计算机网络-网络层

章节导学

网络层概述

IP协议详解

• 虚拟互联网络
• IP协议

虚拟互联网络

• 实际的计算机网络是错综复杂的
• 物理设备通过使用IP协议、屏蔽了物理网络之间的差异
• 当网络中的主机使用IP协议连接时，则无需关注网络细节

• IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互联的网络
• IP协议使得网络层可以屏蔽底层细节而专注网络层的数据转发
• IP协议 解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题

Ip协议

IP协议的转发过程

路由表简介

IP协议的转发流程

ARP协议与RARP协议

ARP（Address Resolution Protocol）地址解析协议

• ARP缓存表缓存有IP地址和MAC地址的映射关系
• ARP缓存表没有缓存IP地址和MAC地址的映射关系

RARP（RARP(Reverse Address Resolution Protocol)）逆地址解析协议

• （R）ARP协议是TCP/IP协议栈里面基础的协议
• ARP和RARP的操作对程序员是透明的
• 理解(R)ARP协议有助于理解网络分层的细节

IP地址的子网划分

• IP地址长度为32位，常分成4个8位
• IP地址常使用点分十进制来表示（0_255.0255.0_25..0255）

分类的IP地址

特殊的IP地址

划分子网

子网掩码

• 子网掩码和IP地址一样，都是32位
• 子网掩码由连续的1和连续的0组成
• 某一个子网的子网掩码具备网络号位数个连续的1

无分类编址CIDR

网络地址转换NAT技术

• IPV4最多只有40+亿个IP地址
• 早期IP地址的不合理规划导致IP号浪费

三类内网地址

ICMP协议详解

• 网际控制报文协议（ Internet Control Message Protocol）
• ICMP协议可以报告错误信息或者异常情况

ICMP协议的应用

• Ping应用
• Traceoute应用

ping应用

• Ping回环地址 127.0.0.1
• Ping网关地址
• Ping远端地址

Traceroute应用

Traceroute可以探测IP数据报在网络中走过的路径

网络层的路由概述

路由算法的本质

自治系统

内部网关路由协议之RIP协议

• 距离矢量（DV）算法
• RIP协议的过程

距离矢量（DV）算法

• 每一个节点使用两个向量Di和Si

RIP协议的过程

• RIP（RIP(Routing Information Protocol)协议

• RIP协议是使用DV算法的一种路由协议

• RIP协议把网络的跳数（hop）作为DV算法的距离

• RIP协议每隔30s交换一次路由信息

• RIP协议认为跳数>15的路由则为不可达路由

• RIP协议：实现简单，开销很小
• RIP协议：限制了网络的规模
• RIP协议：“坏消息传的慢”，更新收敛时间过长

Dijkstra（迪杰斯特拉）算法

• Dijkstra算法是著名的图算法
• Dijkstra算法解决有权图从一个节点到其他节点的最短路径问题
• “以起始点为中心，向外层层扩展”

内部网关路由协议之OSPF协议

• 链路状态（ LS ）协议
• OSPF 协议的过程

链路状态（LS）协议

• 向所有的路由器发送信息

消息描述该路由器与相邻路由器的链路状态

• 只有链路状态发生变化时，才发生更新信息

每隔30s交换路由信息

OSPF协议的过程-

• OSPF(Open Shortest Path First ：开放最短路径优先
• OSPF 协议的核心是 Dijkstra 算法

OSPF的过程

• 向所有的路由器发送消息
• 消息描述该路由与相邻路由器的链路状态
• 只有链路状态发生变化时，才发送更新信息

五种消息类型

• 问候消息、
• 链路状态数据库描述信息
• 链路状态请求信息
• 链路状态更新信息
• 链路状态确认信息

外部网关路由协议之BGP协议

• BGP（Border GateWay Protocol:边际网关协议）
• BGP协议是运行在ASA之间的一种协议