网络层

也可以看作IP层，有ip，ARP等协议。网络层的主要功能是将数据从一个网络发送到另一个网络中。网络层可以分为数据层和控制层。网络层的数据传输是不可靠的，即是会丢失的，数据传输的可靠性是靠上层协议保障的，如tcp协议。 ## 1. 数据层 ### 1.1 IP协议 网络协议IP协议，地址解析协议ARP,网际控制报文协议ICMP, 网际组管理协议IGMP。 #### 1.1.1 分类ip 分为网络号和主机号，网络号用来标识网络，主机号用来标识主机。ip地址分为A,B,C,D,E五类，A,B,C三类是常用的，D,E两类是保留的。A类地址是8位主机号，B类16位，C类24位。 A类网络号的0和127被保留作为本网络和本地软件测试。其余类不管 对于所有主机号，都会保留全零作为本主机和全1作为所有主机。 #### 1.1.2 无分类ip CIDR CIDR是无分类的ip地址，CIDR是为了解决ip地址的浪费问题，CIDR是将ip地址分为网络前缀和主机号，网络号和主机号的分界线是通过子网掩码来确定的。子网掩码是32位的二进制数，前面是网络号，后面是主机号。子网掩码的1表示网络号，0表示主机号。子网掩码的1的个数是网络号的位数。子网掩码也可以表示网络前缀的位数，如20 ip的分配不是按单个地址来的，而是先分配一个连续的地址块，在对每个主机分配这个地址块中的主机号ip CIDR地址块：把网络前缀相同的所有连续ip称为一个地址块，

路由聚合： 在路由器的转发表中利用一个较大的CIDR地址块来替代许多小的地址块。

1.1.3 ip的特点

• ip由网络前缀和主机号组成，ip地址是分等级的，ip管理机构**只分配网络前缀，主机号由得到网络前缀的单位自行分配。路由器更具网络前缀来转发，可以减少路由表大小。
• ip地址标志一个接口，如果一个主机在两个网络上，那么他有两个ip，其网络前缀不同。由于一个路由器一定连接两个网络，所有其至少有2个ip。
• 在互联网上，具有相同的网络前缀的主机在一个网络上，通过以太网交换机连接起来的网络仍是一个网络。不同前缀的必须由路由器连接。
• 以太网交换机是没有ip地址的，路由器和以太网交换机每个接口都有一个mac地址。

1.2 地址解析协议ARP

解决如何在已知要发往的IP地址时找到其相应的MAC地址。 ARP的方法是在主机的ARP高速缓存中存放一个IP地址到MAC地址的映射表，并动态更新。 #### 1.2.1 ARP协议步骤 1. 在局域网中广播ARP请求分组，主要内容是，我的IP地址，我的MAC地址，请求的IP地址。 2. 在局域网上的所有主机上运行的ARP进程都会受到ARP请求分组。 3. 如果IP与ARP请求分组一致，就收下ARP请求，并发送ARP响应分组并填入自己的MAC地址ARP响应式单播的 4. 主机受到ARP响应后将IP，MAC映射写入。 ### 1.3 IP数据报的格式 以4个字节为一个单位，固定部分20字节 #### 1.3.1 ip分片 是否对ip分片，取决于ip报的长度不能长于链路层MTU，如果过长就要分片。
标识 ：表示几个分片式同一个数据包切片的 标志 ：表示该数据报可不可以分片 片偏移 ：表示分片在原分组的相对位置，单位为8个字节。 ### 1.4 IP分组转发 若ip转发基于分组首部的目的地址，称为基于终点的转发。 ### 1.5 ICMP协议 ICMP是ip的一个附属协议，主要用于网络故障诊断和错误报告。ICMP报文是封装在ip数据报中的，ICMP报文的首部是8字节，数据部分是变长的。 ICMP协议有： 1. ICMP差错报告 返回主机不可达，网络不可达，端口不可达等。如当报文的TTL为0时，路由器会返回一个ICMP差错报告。 2. ICMP请求和应答 ping命令会用到这个类型来查询延迟。 3. ICMP重定向报告

1.7 ipv6协议

主要的改进点是基本首部长度固定为40字节，不再分片，不再有校验和，增加了流标签字段，增加了扩展首部。分片放在扩展首部上。

2 控制层

2.1 路由选择协议

路由选择协议是网络层的控制层，主要是用来选择路由的。路由选择协议有很多种，如静态路由。动态路由：RIP，OSPF（内部网关协议），BGP（外部网关协议）等。互联网被划分为多个自治系统AS，每个自治系统内部可以使用不同的路由选择协议，自治系统之间使用BGP协议。 #### 2.1.1 内部网关协议 路由信息协议RIP RIP协议要维护的路由表中的信息是到每个网络的距离，以及应经过的下一跳地址。
在信息交换时，和相邻路由器交换路由表。RIP协议的一个特点是好消息传的快，坏消息传的慢。RIP协议的最大跳数是15，超过15就认为不可达。RIP协议的缺点是收敛速度慢，不适合大型网络。 #### 2.1.2 内部网关协议 OSPF OSPF协议向网络中的路由器发送信息，确定其与相邻路由器的连接状态，得到网络全局的拓扑图，然后根据这些信息计算出最短路径。OSPF协议的特点是收敛速度快，适合大型网络。 #### 2.1.3 外部网关协议 BGP 在一个自治系统AS中有两种不同功能的路由器，即边界路由器和内部路由器。 BCG路由中的信息包含:前缀，AS路径，下一跳地址，度量值。
BGP协议的特点是路由信息的传播是有序的，可以避免环路。BGP协议的缺点是收敛速度慢，适合大型网络。 ## 3 路由器 路由表： 包含从目的网络到吓一跳（IP地址）的映射， 转发表： 包含从目的网络到下一跳（MAC地址）的映射。转发表是从路由表中生成的。
在实际讨论中可以将路由表和转发表合并为一个表，即路由表。 ### 4.网际组管理协议 IGMP IGMP工作的连个阶段： 1. 主机加入组播组，向多播地址发送IGMP报文。本地多播路由器接受到后把组关系转发给互联网上的多播路由器 2. 本地多播路由器周期性的探询本地局域网的主机，如果没有主机响应，则认为本网络上的主机已经离开这个组，停止转发组关系给其他多播路由器。 多播路由器不需要知道组成员的信息，只需要知道本地网络上是否存在组成员，因为转发是硬件多播
多播的发送者和接收者都不是到组成员有多少。