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[网络协议]计算机网络微课堂_网络层

根据计算机网络微课堂课程，同时参考了掘金-BloothOfYouth，总结笔记 !

第四章网络层

4.1 网络层概述

网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输。

这些异构型网络N1~N7如果只是需要各自内部通信，他们只要实现各自的物理层和数据链路层即可

但是如果要将这些异构型网络互连起来，形成一个更大的互联网，就需要实现网络层设备路由器

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实现网络层任务，需要解决以下主要问题：

网络层向运输层提供怎样的服务（“可靠服务”还是“不可靠服务”）
	误码、丢弃、重复、失序
	不同网络体系结构所提供的服务可能是不同的，
	因特网TCP/IP 协议体系的网际层提供的是无连接、不可靠的传输服务；
	ATM、帧中继、X.25提供的是面向连接的、可靠的虚电路服务

网络寻址问题
	TCP/IP体系使用IP地址

路由选择问题
	目的地址、路由表（静态配置、动态配置）

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4.2 网络层提供的两种服务

面向连接的虚电路服务
	可靠通信由网络来保证
	必须建立网络层的连接：虚电路（逻辑链接）
	通信双方沿着建立的虚电路发送分组

无连接的数据报服务
	可靠通信由用户主机来保证
	不需要建立网络层连接

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4.3 IP地址概述

4.3.1 IPv4地址

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IPv4地址：32bit的唯一标识符

点分十进制表示方法：每8位为一组

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4.3.2 分类编址的IPv4地址

A类：8位网络号，24位主机号，最高位固定为0

B类：16位网络号，16位主机号，最高位固定为10

C类：24为网络号，8位主机号，最高位固定为110

D类：多播地址，最高位固定为1110

E类：最高位固定为1111，保留为今后使用

只有ABC类可分配给网络中的主机或路由器的各接口
主机号全0为网络地址，不能分配
主机号全1为广播地址，不能分配

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4.3.3 划分子网的IPv4地址

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从主机号部分借用一部分作为子网号

划分子网的工具：子网掩码

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4.3.4 无分类编址的IPv4地址

CIDR 无分类域间路由选择

斜线记法

路由聚合

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4.3.5 IPv4地址的应用规划

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4.4 IP数据报的发送和转发过程

1、IP数据报的发送和转发过程包含：
	主机发送IP数据报
	
	路由器转发IP数据报

2、
直接交付：同一网络之内
间接交付：不同网络之间（通过本网络中的路由器进行转发，该路由器称为默认网关）
如何判断：IP与子网掩码进行逻辑与得出网络地址，进行比较

3、路由器收到数据包后如何转发？

检查IP数据报首部是否出错
	若出错，则直接丢弃该IP数据报并通告源主机
	若没有出错，则进行转发
	
根据IP数据报的目的地址在路由表中查找匹配的条目
	若找到匹配的条目，则转发给路由器表条目中指示的下一个路由器
	若找不到，则丢弃该数据报并通告源主机

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广播数据报：路由器进行广播隔离

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4.5 静态路由配置及其可能产生的路由环路问题

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默认路由

特定主机路由

静态路由配置错误导致路由环路（生存时间字段TTL）

聚合了不存在的网络导致路由环路（黑洞路由）

网络故障导致路由环路

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4.6 路由选择协议

4.6.1 路由选择协议概述

静态路由选择

动态路由选择

因特网采用的路由选择协议主要特点：
自适应
分布式
分层次：
	自治系统AS：
				域内路由选择：外部网关协议EGP
				域间路由选择：内部网关协议IGP

路由器的基本结构：
	路由选择部分
	分组转发部分：物理层（比特流）、链路层（帧）、网络层（分组）

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4.6.2 路由信息协议RIP的基本工作原理

RIP，Routing Information Protocol

用跳数为度量来衡量网络距离

基本工作原理：
	认为好的路由就是“距离短”的路由，也就是所通过的路由器数量最少的路由

	多条“距离相等”的路由时，可以进行等价负载均衡

	”坏消息传播得慢“

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4.6.3 开发最短路径优先OSPF的基本工作原理

OSPF，Open Shortest Path First

基于链路状态：指本路由器和哪些路由器相邻，以及相应链路的代价
			代价用来表示费用、距离、时延、带宽等等

通过发送问候分组建立和维护邻居关系

链路状态通告（LSA）
链路状态更新分组（LSU）
链路状态数据库（LSDB）
最短路径优先SPF计算

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OSPF以下五种分组类型

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多点接入网络

自治系统AS和区域Area

4.6.3 边界网关协议BGP的基本工作原理

不同自治系统：使用”代价“作为度量来寻找最佳路由是不行的

BGP发言人
建立TCP连接，端口号179
建立BGP会话

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BGP-4以下四种报文

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4.7 IPv4数据报的首部格式

20字节固定部分

40字节可变部分

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版本：4bit，IP协议的版本

首部长度：4bit，IP数据报首部的长度，取值以4字节为单元，最小取值为十进制5，最大为十进制15

可选字段、填充

区分服务：8bit，用来获得更好的服务

总长度：16bit，表示IP数据报的总长度（首部+数据载荷），最大取值为65535以字节为单位

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共同用于IP数据报分片

MTU：帧的数据载荷，以太网规定为1500字节

标识：16bit

标志：3bit

片偏移：13bit，以8个字节为单位

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生存时间：TTL，8bit，最初以秒为单位，现在是跳数

协议：8bit，TCP为6，UDP为17

首部检验和：16bit

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源IP地址

目的IP地址

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4.8 网际控制报文协议ICMP

ICMP，Internet Control Message Protocol
发送差错报告报文和询问报文
被封装在IP数据报中发送

差错报告报文五种类型

询问报文两种类型

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4。9 虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

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第四章 网络层

4.1 网络层概述

4.2 网络层提供的两种服务

4.3 IP地址概述

4.3.1 IPv4地址

4.3.2 分类编址的IPv4地址

4.3.3 划分子网的IPv4地址

4.3.4 无分类编址的IPv4地址

4.3.5 IPv4地址的应用规划

4.4 IP数据报的发送和转发过程

4.5 静态路由配置及其可能产生的路由环路问题

4.6 路由选择协议

4.6.1 路由选择协议概述

4.6.2 路由信息协议RIP的基本工作原理

4.6.3 开发最短路径优先OSPF的基本工作原理

4.6.3 边界网关协议BGP的基本工作原理

4.7 IPv4数据报的首部格式

4.8 网际控制报文协议ICMP

4。9 虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

第四章网络层