计算机网络总结(4)---网络层
- 网络层的主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。
- 网络层功能：（1）分组转发、路由选择 （2）异构网络互联 （3）拥塞控制（主要在传输层）
- 数据单位：数据报
- 物理设备：路由器
一、数据交换方式
数据交换方式有三种：电路交换、报文交换、分组交换
- 电路交换：建立连接的全双工通信，传输时延小，数据按顺序传送、无失序问题。模拟信号和数字信号都适用。
- 报文交换：无需建立连接，某条路径故障可重新选择另一条路径（更可靠），一个报文可发往多个目的地址。但实时性差，只适用于数字信号。
- 分组交换：分为数据报和虚电路两种方式。（前者无须连接后者需要连接，前者比后者更适用于出错率高的线路）数据报方式无需建立连接，分组长度固定，缓冲区大小固定，存储管理更简单，适用于突发式数据通信。虚电路建立的连接是逻辑上的连接，就是规定好下一跳去哪里，但是并没有进行物理上的连接，保证分组的有序到达。
具体优缺点如下图：
电路交换：
报文交换：
分组交换：
二、IP协议（重要 多看几篇文章）
IP协议详解_CC_YXK的博客-CSDN博客_ip协议
网络层：IP协议详解（IP协议真的得看这篇）_Sharp_UP的博客-CSDN博客_ip协议
IP数据报格式
IP数据报可以分为 首部 和 数据部分
首部长度必须是4B的倍数，最小20B
三、其他几个协议：ICMP、IGMP、ARP、DHCP
网际协议IP是TCP/IP体系里最主要的两个体系之一。
与IP协议配套使用的有：
- 地址解析协议ARP
- 网际控制报文协议ICMP
- 网际组管理协议IGMP
网际控制报文协议ICMP
- IP协议提供的是不可靠的服务，无法通知传输层是否丢包，丢包时也无法通知传输层丢包的原因。ICMP就是完成这样的功能。
- ICMP功能：确认IP包能否成功到达目标地址、通知在发送过程中IP包被丢弃的原因
例：
- ICMP是网络层协议，只能搭配IPV4使用，IPV6使用ICMPv6。
- ICMP报文有两种：ICMP差错报文、ICMP询问报文
ICMP差错报文（56字节）：
ICMP差错报文分为5种
- 终点不可达：网络不可达、主机不可达、协议不可达、端口不可达
- 源站抑制：当主机或路由器因拥塞而丢弃数据时，就会向源站发送 源站抑制 报文。
- 时间超过：路由器收到生存时间为0的数据报时，丢弃该数据报，向源站发送 时间超过 报文。当目的站在预先规定的时间内无法收到一个数据报的全部数据报片时，就会丢弃所有已收到的数据报片，并向源站发送 时间超过 报文。
- 参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中的字段的值不正确时，丢弃数据报，发送 参数问题 报文。
- 改变路由：路由将 改变路由 报文发送给主机，让主机直到下次应该将数据报发送给另外的路由器。
ICMP询问报文（40字节）：
回送请求和回答报文、时间戳请求和回答报文
回送请求和回答报文：用于测试目的地址的可达性，ping命令实现了ECHO请求/应答的功能。
时间戳请求和回答报文：从其他机器处得到其当前时间。用于时钟同步
网际组管理协议IGMP
IGMP是 Internet Group Management Protocol（互联网组管理协议）的简称。它是 TCP/IP 协议族中负责 IP 组播成员管理的协议，用来在 IP 主机和与其直接相邻的组播路由器之间建立、维护组播组成员关系.
地址解析协议ARP
- ARP协议完成从IP地址到MAC地址的映射。
- 首先，每台主机在自己的ARP缓冲区建立一个ARP缓存表，表示IP地址和MAC地址的关系。
- 当源主机需要将一个数据包发送到目的主机时，会先检查自己的ARP缓存表里，目的IP地址有没有对应的MAC地址。如果有，就直接把数据包发送到这个MAC地址。
- 如果没有，就在本地网段里发起一个ARP请求的广播，查询该主机对应的MAC地址。这个ARP请求的数据包里有 源主机的MAC地址、IP地址 和 目的主机的MAC地址和IP地址。
- 各个主机收到这个数据包后，把源主机的IP地址和MAC地址存起来，目的主机收到后还会做出一个应答，源主机收到后存到ARP表中，并开始传输数据。
- 如果源主机没有收到ARP响应包，则ARP查询失败。
动态主机配置协议DHCP
- 当一台主机加入新的网络时，不用手工配置，而是自动获取IP地址等。
- DHCP是应用层协议
步骤：
- 主机发送广播报文，目的是发现能给它提供IP的DHCP服务器
- DHCP服务器接收报文，发出应答
- 主机接收到应答报文后，发送请求IP的报文
- DHCP发送ACK数据包，确认信息
四、路由算法和路由选择协议（路由选择）
路由算法：
- 静态路由算法：手工配置
- 动态路由算法：链路状态路由算法OSPF、距离-向量路由算法RIP
分层次的路由选择协议：
内部网关协议IGP--一个自治系统内使用--RIP，OSPF
外部网关协议EGP--自治系统之间使用--BGP
RIP协议
- 基于距离-向量算法的内部网关协议。
- 路由器只和它的邻居交换信息，交换自己的路由表，每30s交换一次
- 各个路由器维护自己到其他网络的最佳路径的长度和下一跳。
- 长度最多15，长度>=16都表示不可达（RIP协议只适用于小型互联网）
- RIP是应用层的协议，RIP封装好的报文塞到UDP数据报里，使用UDP传输数据。（UDP是传输层的协议）
- 坏消息传得慢，"慢收敛"，网络出现故障时，需要较长时间才能将此信息传送到所有路由器，
OSPF协议
- 开放最短路径优先协议，使用链路状态路由算法的协议。
- 只有链路状态发生变化时，才会使用洪泛法，向本自治系统内的所有路由器发送信息
- OSPF是网络层协议，使用IP数据报发送信息。
- 适用于大型互联网，不存在“慢收敛”问题。
BGP协议
边界网关协议，自治系统之间的协议。
三种路由协议的比较：
参考：
计算机网络（王道）第四章 网络层_m0_46266264的博客-CSDN博客
408计算机网络第二章总结_Viator-CSDN博客
【计算机网络复习】408王道视频总结 第四章：网络层_Tangli_yzy的博客-CSDN博客_408默认网关
408 计算机网络 知识点总结_waaaa1999的博客-CSDN博客_408计算机网络重点
网络层_Jachins的博客-CSDN博客_网络层
ARP地址解析协议详解_ypshowm的博客-CSDN博客_地址解析协议
408计算机网络第四章总结_Viator-CSDN博客_计算机网络第四章总结
DHCP详解_只有十分努力，才能看起来毫不费力-CSDN博客_dhcp
ICMP协议详解_honeyJ-CSDN博客_icmp协议
icmp 报文详解_fuming0210sc的专栏-CSDN博客_icmp报文
ICMP报文_xingyangs的博客-CSDN博客_icmp报文
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