计网-网络层

1、网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。
与 IP 协议配套使用的还有三个协议：
地址解析协议 ARP
(Address Resolution Protocol)
网际控制报文协议 ICMP
(Internet Control Message Protocol)
网际组管理协议 IGMP
(Internet Group Management Protocol)

网际层的 IP 协议及配套协议:

2、IP 地址就是给每个连接在互联网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。

3、
IP地址结构:

几类IP地址：

点分十进制表示：

常用的三种类别的 IP 地址

一般不使用的特殊的 IP 地址

(1) IP 地址是一种分等级的地址结构。
(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口
(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。
(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。
（5）路由器总是具有两个或两个以上的 IP 地址。路由器的每一个接口都有一个不同网络号的 IP 地址。

4、IP 地址与硬件地址

5、地址解析协议 ARP

ARP 作用：
从网络层使用的 IP 地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址。

不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存 (ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。

ARP工作过程：

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。

5、IP数据报格式：

（1）版本——占 4 位，指 IP 协议的版本。目前的 IP 协议版本号为 4 (即 IPv4)。
（2）首部长度——占 4 位，可表示的最大数值是 15 个单位(一个单位为 4 字节)，因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。
（3）总长度——占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。总长度必须不超过最大传送单元 MTU。
（4）标识(identification) ——占 16 位，它是一个计数器，用来产生 IP 数据报的标识。
（5）标志(flag) ——占 3 位，目前只有前两位有意义。标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。MF = 1 表示后面“还有分片”。MF = 0 表示最后一个分片。标志字段中间的一位是 DF (Don’t Fragment) 。只有当 DF = 0 时才允许分片。
（6）片偏移——占13 位，指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。
（7）生存时间——占8 位，记为 TTL (Time To Live)，指示数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。
（8）协议——占8 位，指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给那个处理过程
（9）首部检验和——占16 位，只检验数据报的首部，不检验数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。

6、划分子网
划分子网纯属一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。从主机号借用若干个位作为子网号 subnet-id，而主机号 host-id 也就相应减少了若干个位。

7、子网掩码
使用子网掩码 (subnet mask) 可以找出 IP 地址中的子网部分。
IP 地址的各字段和子网掩码

(IP 地址) AND (子网掩码) =网络地址

8、无分类编址 CIDR
CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。

CIDR 使用“斜线记法”(slash notation)，它又称为 CIDR 记法，即在 IP 地址面加上一个斜线“/”，然后写上网络前缀所占的位数，128.14.32.0/20 表示的地址块共有 212 个地址（因为斜线后面的 20 是网络前缀的位数，所以这个地址的主机号是 12 位）。

9、一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合，路由聚合也称为构成超网 (supernetting)。

10、 网际控制报文协议 ICMP
ICMP报文格式：

ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。
ICMP 差错报告报文共有 4 种
终点不可达
时间超过
参数问题
改变路由（重定向）(Redirect)

ICMP 询问报文有两种
回送请求和回答报文
时间戳请求和回答报文

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。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。

11、互联网的路由选择协议
（1）内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)
在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。
（1.1）RIP 是一种分布式的、基于距离向量的路由选择协议。能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）。

RIP协议更新路由器条件：
01 加入新网络
02 相邻路由器的路由改变了
03 有更短的最短路径

已知路由器 R6 有表 4-9(a) 所示的路由表。现在收到相邻路由器 R4 发来的路由更新信息，如表 4-9(b) 所示。试更新路由器 R6 的路由表。

（2）外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol)
若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议 EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。

12、路由器的构成

13、虚拟专用网 VPN和网络地址转换 NAT
（1）虚拟专用网 VPN：利用公用的互联网作为本机构各专用网之间的通信载体，这样的专用网又称为虚拟专用网VPN (Virtual Private Network)。

（2）网络地址转换 NAT