一、网络层功能

注释： 数据报和分组的关系：分组是一段比较长的数据，将它进行切割成一段段之后就得到数据报

功能一就是让数据在路由器之间走最佳的路径

功能二就是让不同的设备（手机，电脑，平板等）都能正常连接

功能三见图中解释 开环控制就是在拥塞之前就提前设计解决 闭环控制就是在拥塞时自动调整解决问题

1. 路由选择和分组转发

也就是网络层设备路由器本身的功能：

• 路由选择
• 分组转发

实现让数据在路由器之间走最佳的路径

2. 实现异构网互联

通过路由器可以把不同的网络连接起来形成一个大的互联网

3. 拥塞控制

拥塞控制要和流量控制区分开：

• 拥塞控制是全局性的问题，涉及到网络当中所有主机、路由器，以及导致网络传输能力下降的所有因素
• 流量控制解决就是因为发送方发送的太快，接收方来不及接收的问题

拥塞控制分为两种：

• 开环控制：是静态的，在网络开始之前就先把所有能产生拥塞的因素考虑大，预先控制
• 闭环控制：是动态的，预先不考虑，网络运行时自动调整实现拥塞控制

二、数据交换方式

数据交换的由来：

通过网络核心路由器可以实现远距离通信，将多种多样的异构网络互联；

那么如何使数据通过路由器从源主机到目的主机呢？具体的实现就需要数据交换技术

为什么需要数据交换？

• 减少链路条数和长度
• 减少单个交换设备的流量

为了解决以上问题，就利用交换设备互联形成交换网络，也是现在最常用的数据交换方式

1. 电路交换

特点：独占资源，只要建立了连接，就会占用那一部分链路资源

• 比如A和B打电话，即使两个人不说话，资源也被会两个人占用

优点：

1. 1.通信时延小：只要连接建立好，有数据就会通过交换设备发出去
2. 2.有序传输：建立好连接后，数据按序发送，按序接收

缺点：

1. 1.建立连接时间长
2. 2.线路独占，使用效率低
3. 3.灵活性差；如果一个设备宕机，则该链路崩溃，无法进行通信
4. 4.无差错控制能力；发送数据时，交换设备并不会对数据检错或者纠错，只是单纯的把数据转发出去

2. 报文交换

优点：

无需建立连接
存储转发，动态分配线路；不需要事先约定好一个路径，而是可以随机动态的分配线路，寻找一个最佳路径
线路的可靠性较高：如果其中一台交换设备出现了问题，可以从其他路径到目的主机
线路利用率很高：报文交换过程中，通信双方不是固定的占有一整条通信线路，而是在不同的时间一段一段的占用线路

缺点：

1. 1. 有存储转发时延
   2. 报文大小不定，需要网络节点有较大缓存空间

3. 分组交换

优点：

无需建立连接

存储转发，动态分配电路

线路可靠性较高：分组较短，出错几率减小

线路利用率高：报文交换过程中，通信双方不是固定的占有一整条通信线路，而是在不同的时间一段一段的占用线路

相对于报文交换，存储管理更容易：对交换设备的缓存大小要求低，因为分组大小很小

相对于报文交换方式，总共传输时延小，因为分组交换是一种并行转发分组的过程，而报文交换串行转发分组的过程

缺点：

1. 1. 有存储转发时延：每个交换设备都得把分组存起来再转发出去
   2. 需要额外的信息量：每个报文进行分组后，分组需要附加一些额外的信息，主要包括源地址、目的地址、报文编号等信息，最后再接受端拼合起来
   3. 乱序到达主机，要对分组排序重组

分组交换分为两种：

数据报方式

虚电路方式

对比

三种方式对比

三、路由算法和路由协议

1. 路由算法

路由算法的分类：

2. 路由选择协议
当今采用分层次的路由选择协议

原因：

因特网规模很大
许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议，但还想连入因特网
因此将因特网分为很多小的团体：自治系统AS

定义：在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定分组在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由。

一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管辖，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须连通。

自治系统内采用的协议对外界来说透明，而且可以使每个路由器的路由表不过与庞大

由此将路由选择协议分为了两种：

内部网关协议IGP：用于一个AS内使用的，例如：RIP、OSPF
外部网关协议EGP：用于AS之间使用，例如：BGP

1. RIP协议（应用层协议）

3. RIP协议特点

4. 距离向量算法

2. OSPF与链路状态算法

1. OSPF协议

OSPF的区域

4. OSPF分组

特点

3. BGP协议

1. BGP协议（应用层协议）

BGP协议报文格式

三种协议对比

四、IP数据报

1. 格式（首部）

IP数据包头部详细格式：

2. IP数据报分片

需要分片的原因：链路层有可封装的数据上限MTU，以太网的MTU是1500字节；如果所传送的数据报文长度超过某链路MTU的值，就需要分片

分片的方法需要结合IP数据报首部的标识、标志、片偏移三个字段来理解

 

五、IPv4地址

• 路由器可以分割广播域：因此路由器的每个接口IP地址都不同
• 网桥不能分隔广播域：因此网桥的每个接口IP地址都相同

1. 分类IP地址(网络地址转换NAT)

网络地址转换NAT

在ABC三类地址当中取出来一部分地址作为私有IP地址，特点：

• 无法直接和外部进行通信，外部也不知道私有地址的存在
• 私有IP地址常用于本地网/专用网，比如单位，学校机房等

NAT就是进行私有IP地址和共有IP地址的转换，解决以上问题

• 只能在本地网、专用网中使用，在广域网当中，路由器以及其他主机无法识别该IP地址
• 路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发
• 专用网与外部网络建立通信的过程就是通过网络地址转换NAT实现的

2. 子网的划分

子网掩码：由一系列连续的1和连续的0所构成的二进制数

• 主机号部分所对应的位全为0
• 其他部分所对应的位全为1

六、重要协议

2. DHCP协议（应用层协议）

实现动态获取IP地址

 

3. ICMP协议

ICMP、IGMP协议处于网络层和传输层之间的协议，起桥梁作用

• ICMP是为了更有效的转发IP数据报和提高成功交付的机会

2. ICMP询问报文

IGMP协议与组播路由协议

1. IP数据报的三种传输方式

2. IP组播地址

3. 硬件组播

4. IGMP协议与组播路由协议

2. 组播路由选择协议

七、IPv6

 

1. 数据格式

3. IPv6地址表示与类型

八、移动IP

移动IP要与动态IP区分开

动态IP：通过使用DHCP协议在一个局域网内部的一台主机就可以动态的获得一个IP地址
移动IP：由互联网工程任务组（IETF）制定的一种网上传输协议标准。它设计的目的，是为了让移动设备用户，能够从一个网上系统中，移动到另一个网上系统，但是设备的IP地址保持不变。这能够使移动节点在移动中保持其连接性，实现跨越不同网段的漫游功能

1. 相关术语

2. 通信过程

九、网络层设备——路由器

路由选择+分组转发

三层设备的区别