文章目录

协议
- 协议三要素
- 协议和服务
- TCP/IP协议族
物理层
- 特性
数据链路层
- MAC
- - MAC帧格式
- 网桥
- - 网桥(好处)
  - 网桥(缺点)
网络层(网际层、IP层)
- 虚电路服务和数据报服务对比
- 网际协议IP
- - 中间设备
  - 地址解析协议ARP
  - 逆地址解析协议RARP
  - 网际控制报文协议ICMP
  - 网际组管理协议IGMP
  - IP地址
  - - A类地址
    - B类地址
    - C类地址
    - 环回地址
    - 特殊IP地址
- 网络层功能
- 子网划分
- - 子网掩码
- 路由选择
- - 距离矢量算法和RIP（Routing Information protocol，路由信息协议）
  - - RIP协议特点

下一篇：计算机网络（2）传输层

协议

为进行网络中的数据交换而建立的规则，标准或约定称为网络协议，简称协议。

协议必须把所有不利的条件事先都估计到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的，判断一个计算机网络协议是否正确，不能只看在正常情况下是否正确，而且还必须非常仔细地检查这个协议能否应付各种异常情况

协议三要素

语法：数据与控制信息的结构或格式
语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作以及做出何种响应
语序：事件实现顺序的说明

协议和服务

协议是“水平的”，是控制对等实体之间通信的规则，服务是“垂直的”，服务是由下层向上层通过层间接口提供的。

TCP/IP协议族

物理层

特性

机械特性
电气特性
功能特性
过程特性

数据链路层

MAC

局域网中，硬件地址又称为物理地址或MAC地址

MAC帧格式

网桥

网桥工作在数据链路层，根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。
网桥在转发帧时，不改变帧的源地址。

内部结构

两个以太网通过网桥连接起来后，就成为一个覆盖范围更大的以太网，而原来的每个以太网可以称为一个网段
网桥依靠转发表(转发数据库或路由目录来转发帧

网桥(好处)

过滤通信量，增大吞吐量
扩大物理范围
提高可靠性
客户联不通物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网

网桥(缺点)

增加时延：要先存储和查找转发表，再转发
没有流量控制
网桥只适合用户数不太多和通信量不太大的以太网，否则有时会因为传播过多的广播信息而产生网络拥塞。（广播风暴）

网络层(网际层、IP层)

虚电路服务和数据报服务对比

网际协议IP

中间设备

物理层使用的中间设备叫做转发器
数据链路层使用的中间设备叫做网桥或桥接器
网络层使用的中间设备叫做路由器
在网络层之上使用的中间设备叫做网关

地址解析协议ARP

作用：网络层的IP地址转换为MAC地址

ARP协议（Assress Resolve Protocol，地址解析协议）：网络层使用IP地址寻址，而数据链路层使用物理地址寻址，因此必须要将机器的IP地址转化为其物理地址，才能使用数据链路层提供的服务
工作原理
主机向自己所在的网络广播一个ARP请求，该请求包含目标机器的网络地址，此网络上的其他机器都将收到这个请求，但只有被请求的目标机器会回应一个ARP应答，其中包含自己的物理地址<\u>
ARP高速缓存
高速缓存中包含经常访问或最近访问的机器的IP地址到物理地址的映射，就可以使该主机下次再和具有同样目的地址的主机通信可以直接从高速缓存中找到所需的硬件地址而不必再用广播方式发送ARP请求分组，避免了重复的ARP请求，提高了发送数据包的速度

逆地址解析协议RARP

将局域网中的某个主机的物理地址(MAC地址)转换为IP地址

网际控制报文协议ICMP

用于主机或路由器报告差错情况和提供异常情况的报告

网际组管理协议IGMP

IP地址

IP地址 ::={<网络号>,<主机号>}

网络号：标志主机所连接到的网络，一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的
主机号：标志该主机，一个主机号在网络号所指明的网络范围内是唯一的
处于同一个网络里的网络号是相同的，网络号相同的主机之间通信是不需要经过路由器进行转发

A类地址

A类地址：网络号字段占一个字节
可指派的网络号是126个（2^7-2）

减2的原因：
1.IP地址中全0表示“本网络”
2.网络号127（01111111）保留作为本地软件换回测试本主机得进程之间的通信之用

主机号占3个字节，最大主机数是2^24-2个

减2的原因：3
1.全0的主机号表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址
2.全1表示该网络段上的所有主机

B类地址

B类地址：网络号占两个字节
实际可指派的网络数为2^14-1
主机号占2个字节，最大主机数为2^16-2

C类地址

C类地址可指派的网络数为2^21-1
最大主机数为2^8-2

环回地址

网络号为127的地址作为环回地址，127.0.0.1

特殊IP地址

网络层功能

规定数据分组的类型与格式
路由选择
路由转发
拥塞控制负载平衡，

子网划分

定义：由网络管理员将一个给定的网络分为若干个更小的部分，被分出来的更小的部分称为子网
子网划分方法：从网络的主机号借用若干位作为子网号，主机号相应减少若干个比特位
IP地址 ::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}
划分子网后增加了灵活性，但减少了能连接在网络上的主机总数

子网号和主机号规定一样，不能全为0或1 ，所以子网号最少用两位主机位数代表，最多用6位主机位数代表

子网掩码

用一个32位二进制数表示哪些是网络号，哪些是主机号，称为子网掩码。

“1”的个数表示IP地址中的网络号和子网号
“0”的个数表示IP地址中的主机号
A类地址的默认子网掩码是255.0.0.0
B类地址的默认子网掩码是255.255.0.0
C类地址的默认子网掩码是255.255.255.0

前缀长度：网络号从高位开始的连续1的个数，用“/”表示
C类网络：默认子网掩码 ==> 255.255.255.0，或者"/24"

将IP地址和子网掩码按位进行“与”运算，就可得到IP地址的网络号

路由选择

距离矢量算法和RIP（Routing Information protocol，路由信息协议）

RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离（“跳数”）纪录。
RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器，“距离”等于16时相当于不可达。
RIP只适用于小型互联网
到直接连接的网络的距离可定义为0

RIP协议特点

1.仅和相邻路由器交换信息
2.路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息（即自己的路由表）
3.按固定时间间隔交换路由信息

“收敛”：每个路由器的路由表都有整个网络的全部路由信息

优点：实现简单，开销较小
缺点：好消息传播的快，坏消息传播的慢

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