网络层（一）

博主： Xherlock
发布时间：2022 年 05 月 12 日
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3087字数
分类：计算机网络

# 网络层（一）

## 网络层概述

每台主机和路由器中都有一个网络层部分，路由器负责检查所有经过它的IP报文头部区域

**两大重要功能：**

* 转发（forwarding）：将分组从路由器的输入链路移动到合适的输出链路
* 路由（routing）：决定分组所采用的路由或路径（计算路径的算法——**路由选择算法**）

每台路由器有一个转发表，检查抵达分组的头部，使用这些头部值在其转发表里索引，来转发分组

![image-20220511224316307.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/676052334.png)

第三种重要功能：**建立连接**（eg：ATM、frame relay、X.25、MPLS），两个终端主机，同时路由器也参与

### 网络服务模型

定义了分组在发送与接收端系统之间端到端运输特性：

* 确保交付
* 具有时延上界的确保交付
* 有序分组交付
* 确保最小带宽
* 安全性

【**尽力而为服务**】

![image-20220511225347354.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/2691193644.png)

## 虚拟电路和数据报网络

**分组交换的两种网络**

* 数据报网络：eg：Internet，提供网络层无连接服务
* 虚拟电路网络：eg：ATM、frame delay、X.25、MPLS，提供网络层连接服务

和运输层不同的地方：

| 对比     | 运输层             | 网络层             |
| ---------- | -------------------- | -------------------- |
| 服务     | process-to-process | host-to-host       |
| 没有选择 | 连接和无连接可同时 | 连接或无连接       |
| 应用于   | 终端系统           | 网络核心和终端系统 |

### 虚拟电路网络

组成：

* 源主机和目的主机之间的路径
* VC编号，每个路径连接有一个编号
* 路由器中沿路径转发表中的条目

每个虚拟电路的分组都携带VC编号，而不是IP地址，VC编号在每条链路上会改变（由转发表决定）

![image-20220512085310174.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/3636440575.png)

虚电路中三个明显不同的阶段：虚电路建立、数据传送、虚电路拆除

**虚拟电路的建立**

![image-20220512085518654.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/40834577.png)

* 信令报文（signaling message）：终端系统发送到网络中来初始化或结束VC的报文、路由器间传输来建立VC的报文
* 信令协议：用来交换报文

和传输层建立连接不同点在于网络层VC的建立连接不仅包含两个终端，还包含了路由器

### 数据报网络

* 没有呼叫建立连接
* 路由器不保持端对端的连接状态
* 路由器中分组的转发使用目的主机地址（相同源-目的对的分组可能会走不同的路径）

因为IP地址很多，所以转发表里列出的是**一系列范围地址而不是单个的**

![image-20220512090806301.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/3486958673.png)

具体范围实例

![image-20220512090849238.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/475815072.png)

路由器使用分组目的地址的前缀与该表中的表项进行匹配，存在多个匹配时，采用**最长前缀匹配**

从上图中提取前缀如下

![image-20220512091151061.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/1810359646.png)

当目的地址=11001000 00010111 00010**110 10100001**	使用0接口

当目的地址=11001000 00010111 00011000 **10101010**	使用1接口（由最长匹配知不匹配接口2）

Datagram：边缘复杂、核心简单

## IP：网络协议

![image-20220512093836504.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/1455827619.png)

### **IP数据报格式（IPv4）**

![43C1726C97A3FC882096118B28AE3097.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/3497389830.png)

关键字段：

* 版本号：4比特
* 首部长度：不包含可变选项时，通常由20字节的首部，4比特
* 服务类型：8比特
* 数据包长度：首部+数据（很少超过1500字节），16比特
* 标识、标志、片偏移：与IP分片、重组有关
* 寿命（TTL，time-to-live）：确保数据不会永远在网络中循环，每经一台路由器处理，TTL-1，减为0时丢弃该数据报
* 上层协议：指明IP数据报的数据部分应交给哪个特定的运输层协议（eg：6&rightarrow;TCP，17&rightarrow;UDP)
* 首部检验和：首部每两个字节当作一个数，反码求和；在每个路由器处都要重新计算（TTL字段值变化），检测到错误路由器通常会丢弃分组

【运输层不是已经差错检测了吗，为啥还要网络层差错检测？①IP层只是对IP首部计算检验和，而TCP/UDP是对整个报文段进行检测；②TCP/UDP和IP不一定属于同一个协议栈】
* 源和目的IP地址：32位
* 选项：时间戳、记录采用的路由、确认访问的路由器列表

### IP分片

并不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组，链路层能承载的最大数据量为**最大传送单元**（maximum transmission unit，**MTU**）

问题：在不同链路层协议中MTU不同，可能会碰到大于MTU的IP分组，这时候需要用到分片，分开后在目的地重组

![image-20220512100445017.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/1519445239.png)

【**重点**】

![image-20220512100615930.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/494450686.png)

最后修改：2022 年 06 月 16 日

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顶点软件
你写得非常清晰明了，让我很容易理解你的观点。
mars
博主你好，请问怎么知道的alloc函数属于Buffer下的方法...
lj
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Mr.Guan
:@(赞一个)
Typecho
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网络层（一）

Xherlock • 2022 年 05 月 12 日

# 网络层（一）

## 网络层概述

每台主机和路由器中都有一个网络层部分，路由器负责检查所有经过它的IP报文头部区域

**两大重要功能：**

每台路由器有一个转发表，检查抵达分组的头部，使用这些头部值在其转发表里索引，来转发分组

![image-20220511224316307.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/676052334.png)

第三种重要功能：**建立连接**（eg：ATM、frame relay、X.25、MPLS），两个终端主机，同时路由器也参与

### 网络服务模型

定义了分组在发送与接收端系统之间端到端运输特性：

* 确保交付
* 具有时延上界的确保交付
* 有序分组交付
* 确保最小带宽
* 安全性

【**尽力而为服务**】

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## 虚拟电路和数据报网络

**分组交换的两种网络**

* 数据报网络：eg：Internet，提供网络层无连接服务
* 虚拟电路网络：eg：ATM、frame delay、X.25、MPLS，提供网络层连接服务

和运输层不同的地方：

### 虚拟电路网络

组成：

* 源主机和目的主机之间的路径
* VC编号，每个路径连接有一个编号
* 路由器中沿路径转发表中的条目

每个虚拟电路的分组都携带VC编号，而不是IP地址，VC编号在每条链路上会改变（由转发表决定）

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虚电路中三个明显不同的阶段：虚电路建立、数据传送、虚电路拆除

**虚拟电路的建立**

![image-20220512085518654.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/40834577.png)

* 信令报文（signaling message）：终端系统发送到网络中来初始化或结束VC的报文、路由器间传输来建立VC的报文
* 信令协议：用来交换报文

和传输层建立连接不同点在于网络层VC的建立连接不仅包含两个终端，还包含了路由器

### 数据报网络

* 没有呼叫建立连接
* 路由器不保持端对端的连接状态
* 路由器中分组的转发使用目的主机地址（相同源-目的对的分组可能会走不同的路径）

因为IP地址很多，所以转发表里列出的是**一系列范围地址而不是单个的**

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具体范围实例

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路由器使用分组目的地址的前缀与该表中的表项进行匹配，存在多个匹配时，采用**最长前缀匹配**

从上图中提取前缀如下

![image-20220512091151061.png](http://xherlock.top/usr/uploads/2022/05/1810359646.png)

当目的地址=11001000 00010111 00010**110 10100001**	使用0接口

当目的地址=11001000 00010111 00011000 **10101010**	使用1接口（由最长匹配知不匹配接口2）

Datagram：边缘复杂、核心简单

## IP：网络协议

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### **IP数据报格式（IPv4）**

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关键字段：

### IP分片

并不是所有链路层协议都能承载相同长度的网络层分组，链路层能承载的最大数据量为**最大传送单元**（maximum transmission unit，**MTU**）

问题：在不同链路层协议中MTU不同，可能会碰到大于MTU的IP分组，这时候需要用到分片，分开后在目的地重组

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【**重点**】

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