第四章:网络层
首要使命:把分组从源端传到意图端，为分组交流网上的不一样主机供给通讯效能。
传输单位:数据报
功用
-
路由选择和分组转发（最短途径）
异构网络互联
拥塞控制:若一切结点来不及接收分组，而要丢掉许多分组，则处于拥塞状况。因而要采纳必定办法减轻拥塞。处置办法:开环控制（静态），闭环控制（动）
数据交流方法
电路交流（传输时延最小）
例如电话网络:树立联接（呼叫/电路树立）→通讯→开释联接（撤消电路）
特征:多路复用技能、独占本钱
利益:通讯时延小、有序传输、没有冲突、实时性强
缺陷:树立联接时刻长、线路独占，使吃苦率低，活络性差，无过失控制才能
报文交流
源使用发送的信息全体
利益:无需树立联接；存储转发，动态分配线路；可靠性较高；使用率较高；多方针效能
缺陷:有存储转发时延；报文巨细不定，需要网络节点有较大缓存空间
分组交流
分组:把大数据块切割成等大等长小数据块
利益:无需树立联接；存储转发，动态分配线路；线路可靠性较高；线路使用率较高；相对存储打点更简略
缺陷:存储转发时延；需要传输额定的信息量；乱序到意图主机时，要对分组排序重组
报文交流和分组交流都选用存储转发
传送数据量大，且传送时刻远大于呼叫时，选择电路交流。
后俩种方法信道使用率高，分组交流时延更小。
数据报方法（无联接效能）&&虚电路方法（联接效能）
无联接效能:不事前为分组的传输断定传输途径，每个分组独立断定传输途径。
联接效能:首要为分组传输断定传输途径，沿该途径传输系列分组，途径相同，结束后撤消联接
数据报（因特网运用）
无联接
每个分组带着源和意图地址
路由器根据分组的意图地址转发分组:根据路由协议、算法构建转宣告:
检索转宣告:每个分组独立选路
虚电路
将数据报方法和电路交流方法联系。
虚电路:一条源主机到意图主机类似于电路的途径（逻辑联接），途径上一切结点都要坚持这条虚电路的树立，都坚持一张虚电路表，每一项都记载了一个翻开的虚电路的信息。
树立联接:每个分组带着虚电路号，而非意图地址。源主机发送“呼叫恳求”分组并收到“呼叫应对”，分组后才算树立联接。
数据传输:全双工通讯
开释联接:虚电路开释。源主机发送“开释恳求”，分组以撤消虚电路。
路由算法
静态路由算法:来自习气路由算法，打点员手工装备路由信息。
利益:简略可靠，在负荷平稳、拓扑改变不大的网络中运转作用极好，广泛用于高度平安性的军事网络和较小的商业网络
缺陷:路由更新慢，不适用于大型网络
动态路由算法:自习气路由算法，路由器彼此交流信息，依照路由算法优化将来由表项。
利益:路由更新块，运用大型网络，及时呼应链路费用或网络拓扑改变。
缺陷:算法凌乱，添加网络担负。
-
全局性:链路状况路由算法ospf，一切路由器掌控无缺的网络拓扑和链路费用信息。
涣散性:间隔向量路由算法。典例:rip。路由器只掌控物理相连的邻居及链路费用。
分层次的路由选择协议
适用:因特网规划不大；许多单位不想让外界晓得主机的路由选择协议，但还想连入因特网
自治体系as:在单一的技能打点下的一组路由器，而这些路由器运用一种as内部的路由选择协议和一起的衡量以断定分组在该as内的路由。一起还运用一种as之间的路由协议以断定在as之间的路由。一个as内的一切网络都归于一个行政单位来统辖，一个自治体系的一切路由器在本自治体系内都有必要连通
内部网关协议igp:一个as内运用，例如rip、ospf
外部网关协议egp:as之间运用，例如bgp
rip协议:一种分布式的根据间隔向量的路由选择协议，是因特网的协议标准
需求:网络中每一个路由器维护从它主机到其他每一个意图网络的仅有最佳间隔记载（即一组间隔）
间隔:“跳数”，即从源端口到意图端口所经过的路由器个数，经过一个路由器跳数+1。从一g路由器到直接连接的网络间隔为1。rip答应一条路最多只能包括15个路由器，因而间隔为16标明网络不可以达。
利益是简略，只适用于小互联网
rip是使用层协议，运用udp传送数据。一个rip报文最多课包括25个路由，假定跨越，有必要再用一个rip报文发送。
路由器的交流更新
特征:1.仅和相邻路由器交流信息；2.路由器交流的信息是自个的路由表；3.每30秒交流一次路由信息，然后路由器根据新信息更新路由表，若跨越180s没收到邻居路由器的布告，则断定邻居没了，并更新自个路由表；
路由器刚初步作业时，只晓得直接连接的网络的间隔（间隔为1），接着每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交流并更新路由信息。经过若干次更新后，一切路由器究竟都会晓得抵达本自治体系任何一个网络的最短间隔和吓一跳路由器的地址，即“收敛”
间隔向量算法
1.批改相邻路由器发来的rip报文中一切表项。对地址为x的相邻路由器发来的rip报文，批改此报文中的一切项目，把”下一跳“字段中的地址改为x，并把一切”间隔“字段+1
2.对批改后的rip报文中的每一个项目进行以下进程: （1）r1路由表中若没有net3，则把该项目填入r1路由表
（2）r1路由表中有net3，则查看下一跳路由器地址:若下一跳是x，则用收到的项目替换源路由表中的项目（间隔可以增大或减小）；若下一跳不是x，正本间隔从x走的间隔远则更新，否则不做处置。
3.若180s还没收到相邻路由器x的更新路由表，则把x记为不可以达的路由器，即把间隔设置为16.
4.回来
翻开最短途径优先ospf协议
运用了dijkstra的最短途径算法spf
最首要特征:运用分布式的链路状况协议
特征
1.运用洪泛法向自治体系内一切路由器发送信息，即路由器经过输出端口向一切相邻路由器发送信息，而每一个相邻路由器又再次将此信息发往其一切相邻路由器。播送
2.发送的信息就是与本路由器相邻的一切路由器的链路状况（与那些路由器相邻，以及该链路的衡量/价值）
3.只需当链路状况发生改变时，路由器才向一切路由器洪泛发送此信息。
最终一切路由器都能树立链路状况数据库，即全网拓扑图。
链路状况路由算法
1.每个路由器发现它的相邻结点（hello问好分组）
2.设置到它的每个俩句的本钱衡量metric
3.规划”dd数据库描绘分组“，向邻站给出自个的链路状况数据库中的一切链路状况项意图摘要信息。
4.假定dd分组中的摘要自个都有，则邻站不做处置；假定没有的或许时更新的，则发送”lsr链路状况恳求分组“，恳求自个没有的和比自个更新的信息
5.收到邻站lsr分组后，发送”lsu链路状况更新分组“进行更新
6.更新结束后，邻站回来一个”lsack链路状况招认分组“进行招认
只需一个路由器的链路状况发生改变: 5.泛洪发送”lsu链路状况更新分组“进行更新。
6.更新结束后，其他站回来一个”lsack链路状况招认分组“进行招认
7.运用dijkstra根据自个的链路状况数据库规划到其他节点间的最短途径
ospf区域
ospf分组
ospf分组用ip数据报传送
考纲:网络层协议
其他特征
1.每30min更新一次数据库中的链路状况
2.是用于大规划互联网。因为一个路由器的链路状况只触及到与相邻路由器的联通状况，因而与整个互联网的规划并无直接的联络。
3.不存在坏消息传得慢的疑问，它的收敛速度很快
bgp协议
交流信息特征
1.与其他as的邻站bgp讲话人交流信息
2.交流网络可达性信息，即要抵达某个网络所要经过的一系列as
3.发生改变时更新有改变的有些
进程
bgp所交流的网络可达性信息就是要抵达某个网络所经过的一系列as。当bgp讲话人彼此交流了网络可达性的信息后，各bgp讲话人就根据所选用的战略从收到的路由信息中找出抵达各as的较好路由。
bgp讲话人交流途径向量:自治体系as2的bgp讲话人告诉骨干网as1的bgp讲话人:“要抵达n1，n2，n3课经过as2
报文格局
先树立tcp联接，然后再次联接上交流bgp报文以树立bgp会话，使用bgp会话交流路由信息
特征
撑持cidr，因而bgp路由表包括意图网络前缀、下一跳路由器，以及抵达该意图网络所要经过的各个自治体系序列。
刚运转时邻站交流整个bgp路由表，但今后只需在发生改变时更新有改变的有些。节约带宽和路由器处置开支。
bgp-4的四种报文
1.open报文:用来与相邻的另一个bgp讲话人树立联络，并认证发送发
2.updata报文:前进新途径或撤消原途径。
3.keepalive报文:在无updata时，周期性正式邻站的连通性，也作文open的招认。
4.notification报文:陈述早年报文的过失，也被用于关闭联接。
ru oi bt
ip数据报格局
首部长度:单位4b，最小为5(20b)
区别效能:指示期望获取哪品种型的效能
总长度:首部+数据，单位是1b
生计时刻ttl:ip分组的保质期，经过一个路由器-1，为0则丢掉
协议:数据有些的协议。tcp字段为6，udp字段为17
首部查验和:只查验首部。
源ip地址和意图ip地址:32位
可选字段:0~40b，用来撑持排错、测量以及平安等查验
填充:补全0.把首部补成4b的整数倍
ip数据报分片
最大传送单位mtu:链路层数据帧可封装数据的上限。
以太网的mtu是1500字节。
若传送数据报跨越mtu，则需要将数据报分片。
标识:同一数据报的分片运用同一标识。
标志:只需2位有意义。
中心位df:df=1阻止分片，df=0答应分片
最低位mf:mf=1，后边还有分片；mf=0，代表最终一片/没分片
片偏移:指出较长分组分片后，某片在原分组种的相对方位，以8b为单位。除了最终一个分片，每个分片长度必定是8b整数倍
ipv4地址
ip地址:全世界仅有的32位/4字节标识符，标明路由器主机的接口。
ip地址={<网络号>，<主机号>}
路由器不一样接口有不一样的ip地址
ip地址分类:
特别ip地址:
私有ip地址:内部运用，路由器对意图地址是私有ip地址的数据报不进行转发
网络地址变换nat:在专用网联接到因特网的路由器上设备nat软件，设备了nat软件的路由器叫nat路由器，它至稀有一个有用的外部全球ip地址
ipv4地址空间已分配殆尽:cidr（斜杠加数字），nat（端口映射）。处置此疑问的根柢办法是ipv6
子网区别:将主机号区别为子网号和主机号
分类的ip地址的缺陷
1.ip地址空间的使用率有时很低
2.俩级ip地址不可活络
某单位区别子网后，对外仍体现为一个网络，即本单位外的网络看不见本单位内助网的区别，主机号不能全0（为本网络）全1（为播送分组）
子网掩码:
子网掩码与ip地址逐位相与，就得到子网网络地址。
运用子网时分组的转发:
路由表中应富含意图网络地址、意图网络子网掩码、下一跳地址
路由器转发分组的算法:1.获取意图ip地址 2.是不是直接交给3.特定主机路由 4.检测路由表中有无途径 5.默许路由0.0.0.0 6.丢掉，陈述转发分组犯错
无分类编制cidr（子网号可全0，全1）
1.消除了传统abc类地址以及区别子网的概念
2.交融子网地址与子网掩码，便利子网区别。cidr把网络前缀都相同的接连的ip地址构成一个“cidr地址快”
构成超网:将多个子网聚组成一个较大的子网。也叫路由聚合。
最长前缀匹配:运用cidr时，查找路由表可以得到几个匹配成果，应选择具有最长网络前缀的路由，前缀越长，地址块越小，路由越具体
协议
arp协议:结束主机或路由器ip地址到mac地址的映射（主动进行）
运用进程:查看arp高速缓存，有对应表项则写入mac帧。没有则用意图地址为ff-ff-ff-ff-ff-ff的帧封装并播送arp恳求分组，同一局域网中一切主机都能收到该恳求。意图主机收到恳求后就会向源主机单播一个arp呼应分组，源主机收到后将此映射写入arp缓存。（10-20分钟更新一次）
四种典型情况:
1.主机a发给本网络上的主机b，用arp找到主机b的硬件地址
2，主机a发给另一网络的主机b:用arp找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址
3.路由器发给本网络的主机a:用arp找到主机a的硬件地址
4.路由器发给另一网络的主机b:用arp找到本网络上的一个路由器的硬件地址
主机如何动态获得ip地址:完成动态装备dhcp协议
dhcp协议:动态主机装备协议dhcp是使用层协议，运用客户/效能器方法，客户端和效能端经过播送方法进行交互，根据udp。
dhcp供给即插即用联网的机制，主机可以从效能器动态获取ip地址、子网掩码、默许网关、dns效能器称号与ip地址。答应地址重用，撑持移动用户参加网络，撑持在用地址续租。
dhcp协议进程
1.主机播送dhcp发现报文:找到网络中的效能器，效能器获得主机ip地址
2.dhcp效能器播送dhcp供给报文:效能器拟分配给主机一个ip地址及有关装备，先到先得。
3.主机播送dhcp恳求报文:主机向效能器恳求供给ip地址
4.dhcp效能器播送dhcp招认报文:正式将ip地址分配给主机。
tcp/ip协议栈
icpmp协议:撑持主机或路由器过失陈述、网络探问
发送特定icmp报文
icmp过失陈述报文
1.结束不可以达:当路由器或主机不能交给数据报时就向原点发送结束不可以达报文（无法交给）
2.源点抑制:当路由器或主机因为拥塞而丢掉数据报时，就向原点发送源点抑制报文，使源点晓得应当把数据报的发送速率怠慢。（拥塞丢数据）
3.时刻跨越:当路由器收到生计时刻ttl=0的数据报时，除了丢掉该数据报外，还要向源点发送时刻跨越报文。当结束在预先规则的时刻内不能收到一个数据报的悉数数据片时，就把已收到的数据报片都丢掉，并向源点发送时刻跨越报文
4.参数疑问:当路由器或意图主机收到的数据报首部中有的字段值不正确时就丢掉该数据报，并向原点发送参数疑问报文。
5.改动路由（重定向）:路由器把改动路由报文发送给主机，让主机晓得下次应将数据报发送给另外的路由器（可经过非常好的路由）
不该发送icmp过失报文的情况
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对icmp过失陈述报文不再发送icmp过失陈述报文
对第一个分片的数据报片的一切后续数据报片都不发送icmp过失陈述报文
对具有组播地址的数据报都不发送icmp过失陈述报文
对具有特别地址（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送icmp过失陈述报文
icmp问询报文
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回送恳求和答复报文:主机或路由器向特定意图主机宣告的问询，收到此报文的主机有必要给源主机或路由器发送icmp回送答复报文。查验意图站是不是可达以及晓得其有关状况
时刻戳恳求和答复报文:请某个主机或路由器答复其时的日期和时刻，用来进行时钟同步和测量时刻
掩码地址恳求和答复报文
路由器问询和布告报文
icmp使用
ping:查验俩个主机之间连通性，运用icmp回送恳求和答复报文
traceroute:跟踪一个分组从源点到结束的途径，运用了icmp时刻跨越过失陈述报文
igmp协议与组播路由选择协议
网际组打点协议igmp:让路由器晓得本局域网上是不是有主机（的进程）参加或退出了某个组播组。
icmp和igmp都是用ip数据报传递报文
igmp作业的俩个期间
1.某主机要加如组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个igmp报文，声称主机要变成该构成员。本地组播路由器收到igmp报文后，要使用组播路由协议把这构成员联络发给因特网上的其他组播路由器。
2.本地组播路由器周期性探问本地局域网上的主机，以便晓得这些主机是不是仍是组播构成员。
只需有一个主机对某个组呼应，那么组播路由器就认为这个组是活泼的:假定经过几回探问后没有一个主机呼应，组播路由器就认为本网络上没有此组播组的主机，因而就不再把这组的成员联络发给其他的组播路由器。
组播路由器晓得的成员联络只是联接的局域网中有无组播构成员。
组播路由选择协议
意图:找出以源主机为根节点的组播转发树
规划树可以避免再路由器之间兜圈子。
对不一样的多播组对应于不一样的多播转发树，同一个多播组，对不一样的源点也会有不一样的多播转发树。
三种算法
根据链路状况的路由选择
根据间隔-向量的路由选择
协议无关的组播（稀少/密布）
ipv6
改进首部格局。
功用:快速处置、转发数据报，撑持qos
与ipv4的差异
1.将地址从32位（4b）扩展到128位（16b），更大的地址空间
2.ipv6将校验和字段完全移除，以削减每跳的处置时刻
3.将可选字段移出首部，变成拓宽首部，变成活络的首部款式，路由器一般不对拓宽首部查看，大大前进路由器处置功率
4.即插即用（主动装备），不需要dhcp协议
5.ipv6首部长度有必要是8b整数倍，ipv4首部是4b整数倍（1总8片首4）
6.只能再主机处置片。ipv4可以在路由器和主机处置片
7.icmpv6:附加报文类型”分组过大“
8.撑持本钱预分配，撑持实时视像等需求，保证必定带宽和时延使用
9.撤消了协议字段，改成下一个首部字段
10.撤消了总长度字段，改用有用载荷长度字段
11.撤消了效能类型字段
地址标明方法
根柢地址类型
单播:一对一通讯，可做源地址+意图地址
多播:一对多通讯，可做意图地址
任播:一对多中的一个通讯，该地址可做意图地址
ipv6向ipv4过渡
双栈协议:在一台设备上一起启用ipv4协议栈和ipv6协议栈。路由器:不一样接口上别离装备俩种田址，并很有可以联接了俩种网络。核算机:一起也有俩种田址，并具有一起处置这俩个协议地址的功用。
地道技能:经过运用互联网络的基础设备在网络之间传递数据的方法，运用地道传递的数据（或负载）可所以不一样协议的数据帧或包。地道协议将其它协议的数据帧或包从头封装然后经过地道发送。
ip数据报的三种传输方法
1.单播:用于发送数据包到单个意图地，且每发送一份单薄报 运用一个单播ip地址作为意图地址。是一种点对点的传输方法。
2.播送:指发送数据包到同一播送域或子网内一切设备的一种数据传输方法，是一种点对多点传输方法。
3.组播（多播）:当网络中的某些用户需要特定数据时，组播数据发送者仅发送一次数据，凭仗组播路由协议为组播数据包树立组播分发树，被传递的数据抵达间隔用户端尽可以近的节点后才初步仿制和分发，是一点对多点的传输方法
ip组播地址
ip组播地址让原设备可以将分组发送给一组设备。归于多播组的设备将被分配一个组播组ip地址（一群一起需要主机的相同标识）
组播地址规模为224.0.0.0~239.255.255.255（d类地址），一个d类地址标识一个组播组。ip组播地址只能用作分组的方针地址。源地址老是为单播地址。
1.组播数据报也是“尽最大尽力交给“，不供给可靠交给，使用于udp
2.对组播数据报不发生icmp过失报文
3.并非一切d类地址都可以作为组播地址
硬件组播
跟单播地址类似，组播ip地址也需要相应组播mac地址在本地网络中实践传送帧。组播mac地址以十六进制值01-00-5e最初，余下的6个十六进制位是根据ip组播组地址的最终23位转移得到的
移动ip
移动ip技能是移动结点（核算机/效能器）以固定的网络ip地址，完成跨过不一样网段的周游功用，并保证了根据网络ip的网络权限在周游进程中不发生任何改动。
移动结点:具有耐久ip地址的移动设备
归属署理（本地署理）:一个移动结点具有的就”居所“称为归属网络，在归属网络中代表移动结点实施移动打点功用的实体叫做归属署理。
外部署理（外地署理）:在外部网络中协助移动结点结束移动打点功用的实体称为外部署理。
耐久地址（归属地址/主地址）:移动站点在归属网络中的初始地址。
转交地址（辅地址）:移动站点在外部网络运用的暂时地址。
路由器:路由选择，分组转发
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用核算机，其使命是转发分组。
根据所选定的路由选择协议规划将来由表，一起常常或守时地和相邻路由器交流路由信息而不断地更新和维护路由表。
交流规划:根据转宣告（路由表得来）对分组进行转发。
若收到rip/ospf分组等，则把分组送往路由选择处置机；若收到数据分组，则查找转宣告并输出。
若路由器处置分组的速率赶不上分组进入行列的速率，则行列的存储空间究竟必定削减到零，这就是后边再进入行列的分组因为没有存储空间只能被丢掉。
路由器中的输入或输出行列发生溢出是构成分组丢掉的重要缘由。
路由器、网桥、集线器
路由器:作为存储转发设备，可以互联俩个不一样网络层协议的网段
网桥:作为链路层设备可以互联俩和物理层和链路层不一样的网段
集线器:不能互联俩个物理层不一样的网段。
路由表与路由转发
路由表根据路由选择算法得出，首要用处是路由选择，总用软件完成。
转宣告由路由表得来，可以用软件完成，也可以用特别硬件完成，转宣告有必要包括结束转发功用所有必要的信息，在转宣告的每一行有必要包括从要抵达的意图网络到输出端口和某些mac地址信息的映射。