计算机网络【第四章-网络层】

①版本：IPv4 or IPv6

②首部长度：单位是4字节，最小为5

③区分服务：期望获得哪种类型的服务

④总长度：单位是1字节

⑤标识：同一数据报的分片使用同一标识

⑥标志：只有2位有意义

中间位DF（Don't Fragment）DF=1禁止分片

最低位MF（More Fragment）MF=1代表后面还有分片

⑦片偏移：某分片在原分组中的相对位置，单位为8字节

⑧生存时间：IP分组的保质期，经过一个路由器减一，变0则丢弃

⑨协议：数据部分的协议（TCP字段值：6、UDP字段值：17）

⑩首部检验和：用于检验首部

⑪可选字段：用来排错测量

⑫填充：全0，把首部补成4字节的整数倍

3、三个协议

1、ARP协议

背景：在实际网络链路上传送数据时，必须使用MAC地址（物理地址）

概述：ARP协议解决IP地址到MAC地址的映射

过程：检查ARP高速缓存，有对应MAC地址则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求，目的主机收到请求后向源主机单播ARP响应，源主机收到后将此映射写入ARP缓存

2、DHCP协议（动态主机配置协议）

作用：动态分配IP地址

概述：应用层协议，使用客户、服务器方式，客户端和服务端通过广播交互，基于UDP

过程：

主机广播DHCP发现报文（有吗？）

服务器广播DHCP提供报文（有）

主机广播DHCP请求报文（给我吧）

DHCP服务器广播DHCP确认报文（好的）

3、ICMP协议（网际控制报文协议）

作用：检测网络连通性、传输错误，发送特定ICMP报文

分类：

ICMP差错报文

终点不可达：不能交付数据报时，向源点发送报文

时间超过：路由器收到生存时间为零的数据报时，丢弃，向源点发送报文，终点在规定时间内不能收到全部数据报片时，把已收到的丢弃，向源点发送报文

参数问题：当数据报的首部出错时，丢弃，向源点发送报文

改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发送给主机

ICMP询问报文

回送请求和回答报文：测试目的站是否可达（应用：PING）

时间戳请求和回答报文：进行时钟同步和测量时间

4、IPv4分组

1、IP地址

定义：唯一的32位/4字节标识，标识路由器主机的接口

构成：网络号+主机号

💡点分十进制：把一字节的二进制数转为十进制，并用"."分隔，IP地址转换为"x.x.x.x"

2、分类的IP地址

3、特殊IP地址

4、私有IP地址

5、网络层编址

1、子网划分和子网掩码

子网划分：将主机号的一部分划分为子网号

子网掩码：划分IP地址的网络部分（网络号和子网号，全1）和主机部分（全0）

用法：子网掩码与目的IP地址逐位相与，得到目的子网地址

2、无分类编址CIDR

编址方式：可变长网络前缀+主机号（网络前缀相同的地址组成地址块）

形式："x.x.x.x/网络前缀位数"

构成超网：多个网络地址取交集

最长前缀匹配：目的地址和目的网络掩码按位与，正确且前缀最长的为下一跳

6、网络地址转换NAT

在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，它至少有一个外部全球IP地址
专用网中的所有主机公用NAT路由器的IP地址

7、IPv6

①流标签：用于区分不同流的数据报

②跳数限制：相当于IPv4的生存时间
💡v4与v6对比：

①v6是++++16字节++++，v4是4字节

②v6将可选字段移出首部变为++++扩展首部++++

③v6支持地址++++自动分配++++，不需要DHCP

④v6首部长度是++++8B的整数倍++++，v4首部是4B的整数倍

⑤v6++++只能在主机处分片++++，v4可以在路由器和主机处分片

1、IPV6地址表示形式

①一般形式（冒号十六进制记法）：4BF5:AA12:0216:FEBC:BA5F:039A:BE9A:2170

②压缩形式：

普通压缩：一组全零用一个零替代，一组以零开始，省略零

零压缩：连续的几组全零用一对冒号取代，在一个地址中仅可出现一次

2、IPV6基本地址类型

①单播：一对一通信，可做源/目的地址

②多播：一对多通信，可做目的地址

③任播：一对多中的一个通信，可做目的地址

3、IPV6向IPv4过渡的策略

①双栈协议：同时用IPv4和IPv6

②隧道技术：将其它协议的数据包++++重新封装++++后发送

8、移动IP

二、路由选择

1、路由选择算法

2、路由选择协议（层次路由）

1、内部网关协议IGP

1、RIP协议

①要求每个路由器维护它自己到每个网络的唯一最佳距离记录

②距离通常为跳数，到目的网络路上的路由器+1、目的网络+1

③一条路最多有15个路由器，距离为16表示网络不可达

④只适用于小互联网

⑤每30秒和相邻路由器交换自己的路由表

💡通过广播UDP报文交换路由信息

2、OSPF协议（开放最短路径优先协议）

①链路状态变化时，和所有路由器交换自己与相邻的所有路由器的链路状态

②只适用于大互联网

③更新速度快

💡采用IP交换信息

2、外部网关协议EGP

BGP协议

①变化时，与相邻AS（自治系统）的BGP发言人交换网络可达性的信息（到达某网络要经过的一系列AS）

②后续发生变化时只更新有变化的部分

💡采用TCP交换信息

3、IP组播

组播定义：发送者发一次，数据到达距离用户尽可能近的节点后开始复制和分发