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网络层总结

news 2025/2/5 18:59:58

网络层任务： 分组从源主机经多个网络/多段链路传输到目的主机

两种重要的功能： 分组转发、 路由选择

网络层向其上层提供的两种服务 —— 面向连接的虚电路服务、无连接的数据报服务

面向连接的虚电路服务： 可靠通信应由网络自身来保证 广域分组交换网

首先建立网络层连接(虚电路) 逻辑连接，分组沿虚电路按存储转发方式传送

分组首部携带：①连接建立阶段完整目的主机地址 ②之后一条虚电路编号

释放虚电路连接

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虚电路服务+可靠传输的网络协议分组无差错按序传输应用：广域分组交换网

注意：电话电路交换物理连接

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无连接的数据报服务： 可靠通信应由用户主机来保证

分组的首部都必须携带目的主机的完整地址

分组可能误码、丢失、重复和失序尽最大努力交付(不可靠)

网际协议 IP

IPv4地址         每一个主机、路由器的每一个接口 分配          唯一的 32 比特的标识符

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。

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A类：

最小网络号为 0 ，表示本网络，不能指派

最小可指派的网络号为 1 ，网络地址为 1 . 0 . 0 . 0

最大可指派的网络号为 126 ，网络地址为 126 . 0 . 0 . 0

最大网络号为 127 ，作为本地环回测试地址，不能指派 127.0.0.1~127.255.255.254

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B类：

最小可指派的网络号为 128 . 0         网络地址为 128 . 0 . 0 . 0

最大可指派的网络号为 191 . 255     网络地址为 191 . 255 . 0 . 0

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C类：

最小可指派的网络号为 192 . 0 . 0                 网络地址为 192 . 0 . 0 . 0

最大可指派的网络号为 223 . 255 . 255         网络地址为 223 . 255 . 255 . 0

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无分类编址

无分类域间路由选择 （ CIDR ）

CIDR 地址块： 将网络前缀都相同的、连续的多个无分类IPv4 地址

地址解析协议ARP

IP地址映射为MAC地址

ARP请求报文（广播）目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF

ARP响应报文（单播）目的MAC地址为发送请求报文的主机MAC地址

只能在局域网内使用arp,不能跨网使用

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其他类型报文：无故ARP 检查IP地址冲突

IP数据报转发

路由器不转发广播IP数据报（路由器隔离广播域）

IPV4数据报首部格式

版本 4bit

IP 协议的版本

通信双方使用的 IP 协议的版本必须一致。目前广泛使用的 IP 协议的版本号为 4 （即 IPv4 ）

首部长度 4bit 以4B为单位

IPv4 数据报的首部长度

最小取值 为 0101( 5), 再乘以 4B 单位， 表示 IPv4 数据报首部只有 20 字节固定部分 。

最大取值 为 1111( 15) ，再乘以 4B 单位， 表示 IPv4 数据报首部包含 20 字节固定部分和最大

40 字节可变部分 。

填充

用来确保 IPv4 数据报的首部长度是 4 字节的整数倍 ，使用全 0 进行填充

区分服务 8bit

提供不同等级的服务质量

总长度 16bit 以1B为单位

表示 IPv4 数据报的长度（首部长度 + 数据载荷长度）

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标识 16bit

同一个 IPv4 数据报的 各分片数据报        有相同的标识

每 产生一个 IPv4 数据报，计数器值 加 1 ，值赋给标识字段

标志 3bit

最高位

中间位(DF don't fragment)         1 不允许分片，0 允许分片

最低位(MF more fragment) 1本分片后还有分片，0 后没有分片

片偏移 13bit 以8B为单位

分片 IPv4 数据报的 数据载荷偏移其在 原 IPv4 数据报的位置有多远

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生存时间(TTL time to live) 8bit

最大取值(1111 1111)(255)

以“ 跳数 ”为单位， 路由器收到待转发的 IPv4 数据报时，将其首部中的该字段的值减 1 ，

若结果不为 0 就转发，否则就丢弃

防止被错误路由的 IPv4 数据报无限制地在因特网中兜圈

协议 8bit

指明 数据载荷是何种协议数据单元 PDU

首部检验和 16bit

检测首部是否出现差错

IPv4 数据报每经过一个路由器，其首部中的某些字段的值（例如生存时间 TTL 、标志以及片偏移等）都可能发 生变化，因此 路由器都要重新计算一下首部检验和

二进制反码求和运算

由于网际层并不向其高层提供可靠传输的服务，并且计算首部检验和是一项耗时的操作，因此在IPv6中，路由器不再计算首部检验和，从而更快转发IP数据报

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