网络层概述

主要功能

在全局范畴为主机之间的通信进行选路，选路的结果反映为分组交换机（设备）上的转发表 (控制层面）
分组交换机（设备）上的网络层根据转发表以及分组头部信息，将分组向适当链路进行转发（数据层面）
对于面向连接的网络层服务，提供连接建立的功能

分组交换机分类

交换机：

连接不同pc端，连接到同一个局域网中

路由器：

连接不同网段
转换网络地址，私网和公网的转换

根据链路层首部信息进行转发的——链路层节点交换机

根据网络层首部信息进行转发的——路由器

虚电路和数据报网络

面向连接的服务——虚电路，需事先握手

面向无连接的服务——数据报，无需握手

路由器工作原理

最长前缀匹配：查找给定目标地址的转发表项时，请使用与目标地址匹配的最长地址前缀

交换结构

路由器的拥塞问题

缓冲区大小

分组调度策略

尾部丢弃：丢弃到达的数据包

优先级：按优先级丢弃/删除

随机：随机丢弃/移除

ip数据报的分片和重组

网络链路具有 MTU (最大传输单位)属性——是由链路层最大帧的限制决定的

不同类型的链路有不同的MTU值

大的IP数据报在网络中会被分成小的分片

一个数据报变成了几个数据报
重组只在目的主机进行
数据报头部的标识、标志以及片偏移字段用于目的主机对接收的分片进行重组

每个小的分片都需要包含头部信息
标志：1为未结束，0为结束（分片）
片偏移量：每个分片在整个报文中的位置，偏移以8字节为单位，所以需要除以8

ipv4地址概述

分类编址

习题：

\(\color{red}{注意解析3}\)

\(\color{red}{0.0.0.0只能作为源地址}\)

划分子网

子网划分的方法：从主机号中借用一部分位数作为子网号

子网掩码：通过在网络号的子网号相应的位置全置1，主机号相应的位置全置0，即可得到子网掩码

CIDR

构造超网

CIDR编址格式

IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}
斜线记法：192.168.0.1/24
简写记法：10.0.0.0/10 10/10

ip数据报的发送和转发过程

广播地址路由器不转发

CIDR路由表

使用 CIDR 时，路由表中的每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。

应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配。

获得ip地址

手工配置

DHCP: 动态主机配置协议:从服务器上动态获取IP地址

工作在应用层
使用UDP协议工作
DHCP有3个端口
67和68为正常的DHCP服务端口，分别作为DHCP Server和DHCP Client的服务端口
546号端口用于DHCPv6 Client，而不用于DHCPv4，是为DHCP failover服务，这是需要特别开启的服务，DHCP failover是用来做“双机热备”的

ICMP协议

NAT

动机: 本地网络只要使用一个IP地址就可以和外部网络相连 :

不需要从 ISP处获得大批IP地址: 所有设备可以使用同一个 IP地址
可以在不通知外部网络的情况下改变内网主机的IP地址
即使改变了ISP也无须改变内网主机的IP地址
内网主机对外网主机而言是不可见的、不可寻址的。(这也算是一项安全措施).

三种地址转换方式

静态NAT：一个本地地址对应一个全球地址
动态NAT：一个全球地址对应多个本地地址
端口NAT：一个本地地址的端口对应到一个全球地址的端口

选路算法

路由信息协议RIP

RIP路由器更新规则

RIP协议中，距离16表示不可达

坏消息传的慢

开放最短路优先OSPF

外部网关协议BGP

因特网上的AS间路由——BGP4

因特网的规模太大，使得自治系统之间路由选择非常困难。对于自治系统之间的路由选择，要寻找最佳路由是很不现实的。自治系统之间的路由选择必须考虑有关策略
BGP 为每个AS提供一种手段，以处理
- eBGP: 从相邻AS获取子网可达性信息
- iBGP: 向该AS内部的所有路由器传播这些可达性信息
基于该可达性信息和AS策略，决定到达子网的“好”路由
- 边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由