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网络层：

任务实现网络互联，实现数据包在各网络之间的传输。

问题：

向运输层提供可靠？不可靠传输服务？网际层IP协议向上提供不可靠传输服务。

网络层寻址问题。(怎么分配ip地址）

路由选择问题。（路径要短）依据数据包中的目的地址以及路由器中的路由表。

如何得到路由表：静态路由（人工配置）/动态路由（根据协议）

概述：TCP/IP协议栈的核心是网际层的协议IP。除此之外，网际层还有ARP协议，ICMP（网际控制报文协议），IGMP（网际组管理协议）。数据单位在这一层被称为分组（Packets）

网络层提供的两种服务：

标准的交换机端口不会配置IP地址，除非是层3交换机中用于路由的端口。

IPV4地址：

IPV4地址就是给因特网上每一台主机（路由器）的每一个接口分配一个世界范围内唯一的32bit标识符。

表示方法：每八个bit采用点分十进制表示。

编址方法:分类编址，划分子网，无分类编址。

1，分类编址阶段：

分ABCDE五类地址，ABC可分配给主机/路由器各接口。（其中主机号全1为广播地址，全0为网络地址，不分配）。ABC类分别网络号占8，16，24位，主机号分别占24为，16位，8位。其首号分别为0，10，110；D,E类地址分别为多播地址以及保留地址，首号为1110，1111。

A类地址：网络号：最小网络号0，保留不指派，0，作为本地环回测试地址，不指派。主机号取1为最小本地环回测试地址127.0.0.1，主机号最低位0，其余位1，为最大本地环回测试地址127.255.255.254。

B类地址：网络号：最小10后14个全为0为最小网络号（当然后面的主机号都为0），可以分配。最大10后14个全为1为最大网络号，可以分配。

如何根据IP地址识别是哪一类？

小于127为A，128-191为B，192-223为C，0与127不能指派。网络地址全0全1不能指派。

2，划分子网的IP地址

如果能从IP地址的主机号借用一些位作为子网号来区分不同的子网。可以利用原有网络中剩余的大量IP地址。

计算机如何知道分类地址中主机号有多少位被用作子网号了？子网掩码 32bit

IPV4地址与其子网掩码相与即得到IPV4地址所在子网的网络地址。

默认子网掩码，A 255.0.0.0 B 255.255.0.0 C 255.255.255.0

3，无分类编址的IPV4地址

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CIDR无分类域间路由选择：消除了传统的A,B,C类地址，以及划分子网的概念。

CIDR能更有效分配IPV4地址空间，并且在新的IPV6使用之前允许因特网规模继续增长。

斜线记法 IPV4地址后面加斜线/，斜线后面写网络前缀所占的比特数。

将网络前缀都相同的连续IP地址组成一个”CIDR地址块”

知道CIDR地址块中任意地址，就可以知道地址块的最小，最大地址，地址数量，地址块聚合某类网（A,B,C）的数量，地址掩码（子网掩码）。

为什么要聚合C类网？因为C类网络地址太少，用的人少。

路由聚合，找多个网络的共同前缀，在路由表中多条合并为一条。

路由器查找表转发分组的时候发现多条路由可选，一般选网络前缀最长的匹配那条，这成为最长前缀匹配原则，因为这样的更具体。

IPV4地址的应用规划：

给定一个大地址块，划分小地址块给不同网络：

分为：定长的子网掩码（浪费多），变长的子网掩码（浪费少）CIDR。

IP数据报的发送与转发过程：

包含：主机发送IP数据报，路由器转发IP数据报。

直接交付与间接交付：同一网络主机之间的通信，不同网络之间主机之间的通信需要路由器中转。发送过程，将目的主机IP地址与本主机的子网掩码相与，与本主机网络地址不相同，即为别的网络的地址。

如何知道哪个地址为路由器呢？每个网络主机都要被指定一个路由器接口为默认网关。

路由器检查IP数据报首部是否有错，有错则丢弃并通告源主机，若没错，则查找路由表有无匹配条目，有则转发给下一跳，无则丢弃IP数据报并通告源主机。

路由表：暂时只有直连网络条目：

查询过程：将目的主机IP地址与地址掩码相与得到目的网络，然后查找表。对于IP广播地址，路由器是隔离广播域的。防止广播风暴。

静态路由配置以及可能产生的环路问题：

静态路由配置：管理员人工配置路由表，不能适应网络变化，小规模网络使用。

有可能导致路由环路，在路由表中，分为直连、静态（手工配），因为本路由器并不知道下一个路由器的接口们对应的网络。

下一跳（Next Hop）：

指的是在数据包从源主机发送到目的主机的过程中，数据包要达到指定目标前，应该被送往的下一个设备（通常是路由器或网关）的地址。

这里的下一跳是相对于本设备的下一跳（接口/路由器接口）。默认路由下一跳就是查不到表之后默认发给的接口。特定主机路由：用于网络测试。下一跳：有网络则本接口号，有下一个设备则对应下一个设备的接口号。聚合网络：两个网络地址共同前缀部分组合成新的地址。直连是路由器自动得出的。

针对环路的不同情况，设定生存时间TTL，黑洞路由等等。

路由选择协议：

静态：由人工配置网络路由，默认路由，特定主机路由，黑洞路由。。

开销小，不适应变化。（小规模网络采用）

动态：路由器根据路由选择协议自动获取路由信息。

负杂，开销大，适应变化。（大规模网络）

因特网：自适应：动态路由与选择，分布式：路由器之间交换路由信息完成信息更新，分层次：将整个网络划分成小的自治系统（AS）。

路由器：路由部分（内部有表）与信号转发部分，路由表需要对网络拓扑变换最优化，转发表从路由表得出，需要使查找过程最优化。路由选择处理机除了接收收到的路由报文，还会周期性发送自己知道的路由信息。

路由信息协议RIP基本工作原理:（内部网关协议）距离型：AS内每一个路由器维护从它自己到AS内每一个网络的距离记录。称为距离向量（D-V）。用跳数衡量到目的网络的距离。封装在UDP协议

存在坏消息传的慢的问题，距离无穷计数问题。

开放最短路径优先OSPF：封装在IP协议

邻居表长这样：

过程：每个路由器都会产生状态通告（LSA），包含直连net的链路状态信息，以及邻居路由器的链路状态信息。被封装在链路状态更新分组（LSU），洪泛法发送，见者转发，每个路由器一个数据库（LSDB）存储LSA。各路由器发送LSA的LSU分组，各路由器LSDB达到一致。基于LSDB进行最短路径优先SPF计算，就可构建到达其他路由的最短路径，构建路由表。（有权有向图）

多点接入网络的缓解：选举代表以及其备份（DR）/（BDR）。所有的非DR/BDR只与DR/BDR建立邻居关系。非DR/BDR之间无法交换信息，只能通过代表。

为了将OSPF用于更大网络，还可讲一个自治系统继续划分成区域。32bit区域标识符，点分十进制表示。主干区域用于连通其他区域必须为0.0.0.0，限制洪泛法的区域范围为一个区域。

区域内以及区域边界路由器。主干路由器。自治系统边界路由器。

边界网关协议（BGP）：自治系统之间的路由选择。

因为情况复杂，BGP的目的是力求找到一条能到达目的网路且比较好的路由（不能兜圈子），而不是**路由。

每个自治系统有至少一个BGP发言人，不同BGP发言人交换路由信息需要建立TCP连接，端口179，两个BGP发言人为对方的邻站/对等站。

交换的信息为网络可达性信息：到达某个网络需要经过的一系列自治系统。然后发言人从信息找到到达各自治系统的较好路由，构造树形不存在环路的连通图。

BGP-4有以下四种报文

OPEN(打开)报文:用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，使通信初始化。

UPDATE(更新)报文:用来通告某一路由的信息，以及列出要撤销的多条路由。

KEEPALIVE(保活)报文:用来周期性地证实邻站的连通性。

NOTIFICATION(通知)报文:用来发送检测到的差错。就第一次需要交换整个BGP路由表，之后只发送变化的部分。