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1.1 网络层---从发送主机向接收主机传送数据段（segment）
1.2 虚电路网络（virtual-circuit network）
?1.5 IP协议（3）---IP编址（addressing）
?1.6 IP协议（4）---有类IP地址（Addresses）
?1.9 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）动态主机配置协议
1 网络层
1.1 网络层---从发送主机向接收主机传送数据段（segment）
（1）发送主机：将数据段（segment）封装到数据报（datagram）中；
（2）接收主机：向传输层交付数据段（segment）;
1、每个主机和路由器都运行网络层协议
2、路由器检验所有穿越它的IP数据报的头部域：决策如何处理IP数据报；
3、网络层的核心功能------转发（forwarding）与路由
?4、网络层核心功能------连接建立
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?5、网络层服务模型
（1）无连接服务（connection-less service）---数据报网络（datagram network）
a、不是先为系列分组的传输确定传输路径；
b、每个分组独立确定传输路径；
c、不同分组可能传输路径不同；
（2）连接服务（connection service）---虚电路网络（virtual-circuit network）
a、首先为系列分组的传输确定从源到目的经过的路径（建立连接）；
b、然后沿该路径（连接）传输系列分组；系列分组传输路径相同
c、传输结束后拆除连接；
1.2 虚电路网络（virtual-circuit network）
1、连接服务与无连接服务
（1）数据报（datagram）网络与虚电路（virtual-circuit）网络是典型的两类分组交换网络；
（2）数据报网络提供网络层无连接服务；虚电路网络提供网络层连接服务；
（3）类似于传输层的无连接服务（UDP）和面向连接服务（TCP），但是网络层服务：
主机到主机的服务、网络核心实现
2、虚电路（virtual circuits）
（1）通信过程：呼叫建立（call setup）->数据传输->拆除呼叫;
（2）每个分组携带虚电路标识（VC ID），而不是目的主机地址；
（3）虚电路经过的每个网络设备（如路由器），维护每条经过它的虚电路连接状态；
（4）链路、网络设备资源（如带宽、缓存等）可以面向虚电路VC进行预分配；
3、VC虚电路的具体实现
（1）每条虚电路包括：
a、从源主机到目的主机的一条路径；b、虚电路号（VCID），沿路每段链路一个编号；
c、沿路每个网络层设备（如路由器），利用转发表记录经过的每条虚电路；
（2）沿某条虚电路传输的分组，携带对应虚电路的VCID，而不是目的地址；
（3）同一条VC在每段链路的VCID通常不同---路由器转发分组时依据转发表改写/替换虚电路号；
4、VC（虚电路）转发表---VC路径上的每个路由器都需要维护VC连接的状态信息！
?5、虚电路信令协议（signaling protocols）
（1）用于VC的建立、维护与拆除----路径选择；
（2）应用于虚电路网络---如ATM、帧中继（frame-relay）网络等；
（3）目前Internet不采用；
?1.2 数据报网络（datagram）
1、数据报网络特点
（1）网络层无连接；（2）每个分组携带目的地址；
（3）路由器根据分组的目的地址转发分组；
a、基于路由协议/算法构建转发表；b、检索转发表；c、每个分组独立选路
2、数据报转发表
（1）路由算法(协议）确定通过网络的端到端路径；转发确定在本路由器如何转发分组；
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?（2）最长前缀匹配优先
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在检索转发表时，优先选择与分组目的地址匹配前缀最长的入口（entry）；?
?3、数据报网络 or VC网络?
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?1.3 IP协议（1）---IP数据报
?1、Internet网络层
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?2、IP数据报（分组）格式
（每行4个字节32个比特位，固定部分就有5行，20个字节）
（1）版本号：字段占4位，IP协议的版本号，例如4->IPv4;6->IPv6；
（2）首部长度：4位，IP分组首部长度；以4字节为单位，例如5->IP首部长度为20（5*4）字节
（3）服务类型（TOS）：字段占8位，指示期望获得哪种类型的服务；
a、1988年这个字段改名为区分服务；只有在网络提供区分服务（DiffServ）时使用；
b、一般情况下不使用，通常IP分组的该字段（第2字节）的值为00H；
?（4）总长度：字段占16位，IP分组的总字节数（首部+数据）；
a、最大IP分组的总长度：65535B；b、最小的IP分组首部：20B；
c、IP分组可以封装的最大数据：65535-20=65515B
（5）生存时间（TTL）：字段占8位，IP分组在网络上中可以通过的路由器数（或跳步数）
a、路由器转发一次分组，TTL减1；b、如果TTL=0，路由器则丢弃该IP分组；
（6）协议：字段占8位，指示IP分组封装的是哪个协议的数据包；
a、实现复用/分解；
b、例如：6为TCP，表示封装的是TCP段，17为UDP，表示封装的是UDP数据段；
（7）首部校验和：字段占16位，实现对IP分组首部的差错检测；
a、计算校验和时，该字段置全0；b、采用反码算术运算求和，和的反码作为首部校验和字段；
c、每次经过路由器转发时，首部校验和都要重新计算；逐跳计算，逐跳校验；
（8）源IP地址、目的IP地址字段各占32位：分别标识发送分组的源主机/路由器（网络接口）和接收分组的目的主机/路由器（网络接口）的IP地址；
（9）选项字段：长度可变，在1-40B之间：携带安全、源选路径、时间戳和路由记录等内容；
实际上很少被使用；
（10）填充：字段占长度可变，范围在0-3B之间，目的是补齐整个首部，符合32位对齐，即保证首部长度是4字节的倍数；
1.4 IP协议（2）---IP分片
1、最大传输单元（MTU）---链路层数据帧可封装数据的上限
2、IP分片与重组?
?IP分组格式：标识（ID）、标志位、片偏移
?（1）标识字段：占16位，标识一个IP分组，
?a、IP协议利用一个计数器，每产生IP分组计数器加1，作为该IP分组的标识；
?（2）标志位：字段占3位；保留+DF+MF
?（3）片偏移字段：占13位，一个IP分组分片封装原IP分组数据的相对偏移量；
?a、片偏移字段以8字节为单位；
3、IP分片过程
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?4、IP分片过程举例
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?1.5 IP协议（3）---IP编址（addressing）
1、IP分组
?（1）源地址（SA）-从哪里来；（2）目的地址（DA）-到哪里去；
2、接口（interface）:主机/路由器与物理链路的连接
（1）实现网络层功能；（2）路由器通常有多个接口；
（3）主机通常只有一个或两个接口（e.g,有线的以太网接口，无线的802.11接口）
3、IP子网（Subnets）?
?1.6 IP协议（4）---有类IP地址（Addresses）
?1、特殊IP地址
?2、私有（Private）IP地址
?1.7 IP协议（5）---IP子网划分与子网掩码
?1、子网划分
?2、子网掩码
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?3、子网划分举例
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?4、子网掩码的应用---将IP分组的目的IP地址与子网掩码按位与运算，提取子网地址
?5、一个C类网络划分子网举例
?1.8 IP协议（6）---CIDR与路由聚合
?1、CIDR（Classless InterDomain Routing）无类域间路由
?（1）消除传统的A类、B类和C类地址界限：NextID+SubID->Network Prefix(Prefix)可以任意长度
?（2）融合子网地址与子网掩码，方便子网划分：无类地址格式：a.b.c.d/x,其中x为前缀长度
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?2、CIDR（Classless InterDomain Routing）无类域间路由的优点
（1）提高IPv4地址空间分配效率；
（2）提高路由效率:a、将多个子网聚合成一个较大的子网；b、构造超网（supernetting）
?3、路由聚合（route aggregation）---大大简化路由表，记录超网
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?1.9 DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）动态主机配置协议
?1、IP地址获取
（1）“硬编码”---静态配置
（2）DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）动态主机配置协议：
a、从服务器动态获取：IP地址、子网掩码、默认网关地址、DNS服务器名称与IP地址；
b、“即插即用”；c、允许地址重用；d、支持在用地址续租；e、支持移动用户加入网络；
2、DHCP（动态主机配置协议）工作过程示例?
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?2.0 网络地址转换（NAT）
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?1、网络地址转换（NAT）动机
（1）只需/能从ISP申请一个IP地址：IPv4地址耗尽；
（2）本地网络设备IP地址的变更，无需通告外界网络；
（3）变更ISP时，无需修改内部网络设备IP地址；
（4）内部网络设备对外界网络不可见，即不可直接寻址（安全）；
?2、NAT实现
?（1）替换：利用（NAT IP地址，新端口号）替换每个外出IP数据报的（源IP地址，源端口号）
?（2）记录：将每对（NAT IP地址，新端口号）与（源IP地址，源端口号）的替换信息存储到NAT转换表中；
（3）替换：根据NAT转换表，利用（源IP地址，源端口号）替换每个进入内网IP数据报的（目的IP地址，目的端口号），即（NAT IP地址，新端口号）；
?3、NAT实现的问题
（1）16-bit端口号字段：可以同时支持60,000多并行连接；
（2）NAT主要争议：a、路由器应该只处理第3层功能；
b、违背端到端的通信原则：应用开发者必须考虑到NAT的存在，e.g,P2P应用；
c、地址短缺问题应该又IPv6来解决；
4、NAT穿透问题---实现外网对内网的地址直接访问
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