首部校验和计算
二进制反码求和运算
地址解析协议ARP
IP地址 -》 ARP -》 物理地址
ARP分组格式
ARP高速缓存
存放最近获得的IP地址到MAC地址的绑定，以减少ARP广播数量
ARP查询
1. 当目的主机与本机位于同一网段时，查询的是目的主机的MAC地址
2. 当目的主机与本机不在同一网段时，查询的是网关的MAC地址（边界路由器MAC地址）
ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射关系问题
逆地址解析协议RARP
物理地址 -》 RARP -》 IP地址
网际控制报文协议ICMP
作用
ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告
封装的层次
IP层的协议，封装在IP数据报数据中
分类
1. ICMP差错报告报文
① 终点不可达
② 源点抑制
③ 时间超过
④ 参数问题
⑤ 改变路由
2. ICMP询问报文
① 回送请求和回答报文
② 时间戳请求和回答报文
③ 信息请求和回答报文
④ 掩码地址请求和回答报文
⑤ 路由器询问和通告报文
路由选择协议
内部网关协议IGP（Interior Gateway Protocol）
RIP
特点
1. 仅和相邻路由器交换信息
2. 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息
3. 按固定的时间间隔交换路由信息
距离向量算法
优点
实现简单、开销较少
缺点
1. 当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将信息发送到路由器
2. 限制了网络的规模，最大距离为16
3. 随着网络规模的扩大，开销也增大
OSPF
1. 没有路由跳数的限制
2. 使用组播更新变化的路由和网络信息
3. 路由收敛速度较快
4. 以开销作为度量值
5. 采用的SPF算法可以有效的避免环路
6. 在互联网大量使用，是运用最广泛的路由协议
OSPF路由器类型
1. 区域内路由器
2. 区域边界路由器
3. 骨干路由器（主干路由器）
4. 自治系统边界路由器
关键概念
距离
外部网关协议EGP（External Gateway Protocol）
BGP-4
路由器
结构
路由选择
构建路由表，是许多路由器协同工作的结果
转发分组
路由器根据转发表把收到的IP数据报从合适的端口转发出去
分组丢弃
路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率。导致路由器中的输入或输出队列产生溢出
IP多播
传统IP通信方式
1. IP单播
2. IP广播
1. 多播组内采用D类地址作为多播组表示符
2. ICMP报文不用于多播地址
3. 多播地址只能用于目的地址，无法用于源地址
1. 硬件多播
2. 因特网范围多播
虚拟专用网VPN
本地地址
专用地址
① 10.0.0.0到10.255.255.255
② 172.16.0.0到172.31.255.255
③ 192.168.0.0到192.168.255.255
全球地址
网络地址转换NAT
解决问题
当在专用网内部的一些主机已近分配到了本地IP地址，但现在又想和因特网上的主机通信。
静态NAT
动态NAT
地址端口转换
中间设备
物理层
转发器
数据链路层
网桥或桥接器
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