两种服务之争

路由器在网络层、数据链路层、物理层

网际协议IP

IP解决了异构网络互联问题

网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。

#网络层四个协议

·网际协议IP ( Internet Protocol)

·地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)

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

·网际组管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol)

网际协议屏蔽了异构网络间的差异

IP 地址由互联网名字与号码指派公司ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配

三个阶段

·1981年：分类的IP地址。这是最基本的编址方法

· 1985年：划分子网。这是对最基本的编址方法的改进

·1993年：构成超网。这是比较新的无分类编址方法，提出后很快就得到推广应用

两级的 IP 地址可以记为IP 地址 = { , }

分类的IP地址（1981）

分类的IP地址是1981年制定的IP地址划分方式

由于32位二进制太长不容易记住，一般8位一组使用十进制

划分子网（1985）

早期的IP地址设计生硬，导致IP地址利用率较低，1985年，IP 地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级的 IP 地址变成为三级的 IP 地址

IP地址 ::= {, , }

网络地址的求法（与运算）：

无分类编址CIDR(1993)

CIDR是目前IPv4实际使用的编址方法

IP地址::= {, }

CIDR使用斜线记法表示网络前缀的位数，如128.14.32.0/20 表示的地址块共包含 2^12 个地址，斜线记法/20等同于掩码的前20位为1

注意：主机号全0和全1的地址作为网络号使用，不能分配给主机

网络地址转换NAT(1994)

·本地地址——仅在机构内部使用的 IP 地址，可以由本机构自行分配，而不需要向互联网的管理机构申请

·全球地址——全球唯一的IP地址，必须向互联网的管理机构申请

IPv6

最大改变是地址空间：32位—>128位

#格式

·16位二进制用一组十六进制值表示，各值之间用冒号分隔： 68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFF

·零压缩(zero compression)：一连串连续的零可以用一对冒号所取代。 FF05:0:0:0:0:0:0:B3 可以写成： FF05::B3

首部结构：

IP数据报的格式（IPV4）

分组在IP协议中以IP数据包(data packet)作为具体表现，由首部和数据两部分组成

·版本：指协议IP的版本（如IPV4）

·首部长度：首部的长度，知道数据从哪里开始

·区分服务：一般内网使用

·总长度：首部和数据之和

·标识：数据报的ID

·标志：占三位，但是目前只有两位有意义，MF（代表后面还有分片）和DF（代表不用分片）

·片偏移：指出某片在原分组里的相对位置，知道一个片从哪里开始，方便进行数据的组装合并

·生存时间TTL：随着时间增加减小，当等于0丢弃，防止无法交互的数据无限兜圈子

·协议：知道使用的协议

·首部校验和：检查错误

·可变部分：IP 首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容很丰富。选项字段的长度可变，从 1 个字节到 40 个字节不等，取决于所选择的项目。增加首部的可变部分是为了增加 IP 数据报的功能，但这同时也使得 IP 数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。事实上很少被用。

分片就是把同一个数据分为不同报文，如：

IP地址和MAC地址

·计算机和路由器使用IP地址完成跨网络通信

·落实到每一段链路上，任何IP通信最终都要归结到使用硬件地址一段段的进行数据链路层通信

·网络层只能看到IP地址，使用IP地址进行查表转发，在转发过程中，源IP地址和目的IP地址固定不变

·链路层只能看到MAC地址，在跨网络通信过程中，每段链路的源MAC地址和目的MAC地址均不相同

地址解析协议ARP

不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。 每一个主机都应通过一张映射表(ARP表)记录网络中各主机、路由器中IP和MAC地址的对应关系。

ARP解决的是同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题

分组转发

路由表中主要记录了：目的网络和其下一跳接口（如果使用IP地址来制作路由表，则所得出的路由表就会过于庞大。但若按主机所在的网络号来制作路由表，那么每一个路由器中的路由表就可以大大简化）

流程

直->特->普->默

(1) 从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。

(2) 若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。

(3) 若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。

(4) 若路由表中有到达网络 N 的普通路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。

(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。

(6) 报告转发分组出错。

路由选择协议

#静态路由与动态路由

·静态路由由人工配置

·动态路由由路由器定期进行自主通信，互相交换信息，利用这些信息形成路由表项

面对复杂的大问题的解决思路：把大的网络分解成许多小的自治系统AS(Autonomous System)

自治系统 AS 的定义：在内部统一管理下的一组路由器，这些路由器使用统一的路由技术和规则

内部网关协议 IGP (Interior Gateway Protocol)

在一个自治系统内部使用的路由选择协议

RIP协议

RIP协议将Internet抽象为图模型，路由器到直连网络的距离定义为1，从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1。

RIP协议中的“距离”也称为“跳数”(hop count)，因为每经过一个路由器，跳数就加 1

RIP 认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。

RIP 的设计年代比较早，只适用于小型互联网。

RIP 允许一条路径最多只能包含 15 个路由器。

“距离”的最大值为16，距离16即相当于不可达。

#RIP 协议的三个运行要点

·仅和相邻路由器交换信息

·交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息——自己的路由表

·按固定的时间间隔交换路由信息(默认每隔30秒)

RIP采用距离向量算法

#RIP 协议的优缺点

·优点：实现简单，在小型AS中开销较小

· 问题1：故障信息传播慢，当网络出现故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器(不能够主动传播故障信息)

· 问题2：开销随网络规模而增加，路由器之间交换的路由信息是路由器中的完整路由表，因而随着网络规模的扩大，开销也就增加

· 问题3：网络的规模受限，它能使用的最大距离为 15（16 表示不可达）

OSPF协议

#OSPF(开放最短路径优先)协议的基本特点

· “开放”表明 OSPF 协议不受某一家厂商控制，而是公开发表的

· “最短路径优先”是因为使用了 Dijkstra 提出的最短路径(单源最短路径)算法SPF

当链路状态变化，路由器立刻采用”洪泛法“向全部节点发送信息

链路状态数据库(link-state database) ：由于各路由器之间频繁交换链路状态信息，因此所有路由器最终都能建立一个包含所有链路状态的数据库

为了使 OSPF 能够用于规模很大的网络，OSPF还可以将自治系统再划分为若干个更小的范围，叫作区域

划分区域的好处就是将利用洪泛法交换链路状态信息的范围局限于每一个区域而不是整个的自治系统，这就减少了整个网络上的通信量。 在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑的情况。 OSPF 使用层次结构的区域划分。在上层的区域叫作主干区域(backbone area)。主干区域的标识符规定为0.0.0.0。主干区域的作用是用来连通其他在下层的区域。

#OSPF 的优点

·适用于较大规模的网络：由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF 协议要比距离向量协议 RIP 好得多

· 故障能较快通知到全网：OSPF 没有“坏消息传播得慢”的问题，据统计，其响应网络变化的时间小于 100ms

外部网关协议 EGP (External Gateway Protocol)

不同自治系统的边界路由之间需要达成的协议，负责边界路由之间的路由选择

BGP-4协议

BGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。该协议力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由（是否允许通过自治系统需要经过管理者同意）.每一个自治系统的管理员要选择至少一个路由器作为该自治系统的“BGP 发言人” 。

网络层习题（大题）

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网络层习题（选择）

在Internet中,路由器可连接多个物理网络,此时的路由器(有多个IP地址,每个IP地址与各相连的物理网中具有相同网络号,并占用一个主机号)

VLAN是在(交换机)上划分的

一个VLAN可以看作是一个(广播域)

网络层协议数据单元名称为(数据报(Packet))

互联网的网络层提供的是(无连接不可靠的数据报服务)

路由器进行转发决策时使用的地址是分组中的(目的IP地址)

路由器中时刻维持着一张表,所有报文的发送和转发都通过查找这张表从相应端口发送。这个表是(路由表)

路由汇聚计算方法：路由汇聚的计算方式_路由聚合怎么算-CSDN博客