计算机网络 - 网际层

1 网际层

在计算机网络中，网际层（Internet Layer，也常称网络层 Network Layer）的出现，本质上是因为，单个局域网络内部通信的问题解决以后，人们发现不同网络之间仍然无法通信，于是需要一个负责“网络与网络之间互联”的层次。

数据链路层解决“一条链路上、一个局域网内部”的通信问题；网际层解决“跨越多个网络，把数据从一个网络送到另一个网络”的问题。

举例说明

公司A内部的计算机互联构成局域网A，公司B内部的计算机互联构成局域网B，局域网A的计算机通过MAC地址、交换机在数据链路层上互相通信，局域网B亦如此，现在局域网A想与局域网B通信，于是网际层就应运而生。

通信需要地址，该地址需要满足，全球唯一，可以表示设备属于哪个网络，可以让路由器找到方向，于是有了IP地址。

有了IP地址，在网际层上就可以把数据包从源主机经过多个网络，最终送达到目标主机。

路由器，网际层的核心设备。交换机看的是MAC地址，路由器看的是IP地址。

2 三个核心问题

地址问题

类似现实中的寄快递，MAC地址是家里的房间编号，IP地址像是国家+城市+街道+门牌号

路由问题：

怎么走？

假设，北京电脑访问美国服务器：

北京电脑
↓
北京运营商路由器
↓
上海骨干路由器
↓
美国入口路由器
↓
服务器

数据经过很多节点。每个路由器都会问：这个目标IP应该往哪个方向发送？这个过程即routing（路由）

分组问题

网际层传输的数据单位叫，packet（分组）。例如，一个文件，100MB，不会一次发送，会切成packet1、packet2、packet3，每个 packet 都带：IP Header（IP首部）和数据。

3

网络层向其上层提供的两种服务

3.1面向连接的虚电路服务

3.2 无连接的数据报服务

• 可靠通信应由用户主机来保证，
• 不需要建立网络层连接，
• 每个分组可走不同的路径，因此，每个分组的首部都必须携带目的主机的完整地址。
• 通信结束后，不需要释放连接。
  

4 IPv4

用32bit编址，如00001010 111110000 00001111 10101010，在转为十进制，10.240.15.170

编址方式

4.1 分类编址

32比特的IPv4地址划分为网络号和主机号。

网络号，标志主机（或路由器）的接口所连接到的网络。同一个网络中，不同主机（或路由器）的接口的IPv4地址的网络号必须相同，表示它们属于同一个网络。

主机号，标志主机(或路由器）的接口。同一个网络中，不同主机（或路由器）的IPv4地址的主机号必须各不相同，以便各主机（或路由器）的接口。

4.1.1 示例

4.1.2 具体规则

A类、B类和C类地址都是单播地址，只有单播地址可以分配给网络中的主机（或路由器）的各接口。

主机号为“全0”的地址是网络地址，不能分配给主机（或路由器）的各接口。

主机号为“全1”的地址是广播地址，不能分配给主机（或路由器）的各接口。

A类

B类

C类

4.2 子网编址

子网编址是对分类编址的进一步划分，借主机号的位数来作为子网，这样IPv4的地址可以进一步划分为网络号、子网号、主机号。

子网掩码表示借了主机号的多少位来作为子网号。
子网掩码也是由32比特构成的。用左起多个连续的比特1对应IPv4地址中的网络号和子网号，之后的多个连续的比特0对应IPv4地址中的主机号。

4.2.1示例

4.2.2 默认子网掩码

指在未划分子网的情况下使用的子网掩码。

4.3 无分类编址

即，无分类域间路由选择（Classless Inter-Domain Routing, CIDR）
无分类编址方法使用的地址掩码与划分子网使用的子网掩码类似，由32比特构成。
用左起多个连续的比特1对应IPv4地址中的网络前缀；
之后的多个连续的比特0对应IPv4地址中的主机号；