计算机网络笔记---网络层

网络层

前言---IP地址：

（1）分类的IP地址::={<网络号>,<主机号>}

类别

网络号定值

网络号位数

网络号个数

主机号个数

起始

描述

A

0

8

-2

-2

1

单播

B

10

16

-1

-2

128.1

单播

C

110

24

-1

-2

192.0.1

单播

D

1110

null

 

 

224

多播

E

1111

null

 

 

240

保留

（2）划分子网IP地址::= {<网络号>,<子网号>,<主机号>}，引进了子网掩码

子网掩码中的1对应着原IP地址中的网络号和子网号，0对应主机号。

子网掩码与IP地址进行逐位的“与”运算就得到网络地址。

http://wenku.baidu.com/link?url=7x3NoWIWrsl-Lkck2jJrS1LNadaF21ids4gobcxK5T56St8YJ3eHc0vR2UZm4efZ86TokhZEJuchH-XfAvlo8uXChXRXu_JCeUouBkoJqIi

（3）无分类编址CIDR（构成超网）（暂略）

IP数据报：

配套协议：

    路由选择协议

            内部网关协议IGP

                 RIP（见博客《计算机网络笔记---网络层---内部网关协议RIP》）

                 OSPF（见博客《计算机网络笔记---网络层---内部网关协议OSPF》）

            外部网关协议EGP

                 BGP（见博客《计算机网络笔记---网络层---外部网关协议BGP》）

            路由器的构成

                       内容很简单，已省略，可看书学习或百度一下。

    ARP和RARP

            （见博客《计算机网络笔记---网络层---ARP》）

          （引入原因：IP地址和物理地址不存在简单的映射关系。）用来解决同一局域网内IP地址和物理地址的相互解析；RARP是由物理地址得到IP地址，ARP相反；RARP现在已经弃用，DHCP协议中包含了其功能，ARP解决问题的办法是在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常动态更新。

过程：

           （1） 主机1ARP进程在本局域网广播发送一个ARP请求分组M1（包含询问主机2硬件地址的信息和自己的IP地址到硬件地址的映射关系）。

           （2）本局域网上所有主机运行ARP进程都接收此ARP请求分组M1，记录主机1的映射关系，设置生存时间。主机2在ARP请求分组M1中见到自己的IP地址，就像主机1发送ARP响应分组M2（包含自己的硬件地址）。

           （3） 主机1收到主机2的响应分组M2后，就在ARP高速缓存中写入主机2的IP地址到硬件地址的映射，并设置生存时间。

    ICMP和IGMP

            （见博客《计算机网络笔记---网络层---ICMP》）

            ICMP

            （分为ICMP差错报告报文和ICMP询问报文）

            应用：

                 (1) PING使用了ICMP的回送请求与会送回答报文，PING是应用层直接使用网络层ICMP的一个例子。

                 (2) Traceroute(unix)/tarcert(windows)。本质是发送一连串封装着无法交付的UDP用户数据报的IP数据报。TTL的巧妙设置后依次减1到0进而发送ICMP时间超过差错报文，以此类推来达到目的。自己百度详细原理。

           IGMP

               暂时略

工作流程：

            IP层转发分组流程：暂时略

适应发展：

           VPN和NAT（见博客《计算机网络笔记---网络层---VPN和NAT》）

单播、多播、广播

提示

单播、多播和广播的区别

一．引言
1.有三种IP地址：单播地址，多播地址和广播地址。
2.广播和多播仅应用于UDP；TCP是一个面向连接的协议，它意味着分别运行于两主机(由IP地址确定)内的两进程（由端口号确定）间存在一条连接.
3.网络中的一条报文是如何传送到主机中的某一个进程的
1>主机网卡仅接收那些目的地址为网卡物理地址或广播地址的报文。（目前大多数的网卡经过配置都能接收目的地址为多播地址或某些子网多播地址的报文）。
2>网卡接收到报文后交付给IP层，IP层通过判断目的IP是否是本地IP地址或多播地址；如果是，则接收，否则丢弃。
3>IP层把接收到的报文传给传输层，传输层通过端口号把报文传给应用层的某一个进程。
二.单播，多播，广播
1.单播：主机之间“一对一”的通讯模式，网络中的交换机和路由器对数据只进行转发不进行复制。如果10个客户机需要相同的数据，则服务器需要逐一传送，重复10次相同的工作。但由于其能够针对每个客户的及时响应，所以现在的网页浏览全部都是采用IP单播协议。网络中的路由器和交换机根据其目标地址选择传输路径，将IP单播数据传送到其指定的目的地。
1>单播的优点：
Ø  服务器及时响应客户机的请求
Ø  服务器针对每个客户不通的请求发送不通的数据，容易实现个性化服务
2>单播的缺点：
Ø  服务器针对每个客户机发送数据流，服务器流量＝客户机数量×客户机流量；在客户数量大、每个客户机流量大的流媒体应用中服务器不堪重负。
Ø  现有的网络带宽是金字塔结构，城际省际主干带宽仅仅相当于其所有用户带宽之和的5％。如果全部使用单播协议，将造成网络主干不堪重负。现在的P2P应用就已经使主干经常阻塞，只要有5％的客户在全速使用网络，其他人就不要玩了。而将主干扩展20倍几乎是不可能。
2.广播：有时一个主机要向网上的所有其他主机发送帧，这就是广播。（常见的ARP协议就是利用的广播）。多播的目的物理MAC地址是：0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff.
1>广播的优点：
Ø  网络设备简单，维护简单，布网成本低廉
Ø  由于服务器不用向每个客户机单独发送数据，所以服务器流量负载极低。
2>广播的缺点：
Ø  无法针对每个客户的要求和时间及时提供个性化服务。
Ø  网络允许服务器提供数据的带宽有限，客户端的最大带宽＝服务总带宽。例如有线电视的客户端的线路支持100个频道（如果采用数字压缩技术，理论上可以提供500个频道），即使服务商有更大的财力配置更多的发送设备、改成光纤主干，也无法超过此极限。也就是说无法向众多客户提供更多样化、更加个性化的服务。
Ø  广播禁止在Internet宽带网上传输(防止引起广播风暴)
4.多播（组播）(multicast)处于单播和广播之间：帧仅传送给属于多播组的多个主机。                      
1>主机之间“一对一组”的通讯模式，也就是加入了同一个组的主机可以接受到此组内的所有数据，网络中的交换机和路由器只向有需求者复制并转发其所需数据。主机可以向路由器请求加入或退出某个组，网络中的路由器和交换机有选择的复制并传输数据，即只将组内数据传输给那些加入组的主机。这样既能一次将数据传输给多个有需要（加入组）的主机，又能保证不影响其他不需要（未加入组）的主机的其他通讯
2>组播的优点：
Ø  需要相同数据流的客户端加入相同的组共享一条数据流，节省了服务器的负载。具备广播所具备的优点。
Ø  由于组播协议是根据接受者的需要对数据流进行复制转发，所以服务端的服务总带宽不受客户接入端带宽的限制。IP协议允许有2亿6千多万个（268435456）组播，所以其提供的服务可以非常丰富。 
Ø  此协议和单播协议一样允许在Internet宽带网上传输。
3>组播的缺点：
Ø  与单播协议相比没有纠错机制，发生丢包错包后难以弥补，但可以通过一定的容错机制和QOS加以弥补。
Ø  现行网络虽然都支持组播的传输，但在客户认证、QOS等方面还需要完善，这些缺点在理论上都有成熟的解决方案，只是需要逐步推广应用到现存网络当中。

              

摘自《计算机网络》第5版，谢希仁，电子工业出版社