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[网络协议]计算机网络04：网络层

网络层概述

  1. 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间的传输
  2. 要实现网络层任务，需要解决以下主要问题：
    1. 网络层向运输层提供怎样的服务（“可靠传输”还是“不可靠传输”）
    2. 网络层寻址问题
    3. 路由选择问题
  3. 因特网（Internet）是目前世界上用户数量最多的互联网，它使用TCP/IP协议栈
  4. 由于TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议IP，它是整个协议栈的核心协议，因此在TCP/IP协议栈中，网络层常称为网际层
  5. 综上，我们通过学习TCP/IP协议栈的网际层来学习网络层的理论知识和实践技术

网络层提供的两种服务

  1. 面向连接的虚电路服务
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  2. 无连接的数据报服务
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由于TCP/IP体系结构的因特网网际层提供的是灵活的 、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务，因此主要围绕网际层如何传送IP数据报这个主题进行讨论

IPv4地址

概述

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分类编址的IPv4地址

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A类地址

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B类地址

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C类地址

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练习

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下一题：
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下一题：

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划分子网的IPv4地址

当一个网络划分成多个网络时，新的网络中的一个使用原有网络号，其他的就需要申请新的网络号，会带来以下弊端：

  1. 需要等待时间和花费更多的费用
  2. 会增加其他路由器中路由表记录的数量
  3. 浪费原有网络中剩余的大量IP地址

如果可以从IP地址的主机号部分借用一些位作为子网号来区分不同的子网，就可以利用原有网络中剩余的大量IP地址，而不用申请新的地址

从主机号部分借用一部分作为子网号
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32比特的子网掩码可以表面分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号
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举例

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下一题：
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默认子网掩码

指在未划分子网的情况下使用的子网掩码
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无分类编址的IPv4地址

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路由聚合（构造超网）

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IPv4地址的应用规划

定长的子网掩码FLSM
使用同一个子网掩码来划分子网
每个子网所分配的IP地址数量相同，造成IP地址的浪费

变长的子网掩码VLSM
使用不同的子网掩码来划分子网
每个子网所分配的IP地址数量可以不同，尽可能减少对IP地址的浪费

举例

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定长子网掩码会造成地址浪费，使用变长子网掩码如下：
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IP数据报的发送和转发过程

IP数据报的发送和转发过程包含以下两部分

  1. 主机发送IP数据报
  2. 路由器转发IP数据报

为了将重点放在TCP/IP协议栈的网际层发送和转发IP数据报的过程上，在之后的举例中，忽略使用ARP协议来获取目的主机或路由器接口的MAC地址的过程以及以太网交换机自学习和转发帧的过程

当一台计算机发送信息时，根据发送信息的目标地址，通过子网掩码来判定目标主机是否在本地子网中，如果目标主机在本地子网中，则直接发送即可。如果目标不在本地子网中则将该信息送到默认网关/路由器，由路由器将其转发到其他网络中，进一步寻找目标主机。

举例

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默认网关：指定网络中的某一个路由器执行转发操作
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路由器隔离广播域
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练习

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下一题
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下一题
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静态路由配置及其可能产生的路由环路问题

  1. 静态路由配置是指用户或网络管理员使用路由器的相关命令给路由器人工配置路由表
    这种人工配置方式简单、开销小。但不能及时适应网络状态（流量、拓扑等）的变化
    一般只在小规模网络中使用

  2. 使用静态路由配置可能出现以下导致产生路由环路的错误
    配置错误
    聚合了不存在的网络
    网络故障

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静态路由配置错误导致路由环路

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聚合了不存在的网络导致路由环路

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解决方法
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网络故障导致路由环路

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路由选择协议

概述

分类

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因特网采用的路由选择协议的主要特点

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因特网采用分层次的路由选择协议

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域间路由选择：外部网关协议EGP（外部路由协议ERP）
域内路由选择：内部网关协议IGP（内部路由协议IRP）

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常见的路由选择协议

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路由器的基本结构

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交换结构中，还含有输入缓冲区和输出缓冲区

路由信息协议RIP的基本工作原理

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RIP基本工作过程

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RIP的路由条目的更新规则

D收到C发来的路由表，对其进行改造更新
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RIP存在“坏消息传播得慢”的问题

当R1发送新的路由表给R2的时间晚于R2发送新的路由表给R1时，就会导致如下问题
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上述措施也不能完全避免路由环路问题，这是距离向量算法的本质所决定的

开发最短路径优先OSPF的基本工作原理

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链路状态

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问候分组

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链路状态通告LSA

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链路状态数据库LSDB

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分组类型

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OSPF的基本工作过程

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可理解为优化邻居关系：
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虽然使OSPF协议更复杂了，却能使每个区域内部交换路由信息的通信量大大减少，因而使OSPF协议能够用于规模很大的自治系统中
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边界网关协议BGP的工作原理

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BGP发言人
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BGP协议刚运行时，BGP邻站会交换整个BGP路由表，但以后只需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。

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下一题
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IPv4数据报的首部格式

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标识、标志和片偏移字段

共同用于进行IP数据报分片
当IP数据报长度超过数据链路层的最大传输单元时，我们需要将IP数据报分片
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分片举例

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生存时间

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举例

正常R2转发到N2的网络请求应该下一跳为R3，但是人工配置时错将其设置成了R1
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协议字段

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首部检验和

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源IP地址和目的IP地址

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练习

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下一题
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网际报文控制协议ICMP

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ICMP差错报告报文

终点不可达

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源点抑制

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时间超过

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参数问题

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改变路由（重定向）

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总结

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ICMP询问报文

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应用

分组网间探测PING（Packet InterNet Groper）

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跟踪路由（traceroute）

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虚拟专用网VPN与网络地址转换NAT

虚拟专用网VPN

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网络地址转换NAT

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加:2021-11-15 16:11:28  更:2021-11-15 16:12:53 
 
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