Chapter4 网络层（一）

解决走哪条路径的问题
使主机可通过网络层把分组发往任何网络，并使分组独立地传向目标。

网络层提供的服务

• 面向连接，建立虚电路，以保证双方通信所需的一切网络资源
• 无连接，网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

尽最大努力交付的好处：

• 由于不提供可靠传输服务，可以使得网络中的路由器比较简单，价格低廉
• 想要让进程间的通信可靠，需要运输层的努力（差错处理，流量控制）
  网络造价大大降低，运行方式灵活，能适应多种应用

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分类的IP地址

{<网络号>，<主机号>}

IP地址的特点

• IP地址是一种分等级的地址结构，路由器仅根据主机所连接的网络号来转发分组，使得路由表的项目数大幅度减小，减小了路由表所占的空间
• IP地址标志一个主机/路由器和一条链路的接口，若一个主机同时接在两个网络上，它必须有两个IP地址，被称为多归属主机。一个路由器至少应当连接两个网络，故路由器至少有两个IP地址。
• 用转发器或网桥连接起来的若干局域网仍为一个网络，这些局域网具有相同的网络号。
• 所有分配到网络号的网络都是平等的

物理地址是数据链路层和物理层使用的地址
IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址

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ARP&&RARP

ARP高速缓存的作用

1. 主机A在发送其ARP请求分组时，将自己的IP地址到硬件地址的映射写入ARP请求分组。
2. 当主机B收到A的ARP请求分组时，就将主机A的这个映射写入自己的ARP高速缓存中。这样以后B向A发送数据报时更方便，不再需要以广播方式发送ARP请求分组。

ARP的四种应用

1. 主机找主机
2. 主机找路由器
3. 路由器找主机
4. 路由器找路由器

RARP使只知道自己硬件地址的主机能够知道其IP地址，目前很少使用

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IP数据报的格式

首部 + 数据
首部前一部分是固定长度，共20字节，所有IP数据报必备。
后面是可选字段，长度可变。

首部长度最大值为60字节
总长度----占16位，最大长度为65535字节，总长度必须不超过最大传送单元MTU,若超过则需要分片。
标志字段

1. MF = 1表示后面还有分片 ， MF = 0表示最后一个分片
2. DF = 0 允许分片 ， DF = 1不允许分片

片偏移：指出较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置，以8字节为偏移单位

分片
生存时间（TTL） 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值，作用是防止因无法交付而在因特网中兜圈子，跳数限制为255

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分组转发算法

1. 从数据报的首部提取目的主机的IP地址D，得出目的网络地址为N
2. 若网络N与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机D，否则间接交付，执行（3）
3. 若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中指明的下一跳路由器，否则执行（4）
4. 若路由表中有到达网络N的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器，否则执行（5）
5. 若路由表中有个默认路由，则把数据报传送给路由表中指明的默认路由器，否则执行（6）
6. 报告转发分组出错 分组转发

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划分子网

{<网络号>,<子网号>,<主机号>}

子网划分

划分子网之前，IP地址是两级结构，划分后变成三级结构。划分子网只是把主机号这部分进行再划分，不改变原来的网络号。

子网掩码

(IP地址)AND(子网掩码) = 网络地址 默认子网掩码
路由表中的每一个项目，除了要给出目的网络地址外，还必须给出该网络的子网掩码。

例子，求网络地址

不同的子网掩码可能会得出相同的网络地址，但不同掩码的效果是不同的

使用子网掩码的分组转发过程

1. 从收到的分组的首部提取目的IP地址D
2. 先用各网络的子网的子网掩码和D逐位相“与”，看是否和相应的网络地址匹配。若匹配，则将分组直接交付，否则间接交付，执行（3）
3. 若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，则将分组传送给指明的下一跳路由器，否则执行（4）
4. 对路由表中的每一行的子网掩码和D逐位相“与” ，若其结果与该行的目的网络地址匹配，则将分组传送给该行指明的下一跳路由器，否则执行（5）
5. 若路由表中有一个默认路由，则将分组传送给路由表中所指明的默认路由器，否则执行（6）
6. 报告转发分组出错 使用子网时的分组转发算法

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CIDR（无分类编址）

使用各种长度的“网络前缀”来代替分类地址中的网络号和子网号，是两级编址
{<网络前缀>，<主机号>}，网络前缀相同的连续IP地址促成“CIDR地址块”。

CIDR例子

最长前缀匹配

使用CIDR时，查找路由表时应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。网络前缀越长，其地址块越小，路由越具体。