1.网络层

主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务，网络层传输单位是数据报

三个功能：

1. 路由选择与分组转发（最佳路径）

2. 异构网络互联

3. 拥塞控制

1. • 数据交换方式

三种交换方式：电路交换、报文交换、分组交换

1. • 电路交换

特点：独占资源

2.报文交换

报文：原应用发送的整体

特点：中间使用交换机进行存储转发

3.分组交换

分组:把大的数据块分割成小的数据块。

三种数据交换的总结：

👉报文交换和分组交换都采用存储转发

👉传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小

👉从信道利用率看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换时延更小

4.数据报方式和虚电路方式

数据报方式为网络层提供无连接服务，路由器根据分组的目的地址转发分组: 基于路由协议/算法构建转发表，检索转发表:每个分组独立选路

无连接服务:不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同

虚电路方式为网络层提供连接服务，虚电路:一条源主机到目的主机类似于电路的路径(逻辑连接)，路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息

连接服务:首先为分组的传输确定传输路径(建立连接)，然后沿该路径(连接)传输系列分组，系列分组传输路径相同，传输结束后拆除连接

数据报和虚电路对比：

2.路由算法

分为静态路由算法和非静态路由算法

动态路由算法又分两种：全局性和分散性

全局性：链路状态路由算法 OSPF，所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息

分散性：距离向量路由算法 RIP，路由器只掌握物理相连的邻居及链路费用

自治系统AS：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由

一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须连通

3.IP地址

❓IPV4数据报格式和IPV4数据报分片

IP地址:全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口

IP地址的分类及数量⬇

网络地址转换NAT技术：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址，也就是可以使内网访问到外网

1.子网划分

子网掩码：如果是两级IP地址对应的网络号写全1，对应的主机号写全0，如果是三级IP地址对应的网络号写全1，对应的子网号写全1，对应的主机号写全0

在广播分组中主机号要写全1

一些需要记住的二进制转十进制：

2.无分类编址CIDR

概念：

1.消除了传统的A类，B类和c类地址以及划分子网的概念

2.融合子网地址与子网掩码，方便子网划分

CIDR记法:IP地址后加上“/”，然后写上网络前缀 (可以任意长度)的位数

3.构成超网

概念：将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合

方法：将网络前缀缩短

使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果，应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体

IP地址的例子：

答案：B

题目中说采用 定长子网划分 ，也就是在无分类编址CIDR的基础上进行子网划分，题目中前24位比特位都是网络前缀，在后面的八位比特位中进行子网划分

从子网掩码 255.255.255.248 可以得出最后的八位比特为 11111000 ，因此前五位比特位都是子网网掩码，所以最大的子网个数 2^5=32，在这里是不需要减2，这里使用了无分类编址CIDR是子网掩码是可以全0和全1的，最大可分配地址个数2^3-2=6，这里减2，是减去了主机号全为0和全为1的情况

4.ARP协议

定义：完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射🔜解决下一跳走哪的问题

ARP协议使用过程:

检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF帧的封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP缓存 (10-20min更新一次)

ARP协议4种典型情况:

1. 主机A发给本网络上的主机B: 用ARP找到主机B的硬件地址:

2. 主机A发给另一网络上的机B: 用ARP找到本网络上一个路中器 (网关)的硬件地址

3. 路由器发给本网络的主机A: 用ARP找到主机A的硬件地址

4. .路由器发给另一网络的主机B:用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址

5.DHCP协议

概念：动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP

DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租

过程：

1. 主机广播DHCP发现报文

2. DHCP服务器广播DHCP提供报文

3. 主机广播DHCP请求报文

4. DHCP服务器广播DHCP确认报文

6.ICMP协议

ICMP协议支持主机或路由器：差错(或异常) 报告和网络探询

ICMP差错报告报文：

1. 终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时就向源点发送终点不可达报文。

2. 时间超过：当路由器收到生存时间TTL=O的数据报时，除丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。

3. 参数问题:当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。首部字段有问题

4. 改变路由(重定向):路由器把改变路由报文发送给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器(可通过更好的路由)。

7.IPV6地址

❓IPV6数据报格式

IPV6和IPV4对比：

1. IPv6将地址从32位 (4B) 扩大到128位 (16B)，更大的地址空间

2. IPv6将IPv4的校验和字段底移除，以减少每跳的处理时间

3. Pv6将IPV4的可选字段移出首部，变成了扩展首部，成为灵活的首部格式，路由器通常不对扩展首部进行检查大大提高了路由器的处理效率

4. IPv6支持即插即用(即自动配置)，不需要DHCP协议

5. IPv6首部长度必须是8B的整数倍，IPv4首部是4B的整数倍

6. IPv6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片

IPV6地址的表示形式：

一般形式：4BF5:AA12:0216:FEBC:BA5F:039ABE9A:2170

压缩形式：4BF5:0000:0000:0000:BA 5F:039A:000A:2176🔜4BF5:0:0:0:BA5F:39A:A:2176

零压缩:一连串连续的0可以被一对冒号取代

双冒号表示法在一个地址中仅可出现一次

IPV6的基本地址类型：

• 单播：一对一通信可做源地址+目的地址

• 多播：一对多通信可，做目的地址

• 任播：一对多中的一个通信，可做目的地址

IPV6向IPV4过度的策略：

双栈协议：双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈

隧道技术：通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据(或负载)可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其它协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。

4.路由协议

1.RIP协议

定义：RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的协议标准，最大优点是简单

从源端口到目的端口所经过的路由器个数，经过一个路由器跳数+1。特别的，从一路由器到直接连接的网络距离为1。RIP允许一条路由最多只能包含15个路由器，因此距离为16表示网络不可达

收敛：经过若干次更新后，所有路由器最终都会知道到达本自治系统任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址

距离向量算法步骤：

1. 对地址为X的相邻路由器发来的RIP报文，修改此报文中的所有项目:把“下一跳”字段中的地址改为X，并把所有的“距离”字段+1

2.对修改后的RIP报文中的每一个项目，进行以下步骤:

(1)R1路由表中若没有Net3，则把该项目填入R1路由表

(2) R1路由表中若有Net3，则查看下一跳路由器地址:

若下一跳是X，则用收到的项目替换源路由表中的项目:

若下一跳不是X，原来距离比从X走的距离远则更新，否则不作处理

3.若180s还没收到相邻路由器X的更新路由表，则把X记为不可达的路由器，即把距离设置为16

4.返回

RIP的特点: 当网络出现故障时，要经过比较长的时间(例如数分钟)才能将此信息传送到所有的路由器，“慢收”

RIP例子

答案：B

题目中说 C到B、D和E延迟分别为6、3和5 所以每一向量都加上对应的延迟得到新向量

C到B：11  6  14  18  12  8

C到D：19  15  9  3  12  13

C到E：12  11  8  14  5  9

从上面上个向量中选择到达每一个点得最短路径，自己到达自己为0，所以最终向量：11  6  0  3  5  8

2.OSPF协议

开放最短路径优先OSPF协议:“开放”标明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的:“最短路径优先'是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF

OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议

OSPF得的区域：为了使 OSPF 能够用于规模很大的网络，OSPF 将一个自治系统再划分为若千个更小的范围，叫做区域每一个区域都有一个32 位的区域标识符(用点分十进制表示)

OSPF协议的特点：

1. 使用洪泛法向自治系统内所有路由器发送信息，即路由器通过输出端口向所有相邻的路由器发送信息，而每一个相邻路由器又再次将此信息发往其所有的相邻路由器

2. 发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态

3. 只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器洪泛发送此信息

3.BGP协议

BGP协议交换信息的过程：BGP 所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所要经过的一系列 AS。当BGP 发言人互相交换了网络可达性的信息后，各 BGP 发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各 AS 的较好路由

BGP协议特点：

1. BGP 支持 CIDR，因此 BGP 的路由表也就应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列

2. 在 BGP 刚刚运行时，BGP 的邻站是交换整个的 BGP 路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销都有好处

BGP-4的四种报文：

1. OPEN(打开) 报文:用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，并认证发送方

2. UPDATE(更新)报文: 通告新路径或撤销原路径。

3. KEEPALIVE(保活)报文: 在无UPDATE时，周期性证实邻站的连通性:也作为OPEN的确认

4. NOTIFICATION(通知) 报文: 报告先前报文的差错:也被用于关闭连接

4.三种路由协议比较

RIP是一种分布式的基于距离向量的内部网关路由选择协议，通过广播UDP报文来交换路由信息

OSPF是一个内部网关协议，要交换的信息量较大，应使报文的长度尽量短，所以不使用传输层协议(如UDP或TCP)，而是直接采用IP

BGP是一个外部网关协议，在不同的自治系统之间交换路由信息，由于网络环境复杂，需要保证可靠传输，所以采用TCP

5.IP组播

IP数据报的三种传输方式：

1. 单播：单播用于发送数据包到单个目的地，且每发送一份单播报文都使用一个单播IP地址作为目的地址。是一种点对点传输方式

2. 广播：广播是指发送数据包到同一广播域或子网内的所有设备的一种数据传输方式是一种点对多点传输方式

3. 组播：当网络中的某些用户需要特定数据时，组播数据发送者仅发送一次数据，借助组播路由协议为组播数据包建立组播分发树，被传递的数据到达距离用户端尽可能近的节点后才开始复制和分发，是一种点对多点传输方式

IP组播地址：IP组播地址让源设备能够将分组发送给一组设备。属于多播组的设备将被分配一个组播组IP地址(一群共同需求主机的相同识)，组播地址范围为224.0.0.0~239.255,255.255(D类地址)，一个D类地址表示一个组播组。只能用作分组的目标地址。源地址总是为单播地址。

IGMP协议与组播路由选择协议：

组播路由协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发树

构造树可以避免在路由器之间兜圈子。

对不同的多播组对应于不同的多播转发树:同一个多播组，对不同的源点也会有不同的多播转发树

6.移动IP

定义：移动IP技术是移动结点(计算机/服务器等)以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变

专业术语解析：

移动结点：具有永久IP地址的移动设备

归属代理(本地代理)：一个移动结点拥有的就“居所”称为归属网络，在归属网络中代表移动节点执行移动管理功能的实体叫做归属代理

外部代理(外地代理)：在外部网络中帮助移动节点完成移动管理功能的实体称为外部代理

永久地址 (归属地址/主地址 )：移动站点在归属网络中的原始地址

转交地址(辅地址)：移动站点在外部网络使用的临时地址

移动IP通信过程：

A刚进入外部网络：

1. 在外部代理登记获得一个转交地址，离开时注销

2. 外地代理向本地代理登记转交地址

B给A发送数据报:

1. 本地代理截获数据报

2. 本地代理再封装数据报，新的数据报目的地址是转交地址，发给外部代理(隧道)

3. 外部代理拆封数据报并发给A

A给B发送数据报:

A用自己的主地址作为数据报源地址，用B的IP地址作为数据报的目的地址。

7.三层设备

区别：

路由器：可以互联两个不同网络层协议的网段

网桥：可以互联两个物理层和链路层不同的网段

集线器：不能互联两个物理层不同的网段

路由表根据路由选择算法得出的，主要用途是路由选择，总用软件来实现，转发表由路由表得来