计算机网络–网络层

• 计算机网络–概述
• 计算机网络–物理层
• 计算机网络–数据链路层
• 计算机网络–网络层
• 计算机网络–运输层
• 计算机网络–应用层

1. 网际IP协议

1.1 IP协议配套使用的协议：

• 地址解析协议ARP(Address Resolution Portocol)
• 网际控制报文协议CGMP(Internet Control Message Protocol)
• 网际组管理协议ICMP(Internet Group Management Protocol)

1.2 IP网的概念

1.3 分组在互联网的传送

1.4 分类的IP地址

分类IP地址已经称为历史，目前广泛使用无分类IP地址进行路由选择。

1.5 IP地址和硬件地址

跨网IP地址和硬件地址

1.6 地址解析协议ARP

1.7 IP数据报

1.8 IP层转发分组

2. 划分子网和构造超网

为什么要进行子网划分？

• IP地址利用率低
• 路由表太大
• 两级IP不够灵活

2.1 子网划分

2.2 子网掩码

三类地址的默认子网掩码

2.3 使用分子网时分组的转发

2.4 无分类编址CIDR（构造超网）

• 采用无分类编址采用斜线记法，例如

地址块划分举例

• 采用最长前缀匹配方法
  当匹配结果不止一个时，选择具有最长网络前缀的路由

• 使用二叉线索查表路由表
  为了加速查找
  

3. 网际控制报文协议ICMP

3.1 报文格式

3.2 报文种类

• ICMP差错报告报文
• ICMP询问报文

3.3 应用举例

1. ping
源主机向目的主机发送ICMP回送请求报文，目的主机收到之后返回ICMP回送回答报文

2. traceroute/tracert
源主机向目的主机发送一连串IP数据报（无法交付的UDP用户数据报）：

• 第一个数据报P1生存时间TTL设置为1，第一个路由器R1收到后，将P1的TTL减1，为0，想源主机发送ICMP时间超过报文；
• 第二个数据报P2的TTL值为2，经过第二个路由器R2处理后，TTL值也为0，也返回同样的超时报文；
• 最后一个数据报到达目的主机，主机不再转发。由于该数据报为无法交付的UDP用户数据报，所以目的主机向源主机发送ICMP终点不可达的差错报告报文。

4. 互联网路由选择协议

整个互联网划分为许多较小的自治系统(autonomous system, AS)，采用分层次的路由选择协议：

• 内部网管协议IGP：如RIP和OSPF
• 内部网管协议EGP：如BGP-4

4.1 内部网关协议RIP

4.1.1 RIP的特点

• RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议
• RIP协议仅和相邻的路由器交换信息
• RIP报文格式

4.1.2 RIP的优点和缺点

优点：实现简单、开销小
缺点：适用于小规模的网络；好消息传播得快，坏消息传播得慢

4.2 内部网关协议OSPF

与RIP的不同点

• OSPF向本自治系统所有路由器发送信息
• 内容为本路由器与所有路由器的链路状态
• 只有当链路状态发生变化时才执行第一步
• 每个路由器都有一张全网的拓扑结构图
• 当网络较大时，划分区域

OSPF不用UDP，而是直接使用IP协议数据报

4.3 外部网关协议BGP

边界网关协议BGP只能力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由，并非要选择一条最佳路由。每个AS有一个BGP发言人，与其他网络的BGP发言人建立TCP连接交换路由信息。

当前的互联网是多级结构，这决定了BGP路由选择协议的特点

BGP报文

4.4 路由器的构成

路由器是一种具有多输入输出端口的专用计算机，其任务是转发分组，工作在网络层。

4.4 IP多播

多播实现一对多的数据分发，可大大节省网络资源。

IP多播需要两种协议：

• 本地网络是否参加参加多播：IGMP协议
• 多播路由选择协议：尚未形成标准