[网络协议] 计算机网络之网络层

网络层介于传输层和数据链路层之间，其主要作用是实现两个网络系统之间的数据透明传送。网络层的主体是路由器。

网络层提供两种服务：

网络层的协议包括了网际协议 IP、地址解析协议 ARP、网际控制报文协议 ICMP 以及路由选择协议 RIP/OSPF/BGP-4 等。

网际协议IP

IP协议是一个无连接的服务，负责在源地址和目的地址之间传送数据报，将数据报在一个个模块间通过路由处理网络地址传送到目的地址。

给网络中的每个对象( 比如，路由器 )编好 IP 地址协助信息的传输

IP地址由网络号和主机号组成。

IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号(第一级)，而剩下的主机号(第二级)则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了IP地址的管理。

路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组(而不考虑目的主机号)，这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间。

要解决 IP 地址耗尽的问题，根本方法是采用具有更大地址空间的新版本 IP 协议即 IPv6，向 IPv6 过渡可以使用双协议栈或使用隧道技术。

从网络层使用的IP地址解析出在数据链路层使用的物理地址。即：通过目标设备的IP地址，查询目标设备的MAC地址，以保证通信的顺利进行。

ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

用于在主机和路由器之间传递控制消息

ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据部分，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。

ICMP的应用：

PING 用来测试两个主机之间的连通性。 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。
tracert 用来跟踪一组从源点到终点的路径，通过依次增加TTL，并返回ICMP 时间超过报文来实现。

路由选择协议有两大类：内部网关协议IGP，如 RIP 和 OSPF；外部网关协议EGP，如 BGP-4。

路由信息协议RIP：是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。RIP协议使用运输层的UDP进行传送。
- 仅和相邻路由器交换信息。
- 交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。
- 按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔 30 秒。

开放最短路径优先协议OSPS：是一种分布式的基于链路状态数据库的路由选择协议，使用Dijkstra 提出的最短路径算法来计算路由表的下一跳。OSPF协议使用IP数据报传送。
- 向本自治系统中所有路由器发送信息
- 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。(链路状态指：本路由器和哪些路由器相邻，以及该链路的“度量”)
- 只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器发送此信息。