文章参考：湖科大教书匠

# 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：

$\color{red}$

# 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 ::=
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

BGP 会话：两个 BGP 路由器间通过半永久的 TCP 连接来交换 BGP 消息

计网