系列文章目录

第五章计算机网络之网络层7

计算机网络之网络层

  • 系列文章目录
  • 一、网络层服务
    • 网络层
    • 网络层核心功能转发与路由
    • 网络层核心功能-连接和建立
    • 网络层服务模型
  • 二、连接服务与无连接服务
  • 三、 虚拟电路网络
    • VC的具体实现
    • VC转发表
  • 四、 虚电路信令协议（signaling protocols）
  • 五、数据报网络
    • 数据报转发表
    • 最长前缀匹配优先
  • 六、数据报网络 or VC网络
  • 七、Internet网络层（IPV4协议）
  • 一、IP数据报（分组）格式
  • 二、 IP分片
    • 最大传输单元MTU
    • IP分片与重组
    • IP分组格式
    • IP分片过程
  • 三、IP编址
  • 四、 有类IP地址
    • IP子网
    • IP地址
    • 特殊IP地址
    • 私有IP地址
  • 五、IP子网与子网划分
    • IP子网
    • 子网划分
    • 子网掩码
    • 子网掩码的应用
    • 一个C类网络划分子网案列
  • 六、CIDR与路由聚合
    • CIDR与路由聚合
    • CIDR
    • 路由聚合

一、网络层服务

网络层

网络层核心功能转发与路由

网络层核心功能-连接和建立

网络层服务模型


系列分组：源主机向目的主机发的一系列数据报
每一份分组根据当前网络状态选择不同传输路径传输

二、连接服务与无连接服务

三、 虚拟电路网络


VC的具体实现

VC转发表

虚拟电路的建立意味着转发表的写入
虚拟电路的移除意味着转发表的删除

四、 虚电路信令协议（signaling protocols）

需要通过信令协议来建立虚拟电路

五、数据报网络

数据报转发表


数据量太大了，路由器存储不下。

所以

其他称为默认路径或者默认路由

最长前缀匹配优先

当数据报转发时符合多条入口，优先选择地址前缀最长的入口。

六、数据报网络 or VC网络

ATM:让网络功能复杂，很多功能在网络上面实现，让边缘网络如电话机简化
Internet：让网络简化，复杂功能实现让边缘网络实现-端系统实现（电脑实现）。

七、Internet网络层（IPV4协议）

路由协议和路由算法计算出的路径信息存储在转发表（路由表）中
IP协议处理转发分组时用转发表
ICMP伴随IP协议运行，帮忙纠错

一、IP数据报（分组）格式






路由器丢掉TTL=0的分组时，会向发送的源主机发送ICMP报文。

由于是对首部校验，每次转发，TTL都会减1，以及其它都会使得首部信息变化，所以每次路由器转发时，首部校验和都要重新计算重新校验的。


原选路径：在发送IP数据报时候，在源主机就确定从源到目的的路径，让中间路由按照这个路径转发。

所以，典型数据报是20字节，这部分没有（选项字段）


其中，标识、标志位、片偏移下节书写

二、 IP分片

最大传输单元MTU

IP数据报在MTU1可以封装在数据帧进行传输，在MTU2较小的链路上如何传输？

IP分片与重组

如果其中一个分片丢失，无法重组，便会全部丢掉其余分片

IP分组格式

标识，不足以唯一确定一个IP分组，两个主机可能产生完全相同的ID分组
除了ID以外，还要源IP地址目的IP地址协议这些共同标识唯一的IP分组

大IP在超过链路MTU传输不过去，DF=1禁止分片。只能丢掉如何发送ISMP报文，告知我丢掉。

IP分片过程


除以8因为以8个字节为单位。


MTU如果为1503或1504，分片结果一样。

三、IP编址


IP编址时候，编址实现网络层功能的接口的编址。

交换机、wifi的接口是它们实现的功能都在数据链路层，所以网络层编址无需对这些接口编址。


32比特的2进制的数，这个数记忆书写困难。

所以分为4个8bit组，每个8Bit转换成十进制。（点分十进制）


不可能随便分配网络地址，这样就乱了。

所以，IP地址分配规律：



共有6个IP子网。

四、 有类IP地址

IP子网


网络号和主机号占用多少比特？两者之和为32

如果网络号占的多，区分的网络数就多，每个网络中的主机数就少了

如何确定网络号和主机号占比？还有整个IP空间，划分不同区域用处不同，留出部分IP地址使用。 有类编址

IP地址

这个圆抽象为整个32位的IPV4地址空间-二分法划分（根据网络号划分）

A类。第一个8位组固定为0，所以最多能编制IP子网（A类网络）为2的7次方。

特殊IP地址


全1,255.255.255.255
环回：将数据发送到路由后，路由又把数据发送回来。
环回：与本机通信的主机也是本机，用环回地址。

私有IP地址

保留部分空间只用于私有网络，在公共网络中无效。

私有网络的地址号可能重复，所以在公有网络中会丢掉私有地址。
A类保留这个子网：10.某.某.某

五、IP子网与子网划分

IP子网


有类分址，会造成资源浪费，如果企业需要2000个地址，划分C类不满足要求，划B类，B类有6375个地址（255乘以255），造成浪费。
255=128+64+32+16+8+4+2+1


A有11.0.0.0有2的24次方，再去掉网络、广播地址，依旧非常庞大。

实际在该子网中不可能不跨越路由器有直接物理连接的接口。

所以要把大的IP子网再次划分-子网划分

子网划分

将IP子网划分更小的IP子网

划分成4个等长的IP子网，所以借用原主机的高比特2个比特

目的：区分开了这些子网，当数据报进来时，知道送到那个子网的子网上，其他子网的子网收不到。

划分好子网的子网利用路由器将它们连接一块。

路由器很好区分（对于有类地址A前8，B前16个比特）就知道划分了子网

所以路由器如何确定划分子网的子网没，划分子网后，借用主机多少比特划分（SubID大小），多了，则区分子网数就多，但是子网的范围（地址空间）就小了。


将子网再次划分为4个子网。

子网掩码

路由器等网络层设备确定子网划分子网没，以及划分子网的SubID大小。
A如果没有子网划分的话默认为255.0.0.0
SubID借用HostID前3位划分子网（8等分），8位组最高的3个比特位全为1，128+64+32=224
单纯子网地址只能描述ABCD类，但是加上子网掩码后可以准确确定子网大小。


C网：201.2.3.0 ，去掉.0的网络地址，.255的网络地址，可分配的IP地址空间（0~255）-2=254个。

将其4等分256/4=64，每64个IP地址一个子网的子网

借用后8位组的前2个比特划分，子网掩码是255.255.255.128+64=192

然后再将这4个子网通过路由器连接在一起，当路由接到一个IP分组时候，就分配到子网的子网中，而不是整个子网了。

子网掩码的应用

路由器再存储转发时，除了存储IP地址还有子网掩码
与为乘
由172.32.0.0属于B类，B类子网掩码255.255.0.0，所以SubID占用了前7个Bit。所以主机号剩下9个比特。
IP地址范围：网络位固定，主机位从全为0到全为1。
剩下9个比特全为0，便为172.32.0.0,全为1，便为172.25.1.255。
可分配IP地址范围：去掉主机号全0和全1的地址，共512-2=510

一个C类网络划分子网案列

左侧（红色）每个子网的子网地址，右侧（绿色）每个子网的某个地址
红色和绿色的地址不能分配出去
没有划分子网时候除了.0和.255不能用，现在绿色和红色的都不能用
子网划分时候会造成一定IP地址的损失浪费，但是能提高网络的性能。

六、CIDR与路由聚合

CIDR与路由聚合

在有类地址的分配和使用过程中存在问题，分配效率低，造成地址浪费，路由过程效率低。所以提出新的技术CIDR

CIDR

Prefix前缀

超网：将两个小的子网构成在一起

路由聚合：在路由的转发表中面向更大的子网，记录它的转发信息，而不是对应的小子网。

路由聚合




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