一、 概述和功能

1.1 网络层功能

• 主要任务：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
• 传输单位：数据报
• 功能：
  1. 路由选择与分组转发，即选择最佳路径
  2. 异构网络互联(依靠路由器)
  3. 拥塞控制(所有结点都来不及接受分组，而要丢弃大量分组)：开环控制(静)、闭环控制(动)

二、转发

2.1 IP数据报格式

• TCP/IP协议栈
  
• IP数据报格式
  
• 单位长度：
  1. 总长度单位是1B
  2. 片偏移单位是8B
  3. 首都长度单位是是4B

2.2 IP数据报分片

• 最大传送单元MTU：链路层数据帧可封装数据的上限，以太网MTU是1500字节
• 标识：同一数据报的分片使用同一标识
• 标志：只有两位有意义 x _ _
  1. 中间位DF(Don’t Fragment)：DF=1禁止分片、DF=0允许分片
  2. 最低位MF(More Fragment)：MF=1后面还有分片、MF=0最后一片/没分片
  3. 讨论MF时，DF必须为0
• 片偏移（13位）：较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置，为8B为单位
  

2.3 IPv4地址

• IP编址的历史阶段：分类的IP地址、子网的划分、构成超网（无分类编址方法）

2.3.1 分类的IP地址

• 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；:={<网络号>,<主机号>}
  
• 分类的IP地址
  
• 特殊的IP地址：不可作为主机/路由器的具体接口
  
• 路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发
• 网络地址转换NAT,Network Address Translaton：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址
  1. 专用网(源IP地址 + 目的IP地址,即通信的目的地址 + LAN端口号) → NAT转换表（替换源IP地址为NAT路由器地址 + WAN端口号）→ 因特网
  2. 因特网(源IP地址+目的IP地址,即NAT路由器地址 + WAN端口号) → NAT转换表（替换目的IP地址为专用网地址 + LAN端口号）→ 专用网
     

2.3.2 子网的划分

• 分类的IP地址的弱点：IP地址空间的利用率有时很低；两级IP地址不够灵活
• 子网划分：将两级IP地址 划分为 三级IP地址
  

2.3.3 构成超网（无分类编址方法）

三、路由选择

3.1 路由算法

• 路由表/转发表组成：目的网络IP地址、子网掩码、下一跳IP地址、接口
• 最佳路由：“最佳”只能是相对于某一种特定要求下得出的较为合理的选择
  

3.1.1 路由算法分类

• 路由算法分类：静态路由算法(非自适应路由算法)、动态路由算法(自适应路由算法)
• 静态路由算法：
  1. 管理员收购配置路由信息
  2. 优：简便、可靠、在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果好，广泛用于高度安全性军事网络和较小的商业网络
  3. 缺：路由更新慢，不适用大型网络
• 动态路由算法：
  1. 路由器间彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项
  2. 优：路由更新快，适用大型网络，及时响应链路费用或网络拓扑变化
  3. 缺：算法复杂，增加网络负担
  4. 分类：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）

3.1.2 分层次的路由选择协议

• 原因：因特网规模大；部分单位不想透露自己的路由选择协议，但想连入因特网
• 自治系统AS：
  1. 在单一技术管理下的一组路由器：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AS之间的路由
  2. 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必须连通
• 路由选择协议分类：
  1. 内部网关协议IGP：一个AS内使用的，RIP、OSPF
  2. 外部网关协议EGP：AS之间使用的，BGP