计算机网络-网络层1.1

news2024/11/19 3:36:46

IPv4

网络层打包传输数据时，数据量小则称IP数据报，数据量大则分片，每一片称为IPv4分组

分组格式

固定部分长20B，可变部分用于提供错误检测和安全等机制
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在拿到下一跳路由器的IP地址时，不是直接将其填入数据报，而是将IP地址转换为MAC地址，放在MAC帧首部，根据MAC地址找到下一跳路由器，不同网络中传送时，MAC的源地址和目的地址会改变，但网桥转发时不改变

连接到因特网上的每台组局都分配一个32bit的全球唯一标识符，分为A-E五类
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网络号标志主机所连接到的网络，主机号标志主机，都是唯一

网络地址转换NAT通过将专用网络地址转换为公用地址，从而对外隐藏内部管理的IP地址，它使得整个专用网只需一个IP地址就可联网，且内部IP地址可重用，隐藏了内部结构

私有IP地址，依赖NAT转换为合法IP地址，无法直接联网，在因特网中的所有路由器，对目的地址是私有地址的数据报一律不进行转发。这种采用私有IP地址的互联网络称为专用互联网或本地互联网。私有IP地址也称可重用地址
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两级IP地址对IP地址空间的利用率有时很低，给每个物理网络分配一个网络号会使得路由表太大而使得网络性能变坏，而且也不够灵活

因此提出子网号字段，形成三级IP地址，这么做叫子网划分

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转发时依旧根据网络号转发，到本单位网络后，根据子网号查找目的主机

外部网络想获取单位子网网络时，需要通过将目的主机的IP地址与子网掩码进行逻辑与，默认子网掩码都是网络号和子网号都为1，主机号区域都为0
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当需要分组转发时，路由表内每个条目都需要给出目的网络地址和下一跳地址、目的网络的子网掩码

同属一个子网的所有主机和路由器的端口，都需要设置一样的子网掩码
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跟前面的分组转发步骤差不多，都是先检查直接交替是否可以，不可以则按特定路由，可路由表可得路由、默认路由的顺序进行路由

消除了ABC类和子网的概念
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提出了超网/路由聚合的概念，缩短了路由表

IP地址是网络层使用的地址，它是分层次等级的。

硬件地址是数据链路层使用的地址(如MAC地址)，它是平面式的。

在网络层及网络层之.上使用IP地址，IP地址放在IP数据报的首部，

而MAC地址放在MAC帧的首部。

通过数据封装，把IP数据报分组封装为MAC帧后，数据链路层看不见数据报分组中的IP地址。

无论网络层使用什么协议，在实际的链路上传送时，都需要使用硬件地址，因此需要一种方法来完成IP地址到MAC地址的映射，这就是地址解析地址协议
每个主机都有一个ARP高速缓存，存放ARP表，使用ARP来动态维护此ARP表
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给主机动态分配IP地址，允许主机加入新网络后获取IP地址，无需手动参与
DHCP实质上是应用层协议，基于UDP

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使用C/S方式

需要IP地址的主机会在启动时向DHCP服务器广播发送发现报文，此时主机成为DHCP客户，本地网络所有主机都能收到，但只有DHCP服务器才能应答，发出提供报文

DHCP服务器先在数据库中查找对应主机的配置信息，找到则返回，找不到则从IP地址池取一个地址分配给该主机

ICMP协议支持主机或路由器通过发送特点ICMP报文进行差错报告和网络探询来提高转发IP数据包和交付成功的机会
ICMP报文包含ICMP差错报文、ICMP询问报文
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终点不可达：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
源点抑制：当路由器或主机由于堵塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点把传输数据速率放慢
时间超过：当路由器收到生存时间TLL=0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，当终点在预定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求其，并向源点发送时间超过报文
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对时，就丢弃数据报，并向源点发送参数问题报文
改变路由/重定向：路由器把改变路由报文发送给主机，让主机下次选择发送给另外的路由器