计算机网络——网络层-程序员宅基地

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网络层

网络层的作用

网络层（单位—分组/数据报/包）负责为分组交换网上的不同主机提供通信服务，在发送数据时，网络层把运输层产生的报文段或用户数据报封装成分组或包进行传送

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报(分组)服务，不提供服务质量的承诺

网际协议IP

  • ARP地址解析协议：根据IP地址获取物理地址
  • RARP反地址解析协议（淘汰了）：根据物理地址获取IP地址
  • ICMP网际控制报文协议：通过ICMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息
  • IGMP网际组管理协议：是用于管理网路协议多播组成员的一种通信协议，IP主机和相邻的路由器利用IGMP来创建多播组的组成员，组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费

IP地址

  • IP地址的概念

    IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异

  • IP地址的组成

    一个IP地址由4个字节，32位组成，一般用点分十进制的方式表现

    IP地址是由主机号（host ID）与网络号（net ID）两部分组成的
    【IP地址中的网络地址和主机地址分别是什么意思】— 可以参考

    • 主机号/主机地址：标识某一台设备的地址
    • 网络号/网络地址：标识某一个网段的地址
    • 子网掩码：它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分

  • IP地址的分类

    在这里插入图片描述

    IP地址类型 地址表示范围 缺省（默认）子网掩码 网络位n与主机位h
    A类地址 1.0.0.1-127.255.255.255 255.0.0.0 0nnnnnnn.hhhhhhhh.hhhhhhhh.hhhhhhhh
    B类地址 128.0.0.1-191.255.255.255 255.255.0.0 10nnnnnn.nnnnnnnn.hhhhhhhh.hhhhhhhh
    C类地址 192.0.0.1-223.255.255.255 255.255.255.0 110nnnnn.nnnnnnnn.nnnnnnnn.hhhhhhhh

  • IP地址和MAC地址的区别

    1. IP地址是一个逻辑地址，MAC地址是物理地址
    2. MAC地址是唯一的但是IP地址不是唯一的
    3. MAC地址主要是工作在数据链路层，IP地址在网络层
    4. MAC地址是48位，IP地址一般是32位(v6是128位)
    5. IP地址的分配取决于网络拓扑，MAC地址分配取决于制造商

  • IPv6

    因为IPv4地址满足不了需求，出现匮乏的情况，所以诞生了IPv6地址继续使用，v6地址由128位，16个字节组成，一般表现形式为十六进制

子网划分

IP子网划分实际上就是设计子网掩码的过程。由于在五类的IP地址中，网络号与主机号的的位数并不一致，就造成了要么是网络号太多，要么是主机号太多。为了解决这些问题，就需要划分子网。将一个网络划分为子网：采用借位的方式，从主机位最高位开始借位变为新的子网位，所剩余的部分则仍为主机位

子网划分的原理与理解应用

网络层的路由

  • 概念

    路由(routing)是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程。路由是指导报文转发的路径信息，通过路由可以以确认转发IP报文的路径（路由是网络层最主要的工作任务）

  • 路由器

    路由器是网络层的基本设备，是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组

  • 路由表

    一个端口代表一个网段，路由器中存放着通往各个网段的表格，叫做路由表，是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格(文件)或类数据库。路由表存储着指向特定网络地址的路径

  • 网关

    网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连

  • 路由的配置方式

    • 静态路由

      • 静态路由：由管理员手工配置、配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单稳定的小型网络
      • 缺省路由：是一种特殊的路由，当报文没有在路由表中找到匹配的具体表项时才能使用的路由

    • 动态路由

      • 动态路由：通过动志路由协议来实现不同网段的路由互通

      • 动态路由协议

        动志路由协议由自己的路由算法，能够自动适应网络拓扑的变化，适用于具有一定数量的三层设备的网络

        1. 内部网关协议RIP（路由信息协议）

          基于矢量(跳数)的动态路由协议
          适用于中小规模的网络拓扑，最大跳数为15

        2. 内部网关协议OSPF（开放式最短路径优先）

          基于链路状态的协议
          使用SPF算法，计算最短路径

        3. 外部网关协议BGP（边界网关协议）

          自治系统间的路由协议

        RIP和OSPF的区别

        1. .RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态
        2. RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络
          治系统间的路由协议

        RIP和OSPF的区别

        1. .RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态
        2. RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络
        3. OSPF的收敛速度比RIP的更加迅速
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