7.2.1因特网的链路层与网络层 - 因特网的链路层与网络层

简介

Internet(因特网) =interconnection+network 互联网
Internet（因特网）指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，其前身是美国的ARPANET。
1986年，美国国家科学基金会（NSF）利用ARPANET发展起来的TCP/IP协议集，建立了NSFnet广域网，连接100多所大学机构。
NSFnet于1990年6月彻底取代了ARPANET而成为Internet的主干网。
随着网络通信大幅增长，NSFnet不堪重负。

1991年，美国的三家网络公司组成“商用Internet协会（CIEA）”。

Internet不再是计算机人员和军事部门进行科研的领域，而是变成了覆盖全球的信息海洋。
中国从1994年开始联入互联网，并成为世界互联网“超级”大国。

ChinaNET（公用计算机互联网）
CERNET（中国教育科研网）
ChinaGBN（金桥网）

路由+可靠性
IP / TCP

1.网际层协议

1.IP协议

IP协议是TCP/IP协议网络层的主要协议，它提供无连接的数据报传送机制。

IP协议实现上非常简单，它对数据提供尽力而为服务（Best-effort Service）。
IP协议的主要功能包括：

无连接数据报传输
数据报路由（IP路由）
分组的分段和重组

1.IP地址（IP Address）

不同结构的网络实现互联，首先要解决的就是统一编址问题；
为每个子网、每个主机分配一个全球唯一的地址，就是IP地址。
Internet中，由NIC(Internet‘s Network Information Center)统一负责IP的规划。
IP地址组成：网络号 + 主机号
地址表示采用用点分隔的十进制表示法，如166.111.68.3；
IP地址分为5类：A类、B类、C类、D类和E类。其中：D类地址仅用于多播组的特殊定义，E类地址保留备用

此外，国际NIC组织对IP地址还有如下规定：
（1）主机号全“1”的网络地址用于指定网络的广播地址
（2）主机号全“0”的网络地址表示网络本身；
（3）网络号全“0”的网络地址表示本网络；
（4）32位IP地址全“1”的网络地址用于本网广播，该地址又被称为有限广播地址。
（5）A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，称为回送地址（loopback address）。
NIC还为每类地址都保留了一个地址段用作私有地址，专门供组织机构内部使用。
A类 10.0.0.0–10.255.255.255
B类 172.16.0.0–172.31.255.255
C类 192.168.0.0–192.168.255.255

子网与子网划分

因特网规模的急剧增长，对IP地址的需求激增，带来的问题是：
IP地址资源的严重匮乏
路由表规模的急速增长
Subnet,分而治之的思想：为了便于管理和使用，可以将网络分成若干供内部使用的部分，称为子网。

子网怎么划分？
子网划分后，如何识别不同的子网？

解决办法：从主机号部分拿出几位作为子网号
这种在原来IP地址结构的基础上增加一级结构的方法称为子网划分。
前提：网络规模较小，IP地址空间没有全部利用。

子网掩码（Subnet Mask） ：用来划分子网号

如何求一个ip地址的子网号？
该ip^ (与)上子网掩码
如何求一个ip地址的主机号？
该ip^ (与)上（网络号部分全0，主机号全1）
缺省子网掩码：
A类：255.0.0.0
B类：255.255.0.0
C类：255.255.255.0

2.IP分组及转发

使用TCP/IP协议的网络层传输的基本数据单元（PDU）称为IP分组；

通过IP分组完成不可靠、无连接的数据传输；

IP分组由分组头（IP头）和数据区两部分组成；

IP分组格式

版本域(VERS)：
长度为4比特，表示与IP分组对应的IP协议版本号，目前广泛使用的是IPv4。
头部长度（HLEN）
IP分组头长度，最小为5，最大为15，单位为32位；
服务类型域（Type of Service，TOS）
3个优先级位；
3个标志位：D（Delay）、T（Throughput）、
R（Reliability）；
2个保留位；
总长度域（Total length）
占 16 bit，指IP分组头和数据部分的总长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。
标识域（Identification）
占 16 bit，用于唯一标识IP分组，用于IP分组的分段和重组。
标志位：
DF：Don’t Fragment；
用于指明IP分组是否允许分段，DF0时允许。
MF：More Fragments
用于表明是否有后续分段，MF0 表示最后一个分片
段偏移量（Fragment offset）
用于标明报文片在原始分组中的位置，分段和重组必用。
除最后一个段外的所有段的长度必须是8字节（基本段长）的倍数。
IP分段与重组距离：

生存期（Time to live）
8比特，用于指明IP分组在网络中传输的最长时间。IP包每经过一个路由器TTL减1，为0则分组被丢弃。
协议域（Protocol）：
上层为哪种传输协议，TCP、UDP等。
头校验和（Header checksum）
只对IP包头做校验；
算法：每16位求反，循环相加（进位加在末尾），和再求反；
有简单算法。
源地址（Source address）和目的地址（Destination address）
32位IP地址
选项（Options）
变长，长度为4字节的倍数，不够则填充，最长为40字节；

IP分组的转发

在Internet中，IP分组的转发具有如下特点：
每个IP 分组包含目的主机的IP地址；
IP地址中的网络地址唯一标识Internet中的一个物理网络；
所有连接到相同物理网络的主机和路由器共享其地址中的网络地址部分，它们在这个网络上可以直接通信；
Internet中的每个物理网络至少有一个与之相连的路由器

windows下查看路由表：route print