本文章内容包括：
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网络层IP协议相关
- IP协议
- 子网划分
- 简单路由过程
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网络层其他协议
- ARP与RARP
- ICMP协议
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IP的路由算法
- 路由的概述
- 内部网关路由协议
- 外部网关路由协议
1.网络层的作用
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决定数据在网络的路径（网络路由）
网络层概述
2. IP协议详解
2.1 虚拟互联网络
路径选择
A ——> B的路径可以有很多，我们把整个复杂的网络拓扑结构看成一个虚拟互联网络。
- IP协议使得网络层屏蔽底层细节，而专注网络层的数据转发
- IP协议【解决了虚拟网络中数据报传输路径的问题】
2.2 IP协议
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IP地址长度为32位，常用点分十进制来表示
IP头部的信息
IP首部
- 第一行：
- 版本（4位）：IPv4或者IPv6
- 首部长度（4位）：取值为0-15，代表IP首部长度为0-60个字节
- 服务类型（8位）：TOS
- 总长度（16位）：IP数据报的总长度（IP首部+IP数据）
- 第二行：
- 16位标识、3位标志、13位片偏移
- 第三行：
- TTL（8位）：TTL可以防止IP数据报在网络中无限转发。IP数据报每次进过一个设备，TTL减一，TTL等于0时丢弃该IP数据报。
- 协议（8位）：表明IP数据携带的数据具体是什么协议（如：TCP、UDP）
- 首部校验和（16位）：校验IP首部是否出错
- 第四行：
- 源IP地址
- 第五行：
- 目的IP地址
2.3 路由表
- 路由表：路由表和MAC地址表类似，都是以键值对的形式存在数据链路层和网络层中。
- 路由表中存的是目的IP地址和对应的下一条IP地址。
- 计算机和路由器中，都存有路由表。
路由表
2.4 IP协议的转发流程
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仅从网络层的角度看待转发
转发流程
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从网络层和数据链路层看待路由转发
第一步
第二步
第三步
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数据【每一跳的MAC地址都在变化】
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IP数据报【每一跳的目的IP地址始终不变】
3. ARP协议
- ARP（Address Resolution Protocol）：地址解析协议
- 目的是将 【网络层IP32位地址】——>【数据链路层MAC48位地址】
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ARP缓存表用来存储IP地址和MAC地址映射关系
ARP缓存表
- 如果没有缓存：ARP会广播一个数据报到除了发送以外的所有端口，并接受到来自其他端口的回应，并记录该地址。
- ARP缓存表中的记录并不是永久的，有一定期限
ARP数据格式
ARP数据格式
4. 子网划分
A、B、C类地址
- 特殊的主机号
- 主机号全为0表示当前网络段
- 主机号全为1表示广播地址
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特殊的网络号
特殊的网络号
A、B、C类地址的数量
4.1 子网掩码
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子网掩码和IP地址一样都是32位，是由连续的1和连续的0组成的，用来快速判断某个IP地址属于哪个子网号。
子网掩码
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当一个C类网络需要划分成两个子网时，子网掩码就延伸到第25位，这样一个可分配254个IP地址的C类网络，就被划分成两个可分配127个IP地址的子网。
子网掩码
4.2 无分类编址CIDR
CIDR
CIDR斜线记法
CIDR地址数
5 网络地址转换NAT技术
- 主要思想是利用端口号，进行内网和外网地址的转换。
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转换过程在路由器完成。
NAT
6 路由表的工作原理
路由表
- 下一跳地址怎么来的？
- 下一跳地址唯一的吗？
- 下一跳地址是最佳的吗？
- 路由器那么多，他们怎么协同工作？
6.1 RIP协议
- RIP协议把网络的条数（hop）作为DV算法的距离
- RIP协议【每隔30s】交换一次路由信息
- RIP协议认为【跳数>15】的路由为不可达路由
6.2 RIP协议过程
- 路由器初始化路由信息（两个向量Di和Si）
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对相邻路由器X发过来的信息，对信息的内容进行修改（下一跳地址设为X，所有距离加1）
i. 检索本地路由，将信息中新的路由插入到路由表中
插入新的路由
ii. 检索本地路由，对于下一跳为X的，更新为修改后的信息
更新
iii. 检索本地路由，对比相同目的的距离，如果新信息的距离更小，则更新本地路由表
对比留距离更小的
- 如果3分钟没有收到相邻的路由信息，则把相邻路由设为不可达（16跳）
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