4.1 网络层功能和IP协议

网络层功能

路由、寻址、网络互联、为上层提供服务

网络层服务

虚电路：提供高质量服务，典例ATM网络，通信需要提前建立虚电路

数据报（主要）：网络有高容错性（鲁棒性）、可靠性

网络层协议

IP协议

无连接、不可靠

帧格式

版本：占4位，目前为4（在不断发展中）

首部长度：占4位，单位是双字（即32位，一般16位为一个字），但IP首部的固定部分是20字节，因此首部长度字段最小值为5，且首部长度最大为60字节（15*32/8）

总长度： 不超过最大传送单元MTU

标识：表明同一用户信息的不同数据段

标识（Flags）与片偏移

后续

填充字段保证报文32位对齐

4.2 ARP协议/ICMP协议

ARP协议

MAC地址是固定的，ARP负责从网络层使用的IP地址解析出数据链路层的MAC地址，解析结果存储在主机缓存中，命令arp -a；一般在局域网内使用，与其他局域网需要路由网关

帧格式

ICMP协议

差错控制

帧格式

ICMP协议封装在IP协议中，IP协议封装在以太网协议中

ICMP报文有效数据包括IP数据报报头与有效数据前8个字节，前8个字节包括了传输层中的端口号

ICMP命令

ping tracert（linux中是Trace route）

4.3 IP地址

IP地址比MAC地址更有层次结构

局域网内主机的默认网关是连接的路由器的端口

子网掩码区分网络号与主机号进而区分远程和本地主机

IP地址分类（折半划分）

A类子网掩码255.0.0.0，范围1.0.0.0-126.0.0.0，第一位0

B类255.255.0.0，范围128.0.0.0-191.255.0.0，前两位10

C类255.255.255.0，范围192.0.0.0-223.255.255.0，前三位110

D类前四位1110

E类前五位11110

私网IP

特殊IP

所有网段中全0（网络地址）和全1（广播地址）的地址是不可使用的（划分出的子网中的也是）

4.4 子网、超网和CIDR

子网：掩码借用网络号

超网：掩码借用主机号，也称路由聚合

4.5 路由

转发

路由表中都是网络地址，将目的地址与子网掩码相与，查看是否与路由表中的某项网络地址匹配，出现多个匹配项时，选择最长前缀匹配地址

转发过程中源、目的MAC变化，IP不变化

4.6 路由算法

分类

自治系统（AS）：内部采用一致路由策略

路由协议

内部网关路由协议：RIP、OSPF

外部网关路由协议：BGP

路由算法

距离矢量路由

链路状态路由：迪杰斯特拉算法，分组中包括序号和年龄（路由器重启问题）

4.7 内部网关路由协议

RIP协议（基于距离矢量路由）

注意最大跳数是15跳

避免环路机制

RIP定时器

RIPv2格式

命令字段1为请求，2为响应

OSPF协议

报文格式

五种类型的OSPF分组

工作流程

4.8 外部网关路由协议和多播路由协议

BGP协议

BGP的五种报文

报文格式

多播

应用：会员点播

多播需要硬件多播地址支持，解决方法如下

多播需要成员管理协议

IGMP协议

工作流程略

多播需要多播路由协议

RPB、隧道技术，具体略

4.9 路由器

结构略

路由和转发

转发表硬件、路由表软件

不分片

略

略

略

4.10 VPN/NAT/MPLS

VPN

分类：内联网、外联网、远程接入

NAT

多内网主机共用外网IP

MPLS

略

4.11 IPv6

主要目标

主要特点

报文格式

略

IPv6地址

单播、多播、任意播（通常是最近的一个）

连续的0允许压缩，但只允许一次

IPv4可记为：：128.10.2.1

CIDR斜线记法仍适用

本地链路单播地址即IPv4中的私有IP地址

够长，可以直接把MAC写进来，因此不需要ARP

两类地址的过渡