计网（网络层）

4.1 网络层的几个重要概念
- 4.1.1 网络层提供的两种服务
  
  1、网络层要设计得尽量简单，向其上层只提供简单的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
  
  IP数据报和IP分组是同义词
  
  2、虚电路服务与数据报服务的对比

4.1.2 网络层的两个层面

1、在路由器之间传送的信息主要有两类：

①转发源主机和目的主机之间所传送的数据：把源主机所转发的分组，从一个路由器传送到另一个路由器，最后把分组传送到目的主机

②传送路由信息：根据路由选择协议所使用的路由算法，彼此不断地交换路由信息分组，目的是为了在路由器中创建路由表，并由此导出为转发分组而用的转发表。这一类信息的传送是为第一类数据的传送服务的。

2、网络层的数据层面和控制层面
- 数据层面【独立】：为了加快速率，现在的路由器通常都采用硬件进行转发。
- 控制层面【协同动作】：一个路由器不可能独自创建出路由表。路由器必须和相邻的路由器经常交换路由信息，然后才能创建出本路由器的路由表。
4.2 网际协议IP

1、与协议IP配套使用的三个协议：

①地址解析协议AEP(Address Resolution Protocol)

②网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）

③网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)
- 网际协议IP及其配套协议

4.2.1 虚拟互联网络

1、将网络层互联所需要的中间设备：

①物理层使用的中间设备是转发器（repeater）

②数据链路层：网桥/桥接器（bridge）+ 交换机（switch）

③网络层：路由器（router）【可能也会叫网关，版本叫法】

④网络层以上：网关（gateway）。用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。

2、互联网可以由多种异构互联组成
4.2.2 IP地址

路由器和主机都有IP地址
- 1、IP地址及其表示方法
  
  ①IP地址就使给连接到互联网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口，分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。
  
  ②给每个主机（或路由器）的接口分配一个IP地址，其含义就是这个IP地址不但标志了这个主机（或路由器），而且还标志了此接口所连接的网络。
  
  ③32位的IP地址 = 网络号字段【在整个互联网范围内是唯一的】 + 主机号字段【在所连接的网络中是唯一的】。
  
  ④IP地址指明了连接到某个网络上的一个主机（或路由器）。
- 2、分类的IP地址
- 3、无分类编址CIDR------无分类域间路由选择CIDR
  
  （1）网络前缀【网络号称为网络前缀】
  - CIDR使用"斜线记法"，在IP地址后面加上斜线"/"，斜线后面是网络前缀所占的位数。
  （2）地址块CIDR把网络前缀相同的所有连续的IP地址组成一个"CIDR地址块"。我们只要知道CIRD地址块中的任何一个地址，我们就可以知道这个地址块的起始地址和最大地址。
（3）地址掩码
- 地址掩码是由一连串1和接着的一连串0组成，而1的个数就是网络前缀的长度。地址掩码又称为子网掩码。在CIDR记法中，斜线后面的数字就使地址掩码中1的个数。
- A类网络，地址掩码为255.0.0.0或255.0.0.0/8
- B类网络，地址掩码为255.255.0.0或255.255.0.0/16
- C类网络，地址掩码为255.255.255.0或255.255.255.0/24
- 把二进制的IP地址与地址掩码进行按位与运算，即可得出网络地址。
eg：IP地址128.14.35.7/20所在的网络网址是128.14.32.0/20

（4）CIDR地址中三个特殊的地址块
- 一个大的CIDR地址中往往包含很多小地址块，所以在路由转发表中就利用较大的一个CIDR地址块来替代许多较小的地址块。这种方法称为路由聚合。
- 网络前缀越短的地址块所包含的地址数就越多。
- 4、IP地址的特点
- 同一个局域网上的主机或路由器的IP地址中的网络前缀必须是相同的，即必须具有同样的网络号。
- 以太网交换机是数据链路层设备，只有MAC地址。
- 路由器具有两个或两个以上的IP地址。即路由器每个接口的IP地址的网络前缀都不相同。
4.2.3 IP地址与MAC地址

1、MAC地址=硬件地址=物理地址，已经固化在网卡上的ROM中

2、MAC地址是数据链路层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址【用软件实现】。

3、IP地址与MAC地址的区别
- IP地址放在IP数据报的首部，而MAC地址则放在MAC帧的首部。
4、从H1到H2运输通信
- 数据报中经过的两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。
- 虽然在IP数据报首部有源站IP地址，但路由器只根据目的站的IP地址进行转发。
- 在局域网的链路层，只能看见MAC帧。
4.2.4 地址解析协议ARP

1、ARP：已知一个机器（主机或路由器）的IP地址，需要找出其相应的MAC地址。

2、ARP：在主机的ARP高速缓存中存放一个从IP地址到MAC地址的映射表，并且这个映射表经常动态更新。

3、地址解析协议ARP的工作原理
- ARP在本局域网上广播发送一个ARP请求分组。虽然ARP请求是广播发送的，但是ARP响应分组是普通的单播，即从一个源地址到一个目的地址。
- 主机A收到主机B的ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机B的IP地址和MAC地址。
- 当B收到A的ARP请求分组时，就把主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中。
- ARP对保存在告诉缓存中的每一个映射地址项目都设有生存时间。凡超过生存时间的项目，就从高速缓存中删除。
4、当源主机和目的主机不在同一个局域网上：

5、