第四章 网络层IP层

功能

（1）异构网络的互联

• 由路由器实现；
• 计算机网络使用相同的网际协议IP，多网络连接成一个虚拟互联网络

（2）路由选择与分组转发
（3）拥塞控制

• 确保网络能够正常传输数据，是一个全局性的问题
• 判断网络是否拥塞：网络吞吐量和网络负载之间的关系
• 流量控制：发送端发送的数据接收端来得及接收，点对点的信息量控制

路由算法

静态路由算法（手动修改）
动态路由算法（自适应路由算法）
（1）距离向量路由算法：没有增加，较小距离替换.常见RIP
（2）链路状态路由算法：每个结点都有完全的网络拓扑信息。主动测试所有邻接点状态，定期向所有结点传播链路状态，dijsktra最短路径算法更新。典型OSPF
（3）层次路由
互联网划分为很多小的自治系统，不通过自治系统之间的通信需要有协议来屏蔽差异，由此把路由选择协议分为两大类

• 内部网关协议IGP——RIP,OSPF（用于规模很大的自治系统）
• 外部网关协议EGP——BGP

路由协议

（1）RIP

• 应用层协议，使用UDP传送数据
• 限制了网络规模，最大距离为15
• 路径最少，但不一定时间最短
• 仅像相邻的几个路由器发送信息
• 故障收敛慢，需要较长时间才能将消息传送到

（2）OSPF最短路径优先

• 泛洪发：像本自治系统所有路由器发送信息
• 更新收敛快

（3）BGP边界网关协议

• 外部网关协议
• 力求寻找一条能够到达网络且较好的路由，并非是最佳路由
• 采用路径向量选择协议
• 应用层协议，基于TCP

IPV4

网络层分组转发
1）数据报首部提取主机IP地址D，得到网络地址N
2）若网络与此路由N直接相连，直接交付
3）否则，若路由表中有目的地址为D的特定主机路由，数据报传送给路由表中所指明的吓一跳路由器
4）若路由表中有达到网络N的路由，数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器
5）若路由表中有一个默认路由，数据报传送给路由表中所指明的默认路由器
6）否则，报文转发分组错误

网络地址转换NAT
将专用网络地址转换为公用地址，从而对外隐藏内部管理的IP地址。本地IP地址可重用，大大节省了IP地址的消耗，降低了内部网络受到攻击的风险。
NAT路由器至少有一个有效的外部全球地址，当使用本地地址的主机在和外界通信时，NAT路由器使用NAT转换表将本地地址转化为全球地址，或相反。NAT转化表中存放着{本地IP地址：端口}，{全球地址：端口}的映射。

• LAN端收到->映射成全球地址->WAN发送至因特网
• WAN收到全球地址->映射成本地IP地址->LAN端发送给相应的本地主机

子网划分，子网掩码，无分类编址CIDR

ARP地址解析协议：主机路由器IP地址到MAC地址的转化
DHCP动态主机配置协议：允许计算机加入新的网络获取IP地址；应用层协议，基于UDP
ICMP网际控制报文协议：差错报文和询问报文；IP层协议；常见应用：ping（测试连通性），traceroute（跟踪路由）

IPV6

单播，多播，任播；冒分十六进制；4-6过渡可以采用双协议栈和隧道技术

IP组播

支持视频会议和视频点播这样的多媒体应用；仅应用于UDP；IGMP

移动IP

定义三种功能实体：

• 移动结点：具有永久IP地址的移动结点；
• 本地代理：移动结点的永久居所为归属网络，在归属网络中代表移动结点执行管理功能的实体叫本地代理，采用隧道技术转交移动结点数据包；
• 外部代理：在外部网络中，帮助移动结点执行移动管理功能的实体。

网络层设备

路由器

tips+知识点总结

尽最大努力交付：不保证无差错、在规定时间、按照发送顺序、不会重复、不会故意丢失

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