为期末-- 四 --网络层

四：网络层

先写一点不系统，零散的知识点；

TCP/IP体系中的网络层向上只提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务。网络层不提供服务质量的承诺，不保证分组交付的时限，所传送的分组可能出错，丢失，重复和失序。进程之间通信的可靠性有运输层负责。

4.1：网络层提供的两种服务

（1）面向连接的网络服务----虚电路服务

（2）无连接的网络服务----数据报服务

优缺点：

　　前者预约了双方通信所需的一切网络资源。优点是能提供服务质量的承诺。即所传送的分组不出错、丢失、重复和失序（不按序列到达终点)，也保证分组传送的时限。缺点是路由器复杂，网络成本高;

　　后者无网络资源障碍，尽力而为，优缺点与前者互易。

 

4.2：网际协议IP

（1）地址解析协议ARP

（2）网际控制报文协议ICMP

（3）网际组管理协议IGMP

IP网是虚拟的，因为从网络层上看，IP网就是一个统一的，抽象的网络（实际上是异构的）。IP层抽象的互联网屏蔽了下层网络很复杂的细节，使我们能够使用统一的，抽象的IP地址处理主机之间的通信问题。

 

4.试简单说明下列协议的作用:IP、ARP、RARP和ICMP。
IP协议:实现网络互连。使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与IP协议配套使用的还有四个协议。
ARP协议:是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。

RARP:是解决同一个局域网上的主机或路由器的硬件地址和IP地址的映射问题。

ICMP:提供差错报告和询问报文，以提高IP数据交付成功的机会

因特网组管理协议IGMP:用于探寻、转发本局域网内的组成员关系。

 

4.2.2：分类的IP地址

//一个IP地址再整个互联网范围内是唯一的。

　   IP地址 ::= {<网络号(Network)>，<主机号(Host)>}

　  分为A类，B类，C类单播地址，与D类多播地址。

 

（1）A类地址可指派网络数为　2^7 - 2  。减二原因是：（1）全零表示 “本网络”；（2）全一保留作为本地软件环回测试本主机的进程之间的通信之用；　　

　　  A类地址最大主机数为　2^24 - 2 。减二的原因是：（1）全零的主机号字段表示该IP地址是 “本主机” 所连接到的单个网络地址；（2）全一主机号表示该网络上所有主机。

整个A类地址空间共有 2 ^ 31个地址，占整个IP地址的空间的 50%。

（2）B类地址可指派的网络数为   2^14，因为B类地址的网络字段有2个字节，前面两位（1 0）已经固定了；

　　  B类地址最大主机数位   2^16 - 2。减二的原因与A类地址一样。

整个C类地址空间共有 2 ^ 30个地址，占整个IP地址的空间的 25%。

（3）C类地址可指派的网络数为  2^21。

　　  C类地址最大主机数为   2^8  -  2。

整个C类地址空间共有 2 ^ 29个地址，占整个IP地址的空间的 12.5%。

4.2.5：IP数据报的格式

IP数据报分为首部和数据两部分。首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的（源地址，目的地址，总长度等重要字段都是在固定首部中）。一些可变的可选字段放在固定首部的后面。

（1）版本　　占4位，指IP协议的版本，目前是IPv4；

（2）首部长度　　占4位，最常用的是20字节；

（3）区分服务　　只有在使用区分服务时，这个字段才气作用；

（4）总长度　　总长度字段为16位，因此数据包最大长度为2 ^ 16 - 1，一般不会这么大；

（5）标识　　占16位；IP软件在储存器中维持一个计数器，每产生一个数据报，计数器就加 1，并将此值赋给标识字段。

（6）标识 　　占3位，目前只有两位有意义。MF = 1 表示后面 "还有分片"，MF = 0 表示这已是若干数据报片中的最后一个。

（7）片偏移　　占13位，片偏移以8个字节为偏移单位。关于分片问题还得看P129，例 4 - 1。

（8）生存时间　　占8位，IP首部中的生产时间字段给出了IP数据报在互联网所能经过的最大路由器数，可防止IP数据报在互联网中无限制地兜圈子。

（9）协议　　占8位，协议字段指出此数据报携带的数据是使用何种协议，以便用目的主机的IP层知道应将数据部分上交给那个协议进行处理。

（10）首部检验和

（11）源地址　　占32位。

（12）目的地址　　占32位。

IP数据报分组转发算法：P134

4.5 互联网的路由选择协议

1.理想的路由算法

（1）算法必须是正确的和完整的。

（2）算法在计算上应简单。

（3）算法应能适应通信量和网络拓扑的变化。

（4）算法应具有稳定性。

（5）算法应是公平的。

（6）算法影视最佳的。

内部网关协议IGP，如RIP,OSPF。

外部网关协议EGP，BGP。

RIP：

是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，只适用于小型互联网。采用距离向量算法，基础是Bellman-Ford，细看P156,例题。

优点：实现简单，开销小。缺点：坏消息传播的慢，使更新过程的收敛时间过长。

OSPF：

是分布式的链路状态协议，适用于大型互联网。OSPF直再链路状态发生变化时，才向本自治系统中的所有路由器，用洪泛法发送与本路由器相邻的所有路由器的链路状态信息。

BGP：

BGP-4是不同ASS的路由器之间交换路由信息的协议，是一种路径向量路由选择协议。BGP力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由。而并非要寻找一条最佳路由。

主要特点	RIP	OSPF	BGP
网关协议	内部	内部	外部
路由表内容	目的网，下一站，距离	目的网，下一站，距离	目的网，完整路径
最优通路依据	跳数	费用	多种策略
算法	距离矢量	链路状态	距离矢量
传送方式	运输层UDP	IP数据报	建立TCPl连接
其他	简单，效率低，条数为16不可达，好消息传播快，坏消息转播慢	效率高，路由器频繁传播交换信息，难维持一致性	规模大，统一度量为可达性

 

 

4.6：IPv6

IPv6数据报有两大部分组成，即基本首部和后面的有效载荷。

IPv6所带来的主要变化有：

（1）更大的地址空间（采用128位的地址）。

（2）灵活的首部格式。

（3）改进的选项。

（4）支持即插即用。

（5）支持资源的预分配。

（6）IPv6首部改为8字节对齐。