计算机网络——网络层(1)

本系列文章为408考研计算机网络知识点整理仅涉及到一些重要的考研知识点并不完全包含全部知识，参考书目和视频资料：谢希仁计算机网络(第8版)，王道考研计算机网络，B站湖科大计算机网络微课堂。

4.1 网络层概述

网络层的主要任务是实现网络互连，进而实现数据包在各网络之间的传输。
要实现网络层任务，需要解决以下主要问题：
网络层向运输层提供怎样的服务（(“可靠传输”还是“不可靠传输”)
网络层寻址问题
路由选择问题
因特网(Internet)是目前全世界用户数量最多的互联网，它使用TCP/IP协议栈。
由于TCP/IP协议栈的网络层使用网际协议P,它是整个协议栈的核心协议，因此在TCP/IP协议栈中网络层常称为网际层。

4.2 网络层提供的两种服务

4.2.1 无连接的数据报服务

4.2.2 面向连接的虚电路服务

两者对比

4.3 IPv4地址

4.3.1 IPv4地址概述

在TCP/IP体系中，IP地址是一个最基本的概念，我们必须把它弄清楚。
IPv4地址就是给因特网(Internet)上的每一台主机（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比特的标识符。
IP地址由因特网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配.
我国用户可向亚太网络信息中心APNIC(Asia Pacific Network Information Center))申请IP地址，需要缴费。
2011年2月3日，互联网号码分配管理局引ANA(由ICANN行使职能)宣布，IPV4地址已经分配完毕。
我国在2014至2015年也逐步停止了向新用户和应用分配IPV4地址。同时全面开展商用部署IPV6。

4.3.2 分类编址的IPv4地址

A类地址

B类地址

C类地址

4.3.3 划分子网的IPv4地址

子网掩码

如下图是32位比特的分类IPv4地址，由网络号和主机号构成，现在从主机号中借用一部分来作为子网号，使其变成了32比特的划分子网的IPv4地址。

32比特的子网掩码可以表明分类IP地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号。

子网掩码使用连续的比特1对应网络号和子网号。
子网掩码使用联系的比特0来对应主机号。
将划分子网的IPv4地址与其相应的子网掩码进行逻辑与运算就可以到得到IPv4地址所在子网的网络地址。

默认子网掩码

4.3.4 无分类编址的IPv4地址

CIDR

路由聚合（构造超网）

4.3.5 IPv4地址的应用规划

4.4 静态路由配置

静态路由配置是指用户或网络管理员使用路由器的相关命令给路由器人工配置路由表。
这种人工配置方式简单、开销小。但不能及时适应网络状态（流量、拓扑等）的变化。
一般只在小规模网络中采用。
使用静态路由配置可能出现以下导致产生路由环路的错误
配置错误
聚合了不存在的网络
网络故障

默认路由：如果有大量的目的网络对应的下一跳相同，则可以设置默认路由，只要目的网络为其他网络（即不在路由表中设置过的），就一律选择默认路由，默认路由条目中的目的网络地址为0.0.0.0/0，网络前缀最短，路由最模糊。

特定主机路由： 对特定的目的主机指明一个路由，这种路由就叫做特定主机路由，采用特定主机路由可以使得网络管理人员更方便地控制和测试网络，同时也可以在需要考虑某种安全问题时采用这种特定的主机路由。在对网络的连接或路由表进行排错时，指明到某一台主机的特殊路由就十分有用。其目的网络地址的CIDR形式的末尾为“/32”，网络前缀最长，路由最具体。

4.5 路由选择协议

4.5.1 路由选择协议概述

路由器的基本结构

4.5.2 路由信息协议RIP

概念

路由器条目的更新规则

首先路由器C向路由器D发送自己的路由表，路由器D接收路由表后进行改造，即将下一跳都变为C，并且距离都+1，表示可以通过下一跳到C，然后再从C到达各个目的网络。然后根据改造后的路由表，更新D的路由表，具体如下：

RIP存在“坏消息传播得慢”的问题

如下图所示，线路发生故障，R1修改自己的路由表，将其与N1的距离改为16，表示不可达，并等待将路由进行转发。此时R2路由表中记录与N1的距离还是2，如果R2先转发路由信息，则R1会被误导，认为可以通过R2到达N1，距离为3，然后传播路由信息，此时R2接受路由信息并被误导，以为最新的消息为到达N1的距离为4，然后形成数分钟的路由环路后直到距离变为16，才知道N1不可达。