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四网络层 在计算机网络中每一层传输的数据都有不同的名称。 物理层传输的数据称为比特Bit。数据链路层传输的数据称为帧Frame。网络层传输的数据称为数据报Datagram。传输层传输的数据称为段Segment或用户数据报User Datagram。应用层传输的数据根据具体的应用不同可以称为消息Message、报文Packet或请求/响应Request/Response等。 4.1.1网络层功能概述 网络层主要任务是把分组从源端传到目的端为分组交换网上的不同主机提供通信服务网络层的传输单位是数据报。
功能一路由选择与分组转发最佳路径 功能二异构网络互联 功能三拥塞控制 路由器功能
转发达到路由器输入链路之一的数据报如何转发到该路由器的输出链路之一
路由选择控制数据报沿着从源主机到目的主机的端到端路径中路由器之间的路由方式 数据平面执行的主要功能是根据转发表进行转发这是路由器的本地动作 控制平面传统方法/每路由器法 4.2.1路由算法和路由协议 路由算法静态路由算法、动态路由算法 分层次的路由选择协议 自制系统AS基本概念 4.3.1IP数据报格式
IP数据报格式和各数据段解释 版本IPv4/IPv6 首部长度单位是4B最小是5因为当可变部分为0时固定部分还有20B 区分服务指示期望获得哪种类型的服务 总长度首部数据单位是1B 生存时间TTLtime to leaveIP分组的保质期经过一个路由器-1变成0则丢弃。表示数据包在网络中可以传输的最大跳数生存时间字段的目的是防止数据包在网络中无限循环并确保数据包能够在一定时间内到达目的地。 协议数据部分的协议 首部检验和只检验首部 源IP地址和目的IP地址32位 4.3.2IP数据报分片
最大传送单元MTU链路层数据帧可以封装数据的上限 标识同一数据报的分片使用同一标识 标志只有两位有意义x_ _中间位DFDon’t FragmentDF 1, 禁止分片; DF 0, 允许分片。最低位MFMore FragmentMF 1, 后面还有分片 MF 0, 代表没有分片 片偏移指出较长分组分片后某片在原分组中的相对位置。以8B为单位 IP数据报分片例题 IP数据报中首部长度、总长度、片偏移单位 4.3.3IPv4地址 IP编址的过程 分类的IP地址其中127.0.0.1用于本地回环测试 特殊IP地址 私有地址网段个数能够分配多少个网络号 每类IP地址最大网络、主机可用数 4.3.4网络地址转换NAT 4.3.5子网划分和子网掩码 子网划分 两级IP地址和三级IP地址的子网掩码主机号全0 子网掩码和IP地址逐位相与就可得到子网网络地址子网掩码可以确定主机号有多少位 子网掩码例题 由主机IP和子网掩码可以求出子网是180.80.76.0。其中网络号B类地址占前16位子网号占6位其余10位为主机号。当主机号全为1时就是广播地址即选D 4.3.6无分类编址CIDR
无分类编制CIDR优点
消除了传统的A类B类和C类地址及划分子网的概念 CIDR地址块CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块” 构成超网、路由聚合 例题
最长前缀匹配 4.3.7ARP协议
ARP高速缓存IP地址和MAC地址的映射
本质是解决下一跳到哪 1号主机和3号主机通信1号主机先通过广播ARP请求分组告诉3号主机然后3号主机就会返回它对应的IP地址和MAC地址 ARP协议使用过程 ARP协议Address Resolution Protocol是一种用于将IP地址解析为MAC地址的协议。在计算机网络中每个设备都有一个唯一的MAC地址和一个IP地址。当设备需要发送数据包给目标设备时它首先需要知道目标设备的MAC地址才能发送数据。这就是ARP协议的作用它通过发送ARP请求广播来询问目标设备的MAC地址然后目标设备会回复ARP响应包包含自己的MAC地址。
RARP协议Reverse Address Resolution Protocol是与ARP相反的协议。它用于将MAC地址解析为IP地址。在某些情况下设备可能只知道自己的MAC地址但需要获取其IP地址。这时候就可以使用RARP协议。设备发送一个RARP请求广播来询问自己的IP地址然后网络中的RARP服务器会回复包含对应IP地址的RARP响应包。
需要注意的是随着技术的发展ARP协议已经被更先进的协议替代如NDPNeighbor Discovery Protocol取代了IPv6中的ARP。同样地RARP协议也已经不再常用因为现代的操作系统都支持动态主机配置协议DHCP可以自动分配IP地址给设备
4.3.8DHCP协议
主机获取IP地址的方式静态和动态 DHCP协议工作流程 4.3.9ICMP协议 ICMP报文放在IP数据报的数据部分 总之ICMP在计算机网络中起到了重要的作用它不仅提供了错误报告和诊断功能还能用于网络连接测试、网络拓扑发现以及路由器通信等方面
4.4IPv6
IPv4数据报格式 IPv6数据报格式 IPv6地址的表示形式 IPv6基本地址类型 IPv6向IPv4过渡的策略双栈协议和隧道技术 4.5.1RIP协议与距离向量算法 RIP协议是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议 RIP协议和谁交换多久交换一次交换什么 距离向量算法核心 距离向量算法例题 4.5.3BGP协议 BGP和谁交换交换什么多久交换 BGP-4的四种报文 三种路由协议的比较RIP、OSPF、BGP 4.6IP组播
ip数据报的三种传输方式单播、广播、组播 组播地址范围为224.0.0.0~239.255.255.255D类地址一个D类地址表示一个组播组只能用作分组的目标地址原地址总是为单播地址。 硬件组播
以太网多播地址48位组成 IGMP协议与组播路由选择协议
IGMP协议让路由器知道本局域网上是否有主机参加或退出了某个组播组 IGMP工作的两个阶段 组播路由选择协议 4.7移动IP
概念设备移动IP不动 4.8网络层设备路由器 输入端口 输出端口 三层设备比较
物理层关注传输媒介和信号的特性数据链路层负责帧的传输和检测网络层则处理数据的路由和分组 “同一网段” 在计算机网络中同一网段指的是具有相同网络地址Network Address的设备集合。一个网络地址由IP地址和子网掩码Subnet Mask组成IP地址用于标识主机或网络而子网掩码用于划分主机和网络之间的界限。 在同一网段中设备可以使用相同的网络地址并且可以直接进行通信而无需经过路由器。它们共享相同的网络前缀因此可以通过局域网Local Area NetworkLAN或交换机互相发送数据帧。 例如假设有三台设备连接到同一个局域网上它们的IP地址和子网掩码如下所示 设备1IP地址 192.168.0.10子网掩码 255.255.255.0 设备2IP地址 192.168.0.20子网掩码 255.255.255.0 设备3IP地址 192.168.0.30子网掩码 255.255.255.0 由于它们的IP地址的前三个字节是相同的192.168.0并且子网掩码也相同因此它们属于同一网段。这意味着它们可以直接通信而不需要经过路由器。 同一网段的设备可以方便地进行局域网内的通信和资源共享而不需要经过外部网络设备。 总结
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