网络层

虚拟互联网络的概念；

IP地址和物理地址的关系；

传统的分类的IP地址，包括子网掩码和无分类域间理由选择CIDR；

理由选择协议的工作原理；

网络层提供的服务：

    网络层向上只提供简单灵活的，尽最大努力的， 不提供质量保证；

网际协议IP：

    网际协议IP是TCP/IP的两个最主要的协议之一，而与IP协议配套使用的还有三个协议：

        地址解析协议ARP：

        网际控制报文协议ICMP：

        网际组管理协议IGMP：

一般来说：将网络互相连接起来要使用一些中间设备：

    1，物理层使用的中间设备叫做转发器；

    2，数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器；

    3，网络层使用的中间设备叫做路由器；

    4，在网络层以上使用的中间设备叫做网关；

从网络层的角度来看，当中间设备是转发器或网桥时，这仍然是一个网络，不称之为网络互连，因此，我们把用路由器相连起来的，并且都使用IP协议的计算机网络称为虚拟互连网络；

网络间分组交换，存储转发的概念，查找路由表，如果是在本网络中，不需要经过路由器而是直接交付，否则，就先发送到某个理由器，然后再寻找目的主机；

如何在虚拟网络中寻找地址呢？

    分类的IP地址：

        IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符；

    IP地址的编址方法：

        分类的IP地址；

        子网的划分；

        构成超网；

        为什么会出现子网的划分和超网的出现？这是我们要解决的问题；

    二级IP地址结构：了解一下：两个字段，网络号和主机号；

    网络号在整个因特网里面是唯一的，而主机号在前面说的网络里面是唯一的；

我们先将IP分类为三类，A类，B类和C类；

每一个IP地址都是32位，分为4个字段，那也就是8位一字段，而8位就有2的8次方，也就是256个，

    A类的网络号是以0开头，那也就是说，只有7位了，那就是2的7次方，但是全0，全1是作为特殊的IP段，于是就有了2的7次方-2的个IP数，也就是126个，也就是说A类IP地址最多可以分配出126个，为什么会这么少呢？这是因为你每一个IP地址后面的可带的主机号就会有很多很多了，使用于那种一个网络里面有无数的主机的那种网络；但是我们也知道，A类的主机号占了三个字节，也就是2的24次方，而这个个数要减掉全0的和全1的，全0的代表本主机，全1的代表该网络上的所有主机；也就是说，有2的24次方-2个主机号了。

    B类的网络号是以10开头的，也就是说，只有2的14次方个网络号，但是不指派128.0.0.0，所以是2的14次方-1的个数，而主机号则是2的16次方-2，（除掉全0和全1）；

    C类的网络好事以110开头的，也就是说，只有2的21次方个数的网络号，而除掉之后就只剩2的21次方-1了，而主机号则是2的8次方-2个数；

为什么要设置成网络号和主机号两个字段呢？了解一下，

    1，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而剩下的主机号由得到该网络号的单位自行分配；

    2，理由器仅仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，这样就减少了路由表所占的存储空间和查找路由表的时间；

IP地址与硬件地址的区别：

    从层次的角度：物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址；

我们前面说到了，这个问题，我们知道，路由器在因特网中查找是通过IP上的网络号来的，而在局域网中呢，则是根据IP上的主机号来查找的，所以，我们要使用到一个协议ARP，他能够把IP地址解析成硬件地址，从而帮助我们找到局域网中的主机，而怎么样解析的呢？

    首先，在主机ARP高速缓存中应存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常动态更新；（新增或超时删除）；

    1，ARP进程在本局域网中广播发送一个ARP请求分组，

    2，在本局域网中所有主机上运行的ARP进程都受到此ARP请求分组；

    3，目的主机接收到ARP请求分组后返回一个ARP响应分组；

    4，目的主机和源主机都记录下彼此的IP地址和MAC地址，从而形成一张映射表；

请注意了：ARP是解决同一局域网上 主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题；

IP数据报首部的固定部分中的各字段；

    1，版本，2，首部长度，3，区分服务，4，总长度，5，标识，6，标志，7，片偏移，8，生存空间，9，协议，10，首部检验和，11，源地址，12，目的地址；

IP数据报首部的可变部分；

IP层转发分组的流程：

    首先，我们在路由表里面根据路由表，找到下一跳的路由，

因特网的三种路由选择协议：

    首先，我们先将路由选择协议分为层次出来，分为外部网关协议（IGP）和内部网关协议（EGP），那么内部和外部的区分依据是什么呢？就是自治系统（AS）；我们划分这些自治系统的依据就是有些单位不希望外界了解自己内部的网络布局，但又希望连接上因特网，这些个单位就变成了自治系统了；

    那我们所说的内部网关协议就是在自治系统内部使用的协议了，这里面就包括了RIP，OSPF；

    而外部网关协议就只有一个：BGP；

    那么我们先来说一下内部网关协议RIP，OSPF这两者之间的区别吧；

    要了解他们之间的区别，我们需要先知道的是两者的工作原理，RIP适用于小规模范围内的网络连接，其最大的特点是简单；

    原理是这样的，采用的是距离向量算法，仅向相邻的路由交换信息，交换的信息包括该路由器到其他所有的网络点的距离和下一跳的位置。而在各个路由进行交流之后呢，就能够得出到达本自治系统的任何一个网络的字段距离和下一跳路由器的地址了，两个路由之间会进行信息的交换，这个信息的交换，也就是距离向量算法，说来就话长了。。可以参考153页的讲解，但是呢，这里有两个缺点：一个是规模小，这是一个问题，一个是如果出现了故障的话，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。这是存在的两个问题。也就是说，RIP并不会知道整个网络的布局括扑图，只是知道到系统中的每一个网络点的最短距离，只有当它跳到下一跳之后，下一跳就会找到新的最短距离，从而实现路由的选择跳转；

    而OSPF这个呢？就是使用最短路径算法，采用洪泛法，通过路由器的所有输出端口想所有相邻的路由器发送信息，而发送的信息就是与本路由相邻的所有路由器的链路状态，只有当链路状态发生状态的时候，路由器才向所有的路由器用洪泛法发送此信息，最后，每一个路由器都会知道全网共有多少个路由器，以及哪些路由器是相连的，其代价是什么?

但是这样的话，就会遇到另一个问题了，我路由器要记住你这么多的理由信息，你觉得我记得下吗？所以，这个时候我们又要用到分层次的概念了，我们把自治系统再分成几个区域，把OSPF的作用范围局限在每一个区域内，这样子的话，我们就容易多了。

    然后，我们再来谈一谈外部网关协议BGP：

        首先，为什么要把外部网关协议和内部网关协议区别开呢？为什么不在外部也使用RIP，OSPF呢？这是因为两个原因；

            1，因特网的规模太大，使得AS之间路由选择非常困难；

            2，AS之间的理由选择必须考虑有关策略

        总结：我们并非要寻找一条最佳路由，而是一条能够到达目的网络且比较好的路由。我们将AS之间连接起来，有一个主干网AS1，而主干网连着几个地区网AS2和AS3，每一个地区网又连着本地网AS4，5，6，7；而地区网只需要向主干网汇报自己能够连接到哪些本地网即可，最后汇成一个AS网络系统；这就是BGP；

今天我们来学一学划分子网和构造超网；

    为什么会有子网和超网的存在呢？

        1，IP地址空间的利用率有时很低；

        2，给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而导致网络性能变坏；

        3，两级IP地址不够灵活；

    如何划分子网呢？从网络的主机号借用若干位作为子网号，这样两级IP地址就在本单位内部变成三级IP地址；

子网的作用是什么呢？

    通过从主机号中分离出8位来作为子网号，也就是说，一个IP地址发送过来，通过与不同的子网掩码进行与运算，得出他的网络地址；所以，即使是同一个网络IP，通过子网掩码的编译，也可以形成不同子网上的网络IP，所以，子网的作用就是在一个本来只有一个网络号的IP里面，再分出了不同子网方便我们寻找。注：如果使用了默认子网掩码的话，是不会划分子网的；子网个人认为一般适用于A类网络和B类网络；

    子网的一些知识点：

        子网是在一个网络的内部划分的，从外面来看，它还是一个网络；如果一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就使用默认子网掩码；

        若使用了较少位的子网号，则可连接的主机数就较多，若使用了较多位的子网号，则子网的数量较多；