网络层知识点梳理

网络层的作用
- 实现点到点服务的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止点等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术
- 网络层单位是分组
网际层协议IP
- ARP地址解析协议
  - 根据IP地址获取物理地址
- RARP反地址解析协议
  - 根据物理地址获取IP地址
- ICMP网际控制报文协议
  - 通过CMP传输控制消息，控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息（ping）
- IGMP网际组管理协议
  - 管理网络协议多播组成员的一种通信协议。IP主机和相邻的路由器利用IGMP来创建多播组的组成员。组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费
IP地址
- IP地址概念
  - IP地址
    - 是IP协议的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽逻辑地址的差异
  - 组成
    - 4字节（32位），一般用点分十进制表示
  - IP地址和MAC地址区别
    - IP地址是逻辑地址，mac地址是物理地址
    - mac地址是唯一的（也被称为物理地址），IP地址不是唯一的
    - mac地址主要工作在第二层（数据链路层），IP地址在网络层
    - mac地址48位，IP地址（IPv4 32位）（IPv6 128位）
    - IP地址分配取决于网络拓扑，mac地址分配取决于制造商
- IP地址组成(主机地址+网络地址)
  - 主机地址/主机号
    - 标识某一台设备的地址
  - 网络地址/网络号
    - 标识某一个网段的地址
  - 子网掩码
    - 指明IP中哪些位表示主机地址，哪些位表示网路地址（子网掩码中全一为网络号）
    - 必须结合IP地址一起使用
    - 用于区分网络号和主机号
- IP地址分类
  - A类
    - 1.0.0.1到127.255.255.254
    - 1字节网络号，3字节主机号
    - 第一位以0开头，第一字节0~127
    - 子网掩码：255.0.0.0
    - 大规模网段（16777214台）
  - B类
    - 128.0.0.1到191.255.255.254
    - 2字节网络号，2字节主机号
    - 第一位以10开头，第一字节128~191
    - 子网掩码：255.255.0.0
    - 中规模网段（65534台）
  - C类
    - 192.0.0.1-233.255.255.254
    - 3字节网络号，1字节主机号
    - 第一位以110开头，第一字节192~223
    - 子网掩码：255.255.255.0
    - 小规模网段（254台）
  - D类
    - 224.0.0.0到239.255.255.255
  - E类
    - 保留
  - 特殊地址（不可用）
    - 网络地址
      - 主机号全0
    - 广播地址
      - 主机号全1
    - 回环地址
      - 127.0.0.1
- IPv6
  - IPv4无法满足需求，出现匮乏
  - 使用16字节，16进制
  - 以上都是IPv4，会有资源匮乏
子网划分（在主机号上划分）
- 概念
  - 利用子网划分减少地址浪费，将一个大的有类网络，划分成为若干份小的子网，使得IP地址的使用更为科学
  - 更加精细划分网络号和主机号
  - 网络掩码一般与IP地址结合使用，其中1对应IP的网络位，0对应主机位
- VLSM
  - 可变长子网掩码。为了有效的使用无类别域间路由（CIDR）和路由汇聚（route summary）来控制路由表大小
  - 是网络管理员常用的IP寻址技术，VLSM就是其中的常用方式，可对子网进行层次化编址，以便最有效利用现有的地址空间
- *给IP地址和子网掩码求网段
- *给有类地址，划分子网
网络层的路由（实验）
- 路由（寻找路径）
  - 路由是什么？
    - 路由（routing）是指分组从源到目的地时，决定端到端的网络范围的进程。路由是指导报文转发的路径信息，通过路由可以确认转发IP报文的路径。
      - 路由是网络层的主要工作任务
  - 路由器
    - 网络层的基本设备
    - 数据转发
    - 一个端口对应一个网段，路由器中存放着通往各个网段的表，叫路由表
  - 路由表
    - 路由表（routing table），是存储在路由器或联网计算机中的电子表格，路由表存储着指向特定网络地址的路径
  - 网关(理解为一个大网段中的门)
    - 网关（Gateway）又称网间连接器、协议转化器。用于两个高层协议不同的网络互联。网关既可以用于广域网互联，又可以用于局域网互联
  - 路由获取方式
    - 直连路由
    - 静态路由
    - 动态路由
- 路由的配置方式
  - 静态路由
    - 管理员手工配置，适用结构简单的网络
      - 静态路由（记录在路由表中，去哪个网段，往哪走）
      - 缺省路由（不知道去哪个网段，默认往一个方向走）
        特殊，报文没有找到匹配的具体表项时使用
  - 动态路由协议
    - 通过路由协议自动配置
      - 动态路由
        通过动态路由协议实现不同网段的网络互通
      - 动态路由协议
        *RIP
        RIP(路由信息协议)
        
        基于矢量（跳数）的动态路由协议（只管经过了多少路由器、选择少的）
        
        适用于中小规模的网络拓扑，最大跳数为15跳
        
        *OSPF
        OSPF（开放式最短路径优先）
        
        基于链路状态的协议（选出最优的链路，更合理）
        
        使用SPF算法（迪杰斯特拉算法），计算最短路径，树形协议
        
        大规模，天生防环，划分区域
        
        RIP与OSPF区别
        RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态
        
        RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络
        
        OSPF支持可变长度子网掩码（VLSM），RIP不支持
        
        OSPF的收敛速度比RIP的更加迅速
        
        OSPF防环，RIP不防环
        
        BGP
        自治系统间的路由协议
        
        IS—IS
        IS—IS（Intermediate System-to-Intermediate System, 中间系统到中间系统）与OSPF类似，通。IS—IS是基于路由路划分区域、OSPF利用接口划分