网络层
网络层关注如何将分组从源主机沿着网络路径送达目的主机。为了将分组送达目的主机，有可能沿路要经过许多跳中间路由器。
<b>分组转发</b>：当一个<b>分组</b>到达路由器的某一条链路时，该路由器必须将该分组转发到适当的输出链路。为此，在每个路由器中需要有一个<b>转发表</b>，路由器在转发分组时，根据到达分组首部中的转发标识在<b>转发表</b>中查询。
<b>路由选择</b>：当分组从发送方流向接收方时，网络层必须决定这些分组所采用的路由或路径。<b>生成供分组转发使用的转发表</b>。
虚电路网络：可靠通信应当由网络来保证；必须有连接的建立；
数据报网络：可靠通信应当由用户主机来保证；不需要连接的建立；
网际协议IP
地址解析协议ARP：逆地址解析协议：RARP；网际控制报文协议：ICMP；网际组管理协议：IGMP
物理层使用的中间设备叫做<b>转发器</b>。
数据链路层使用的中间设备叫做<b>网桥</b>或<b>桥接器</b>
网络层使用的中间设备叫<b>路由器</b>
网络层以上使用的中间设备叫做<b>网关</b>
IP地址
IP地址及编址方式：分类编址、划分子网、无分类编址
IP地址和子网掩码二进制做与运算得到网络地址。同样的IP地址和不同的子网掩码可以得出相同的网络地址。
128.14.35.7/20=<u>10000000 00001110 0010</u>0011 00000111，前20位是网络前缀，后12位是主机号。最小地址：128.14.32.0，最大地址：128.14.47.255
IP地址和物理地址：IP地址放在IP数据报的首部，而物理地址则放在MAC帧的首部。在局域网中，物理地址已固化在网卡的ROM中。
<b>地址解析协议ARP</b>
解决IP地址与物理地址的动态映射问题。在主机<b>ARP高速缓存</b>中存放一个从IP地址到物理地址的映射表，并且不断动态更新映射表。
<b>为什么不直接用物理地址通信</b>？由于存在各式各样的网络，它们使用不同形式的物理地址。如果要使这些异构网络能够互相通信就必须进行<b>复杂的物理地址转换工作</b>。但统一的IP地址把这个复杂的问题解决了。
<b>IP数据报格式</b>：首部和数据两部分。首部包括：首部长度、版本、协议、首部校验和、源地址、目的地址等。
IP数据报的转发<b></b>
<b>路由表包含</b>：目的网络地址、掩码、下一跳、接口。用一个IP并不能标识一个网络，因此在路由表中除了目的网络地址外还要有一个地址掩码（合起来等价于一个网络前缀）。
将目的地址的IP与路由表中每一行的子网掩码进行与运算，判断是否等于子网掩码对应的目的网络地址。
路由聚合
最长前缀匹配
网际控制报文协议ICMP
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。
<b>ICMP差错报告报文</b>：重点不可达3、源点抑制4、超时11、参数问题12、改变路由5
<b>ICMP询问报文</b>：回送请求和回答、时间戳请求和回答
ICMP重要应用就是<b>分组网间探测</b>，用来测试两个主机之间的连通性。
<b>traceroute/tracert</b>：跟踪一个分组从源点到终点的路径。
路由选择协议
内部网关协议IGP：具体协议RIP、OSPF等
外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP
<b>路由器的工作原理</b>
构成：<b>路由选择</b>核心是路由选择处理机，任务是根据所选定的路由选择协议构造路由表。<b>分组转发</b>包括：交换结构、一组输入端口和一组输出端口（端口指硬件接口）
<b>输入端口</b>：<b>转发</b>就是路由器根据转发表把收到的IP数据报从路由器合适的端口转发出去。转发仅仅设计一个路由器，路由选择涉及很多路由器。路由表是许多路由器协同工作的结果。
交换结构：将某个输入端口进入的分组根据查表的结果从一个合适的输出端口转发出去。
输出端口：输出端口从交换结构接收分组，然后把它们发送到路由器外面的线路上。
路由器和交换机区别：
交换机最大优点在于即插即用（主机感觉不到交换机的存在），具有相对高的分组过滤和转发速度（第二层）。
交换的缺点：由于MAC地址是平坦的，一个大型交换机网络要求交换机维护大的转发表，也将要求在主机中维护大的ARP表，并会产生和处理大量的ARP广播。
路由器优缺点与交换机相反：优点是能提供更加智能的路由选择（路由器的网络寻址是层次的），并能隔离广播域（不会无目的的转发广播分组）。
缺点就是不是即插即用的，网络管理员要为路由器的每个接口小心地配置IP地址，用户需要在主机中配置默认路由器的IP地址。
三层交换机：一次路由，多次转发/交换。一个路由器和支持VLAN的二层交换机的集成体。三层交换机可以很方便的直接将多个VLAN在IP层进行互连。
VPN和NAT
虚拟专用VPN：仅在本机构有效的IP地址称为<b>本地地址</b>。向因特网的管理机构申请全球唯一的IP地址称为<b>全球地址</b>。<br>
本地地址可能会和因特网中的IP重合，这样会出现<b>二义性问题</b>。专用地址只能用于本地地址而不能用作全球地址。
在因特网中的所有路由器，对目的地址是专用地址的数据报一律不进行转发。
RFC1918指明的专用地址：10.0.0.0-10.255.255.255（10/8）、172.16.0.0~172.31.255.255（172.16/12）、192.168.0.0~192.168.255.255（192.168/16）
NAT能使大量使用内部专用地址的专用网络用户共享少量外部全球地址来访问因特网上的主机和资源。在专用网络连接到因特网的路由器上安装NAT软件。NAT路由器，至少有一个有效的外部全球地址IP。
当内部主机X用其本地地址IPx和因特网上的主机Y通信时，他所发送的数据报必须经过<b>NAT路由器</b>。NAT路由器从<b>全球地址池</b>中为主机X分配一个临时的全球地址IPg，并记录在<b>NAT转发表</b>中，然后将数据报的源地址IPx转换成全球地址IPg，目的地址IPy保持不变，然后发送到因特网。
IP多播
在因特网的网络层进行的多播就叫做<b>IP多播</b>。
IP多播需要两种协议。IGMP
