1 网络层内容

1.1 功能概述

1.任务

2.主要功能

1.2 数据交换方式

1.电路交换

2.报文交换

3.分组交换

4.方法对比

1.3 分组交换

1.数据报方式

2.虚电路方式

3.对比

2 路由算法与路由协议

2.1 路由算法

2.2 路由选择协议

3 IPv4

3.1 IP数据报格式

1.TCP/IP协议栈

2.数据报格式

3.2 IP数据报分片

1.最大传送单元MTU

2.分片

3.例题

3.3 IPv4地址

1.定义

2.分类的IP地址

3.特殊IP地址

4.私有IP地址

3.4 网络地址转换NAT

3.5 子网划分和子网掩码

1.分类IP地址缺点

2.子网划分

3.子网掩码

4.例题

5.分组转发

3.6 无分类编址CIDR

1.内容

2.构成超网

3.7 ARP协议

1.发送数据的过程

2.ARP协议

3.典型情况

3.8 DHCP协议

3.9 ICMP协议

1.差错报文

2.询问报文

3.ICMP应用

4 IPv6

4.1 数据报格式

4.2 与IPv4区别

4.3 地址表示形式

4.4 基本地址类型

4.5 过渡策略

1.双栈技术

2.隧道技术

5 路由选择协议

5.1 RIP协议与距离向量算法

1.内容

2.RIP协议交换

3.距离向量算法

4.例题

5.RIP协议报文格式

6.协议特点

5.2 OSPF协议与链路状态算法

1.内容

2.特点

3.链路状态路由算法

4.OSPF区域

5.OSPF分组

6.其他特点

5.3 BGP协议

1.内容

2. 信息交换

3.报文格式

4.特点

5.BGP-4报文

5.4 协议比较

6 IP组播

6.1 IP数据包传输方式

6.2 IP组播地址

6.3 硬件组播

6.4 IGMP协议

1.内容

2.步骤

6.5 组播路由选择协议

1.目的

2.算法

7 移动IP

7.1 相关术语

1.定义

2.术语

7.2 移动IP通信过程

8 网络层设备

8.1 路由器

1.定义

2.结构

3.输入/出端口

8.2 三层设备

8.3 路由表和路由转发

1.路由表

2.转发表

1 网络层内容

1.1 功能概述

1.任务

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。

2.主要功能

路由选择与分组转发，异构网络互联，拥塞控制

1.2 数据交换方式

1.电路交换

2.报文交换

报文：源应用发送到信息整体

3.分组交换

分组：把大的数据块分割成小的数据块。

4.方法对比

1.3 分组交换

1.数据报方式

为网络层提供无连接服务（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）

每个分组携带源和目的地址、路由器根据分组的目的地址转发分组

2.虚电路方式

为网络层提供连接服务（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）

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)，必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。

3.对比

2 路由算法与路由协议

2.1 路由算法

2.2 路由选择协议

3 IPv4

3.1 IP数据报格式

1.TCP/IP协议栈

2.数据报格式

3.2 IP数据报分片

1.最大传送单元MTU

链路层数据帧可封装数据的上限，其中以太网MTU是1500字节。若所传送数据报长度超过某链路MTU值，则采用分片策略

2.分片

3.例题

3.3 IPv4地址

1.定义

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。由网络号和主机号组成，通常用点分十进制书写

2.分类的IP地址

3.特殊IP地址

4.私有IP地址

3.4 网络地址转换NAT

网络地址转换NAT(Network Address Translation)：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。

3.5 子网划分和子网掩码

1.分类IP地址缺点

IP地址空间的利用率低；两级IP地址不够灵活

2.子网划分

3.子网掩码

4.例题

已知IP地址是141.14.72.24，子网掩码是255.255.192.0，求网络地址。
子网掩码与IP地址逐位相与，得到网络地址：141.14.64.0

5.分组转发

3.6 无分类编址CIDR

1.内容

2.构成超网

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。就是将网络前缀缩短
·最长前缀匹配 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。

3.7 ARP协议

1.发送数据的过程

2.ARP协议

在实际网络的链路上传送数据帧的时候必须使用MAC地址，ARP协议可以完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。

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的帧封装并广播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）。

3.典型情况

·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;
·主机A发给另一网络上的主机B:用ARP找到本网络上一个路由器（网关〉的硬件地址; ·路由器发给本网络的主机A:用ARP找到主机A的硬件地址;
·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。

3.8 DHCP协议

动态配置IP地址，并由主机获取

3.9 ICMP协议

网络控制报文协议，以发送特定ICMP报文的形式，支持主机或路由器实现差错报告、网络探询

1.差错报文

2.询问报文

3.ICMP应用

PING：测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文。
Traceroute：跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文。

4 IPv6

IPv4地址空间不足，需要解决这一问题。

IPv6支持快速处理/转发数据报，支持QoS

Qos ( Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力,是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。

4.1 数据报格式

4.2 与IPv4区别

4.3 地址表示形式

4.4 基本地址类型

4.5 过渡策略

1.双栈技术

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。这样的话，这台设备既能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。

2.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。

5 路由选择协议

本节接第2节路由算法与路由协议

5.1 RIP协议与距离向量算法

1.内容

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。
RIP协议要求网络中每一个路由器都维护从它自己到其他每一个目的网络的唯一最佳距离记录（即一组距离）。
距离：通常为“跳数”，即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。

2.RIP协议交换

3.距离向量算法

4.例题

5.RIP协议报文格式

6.协议特点

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，“慢收敛”。

5.2 OSPF协议与链路状态算法

1.内容

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。使用分布式的链路状态协议。

2.特点

3.链路状态路由算法

4.OSPF区域

5.OSPF分组

6.其他特点

·每隔30min，要刷新一次数据库中的链路状态。
·由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多。
·OSPF不存在坏消息传的慢的问题，它的收敛速度很快。

5.3 BGP协议

外部网关协议

1.内容

2. 信息交换

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。

3.报文格式

4.特点

·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。
·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。

5.BGP-4报文

5.4 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。