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第四章：网络层

1. 虚电路服务和数据报服务的对比

2. 分类的 IP 地址

3. IP 地址与硬件地址，地址解析协议 ARP

4. IP 数据报的格式  

5. IP 层转发分组的流程

6. 划分子网（子网掩码、划分子网、使用子网时分组的转发）

7. 无分类域间路由 CIDR

8. 网际控制报文协议（ICMP）

9. 路由选择协议（静态和动态路由选择、内部网关协议、外部网关协议、路由器的构成）

10. IPv6（IPv6 和 IPv4 的对比）

11. 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT

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第四章：网络层

1. 虚电路服务和数据报服务的对比

虚电路服务：只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照存储转发方式传送，并不是真正建立了一条物理连接。
数据报服务：网络在发送分组时不需要先建立连接，不进行编号，向其上层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务

2. 分类的 IP 地址

 

3. IP 地址与硬件地址，地址解析协议 ARP

•         虚拟地址、软件地址、逻辑地址
•         网络层和以上各层使用
•         放在IP数据部的首部

MAC地址：

• 固化在网卡上的ROM中
• 硬件地址、物理地址
• 数据链路层使用
• 放在MAC帧的首部

地址解析协议ARP 

 

 

 如果两台主机不在同一个局域网怎么办？→ppt79页

使用 ARP 的四种典型情况：

1.发送方是主机，要把 IP 数据报发送到本网络上的另一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。

2.发送方是主机，要把 IP 数据报发送到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。

3.发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到本网络上的一个主机。这时用 ARP 找到目的主机的硬件地址。

4.发送方是路由器，要把 IP 数据报转发到另一个网络上的一个主机。这时用 ARP 找到本网络上另一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。

4. IP 数据报的格式  

 

 

首部长度——占 4 位，可表示的最大数值 是 15 个单位(一个单位为 4 字节)， 因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节。 

区分服务——占 8 位，用来获得更好的服务。 只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。 在一般的情况下都不使用这个字段

总长度——占 16 位，指首部和数据之和的长度， 单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。 总长度必须不超过最大传送单元 MTU。

标识 (identification) ——占 16 位， 它是一个计数器，用来产生 IP 数据报的标识。

标志(flag) ——占 3 位，目前只有前两位有意义。
标志字段的最低位是 MF (More Fragment)。 MF=1 表示后面还有分片，MF=0 表示最后一个分片。
标志字段中间的一位是 DF (Don't Fragment) 。 只有当 DF=0 时才允许分片。

片偏移——占 13 位，指出：较长的分组在分片后 某片在原分组中的相对位置。 片偏移以 8 个字节为偏移单位。

生存时间——占 8 位，记为 TTL (Time To Live)， 指示数据报在网络中可通过的路由器数的最大值。

协议——占 8 位，指出此数据报携带的数据使用何种协议， 以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给那个处理过程

首部检验和——占 16 位，只检验数据报的首部， 不检验数据部分。这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法。

源地址和目的地址都各占 32 位。

5. IP 层转发分组的流程

分组在互联网中是逐跳转发的。

基于终点的转发：基于分组首部中的目的地址传送和转发。

6. 划分子网（子网掩码、划分子网、使用子网时分组的转发）

 

 

7. 无分类域间路由 CIDR

 

 

8. 网际控制报文协议（ICMP）

ICMP (Internet Control Message Protocol) 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。它主要用于在IP主机和路由器之间传递控制消息，报告网络通信中的各种问题

ICMP 是互联网的标准协议。

但 ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。

9. 路由选择协议（静态和动态路由选择、内部网关协议、外部网关协议、路由器的构成）

 

OSPF 工作过程 

1，确定邻站可达。

• 相邻路由器每隔 10 秒钟要交换一次问候分组。
• 若有 40 秒钟没有收到某个相邻路由器发来的问候分组，则可认为该相邻路由器是不可达的。

2，同步链路状态数据库。

• 同步：指不同路由器的链路状态数据库的内容是一样的。
• 两个同步的路由器叫做完全邻接的 (fully adjacent) 路由器。

3，更新链路状态。 

• 当链路状态发生变化，路由器采用洪泛法向全网更新链路状态。
• 每个一段时间刷新链路状态。

 

10. IPv6（IPv6 和 IPv4 的对比）

特性	IPv4	IPv6
地址空间	约43亿个地址（2^32）	约3.4 x 10^38个地址（2^128）
地址表示	点分十进制（例如：192.168.1.1）	冒号分隔的十六进制（例如：2001:db8::1）
路由效率	较低，由于地址分类和子网划分	较高，地址分配更灵活，减少路由表大小
配置	通常需要手动配置或使用DHCP自动获取	支持无状态地址自动配置（SLAAC）
安全性	非设计部分，通常需要额外的安全协议如IPSec	内置IPSec支持
头部格式	复杂，包含多个可选字段	简化，减少处理时间
扩展性	有限，地址耗尽问题严重	考虑了扩展性，支持更多服务和协议
兼容性	大多数现有网络设备和软件都支持	新设备和软件支持，但兼容性仍是挑战
过渡机制	不需要特别的过渡机制	需要过渡技术，如隧道技术（6to4、ISATAP、Teredo）和双栈部署

11. 虚拟专用网 VPN 和网络地址转换 NAT

虚拟专用网（VPN，Virtual Private Network）是一种常用于连接中大型企业或团体内部网络的技术，它允许远程用户和分支机构通过一个公共网络（通常是互联网）以一种安全的方式访问企业内部网络资源。VPN的主要目的是提供一种加密的、安全的连接方式，使得数据传输过程中的隐私和完整性得到保护。