網絡層——計算機網絡原理(本科)

第一節:網絡層服務

主要作用:將網絡層數據報從源主機發送到目的主機
功能:轉發(分組從輸入接口轉到輸出接口)、路由選擇(決定經過的路由或路徑)

第二節:數據報網絡與虛電路網絡

一、數據報網絡
按照目的主機地址進行路由選擇
特點:
1、 無連接
2、 每個分組作爲獨立數據報,路徑可能不同
3、 分組可能亂序和丟失
二、虛電路網絡
在網絡層提供面向連接的分組交換服務
特點:
1、 建立網絡層邏輯連接
2、 不需要爲每條虛電路分配獨享資源
3、 根據虛電路號沿虛電路路徑按序發送

第三節:網絡互連與網絡互連設備

一、異構網絡互連
兩個網絡的通信技術和運行協議不同
基本策略:
1、 協議轉換
2、 構建虛擬互聯網絡
二、路由器
路由器是連接兩個或多個網絡的硬件設備,在網絡間起網關的作用,是讀取每一個數據包中的地址然後決定如何傳送的專用智能性的網絡設備

第四節:網絡層擁塞控制

一、網絡擁塞——一種持續過載的網絡狀態
原因:
1、緩衝區容量有限
2、帶寬有限
3、結點處理能力有限
4、發生故障
二、流量感知路由
根據網絡負載動態調整,將網絡流量引導到不用的鏈路上,均衡網絡負載
多路徑路由,緩慢流量轉移
三、准入控制——虛電路網絡擁塞預防技術
對新建虛電路進行審覈,如果會導致網絡擁塞就拒絕建立(平均流量,瞬時流量)
四、流量調節
感知擁塞、處理擁塞
處理方法:
(1)抑制分組:給源主機返回一個抑制分組
(2)背壓:抑制分組從擁塞結點到源結點的每一跳都發揮抑制
五、負載脫落——路由器主動丟棄某些數據
丟棄新分組————丟棄老分組

第五節:Internet網絡層

一、IPv4協議——IP首部固定部分20字節
版本號:區別IPv4還是IPv6(4位)
首部長度:判斷可變部分多長(4位)
區分服務:指示哪種服務(8位)
總長度:數據報總字節數(16位)
標識:識別IP數據報(16位)
標誌:判斷是否分片(3位)
片偏移量:判斷分片位置(13位)
生存時間:在網絡轉化中的時間(8位)
協議:標識數據部分是那個協議(8位)
首部校驗和:避免首部傳送出現錯誤(16位)
源地址:發送地址(32位)
目的地址:接收地址(32位)
可選字段:長度可變(1-40字節)
IP數據報分片:
標識:判斷分片是否屬於一個IP數據報
標誌:判斷是否爲最後一個分片
片偏移:判斷分片先後順序
二、IPv4編址
IP地址:32位,點分十進制計法。
A類:0-127,B類128-191,C類192-223,D類224-239(多播地址),E類240-255(保留)
子網劃分:將一個較大(短網絡前綴)的網劃分爲多個較小(長前綴)的網
子網掩碼:定義子網網絡前綴長度
超網:將較小的子網合併爲較大的子網
路由聚合:相同路由的連續子網合併
三、動態主機配置協議——DHCP
DHCP服務器(發現——提供——請求——確認)
四、網絡地址轉換——NAT
1、從內網進入互聯網的IP數據報
將源地址替換爲合法的,同時替換端口號,記錄NAT表
2、從互聯網返回的IP數據報
通過NAT轉換表返回
五、ICMP——互聯網控制報文協議
在主機或者路由器間,實現差錯信息報告
差錯報文:終點不可達、源點抑制、時間超時、參數問題和路由重定向
詢問報文:回聲請求/應答、時間戳請求/應答
六、IPv6
1、解決IPv4地址耗盡問題
2、首部長度固定40字節
3、長度128位
4、遷移:雙協議棧、隧道

第六節:路由算法與路由協議

一、鏈路狀態路由選擇算法
全局式路由選擇算法——從其他路由器獲取鏈路狀態構建整個網絡拓撲圖(Dijksyra算法)
二、距離向量路由選擇算法
每個結點與其鄰居結點間的直接鏈路距離,及鄰居交換過來的距離向量,更新最短距離
三、層次化路由選擇
劃分自治系統——通過網關路由器——自治系統間路由協議
四、Internet路由選擇協議
1、內部網關協議
(1)RIP:距離向量路由算法(不超過15跳)
(2)OSPI:鏈路狀態路由選擇算法
2、外部網關協議——BGP

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