网络层

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重要内容

1. 虚拟互连网络的概念
2. IP地址与物理地址的关系
3. 传统的分类的IP地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择CIDR
4. 路由选择协议的工作原理

因特网采用的设计思想

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

网络在发送分组时不需要先建立连接。每个分组（即数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。

网络层不提供服务质量的承诺。即所发送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），也不保证分组传送的时限。

尽最大努力交付的好处

网路的造价大大降低，运行方式灵活，能适应多种应用。

由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，而且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。

如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。

网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，也是最重要的因特网协议之一。

与IP协议配套使用的还有三个协议：

• 地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）
• 网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）
• 网际组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）

由于网际协议IP是用来使互连起来的许多计算机网络能够进行通信，因此TCP/IP体系中的网络层常常称为网际层，或IP层。

虚拟互联网

所谓虚拟互连网就是逻辑互连网，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。

使用IP协议的虚拟互连网络可简称为IP网（IP网是虚拟的）。

使用IP网的好处是：当IP网上的主机进行通信时，就好像在一个单个网络上通信一样，而看不见互连的各网络的具体异构细节。

• 将网络互相连接起来要使用一些中间设备（中间设备又称为中间系统或中继系统）。根据中间设备所在的层次，可以划分为：

1. 物理层中继系统：转发器（repeater）
2. 数据链路层中继系统：网桥或桥接器（bridge）
3. 网络层中继系统：路由器（router）
4. 网桥和路由器的混合物：桥路器（brouter）
5. 网络层以上的中继系统：网关（gateway）

当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，仍然是一个网络。（网络互连是指用路由器进行网络互连和路由选择）路由器其实就是一台专用计算机，用来在互联网中进行路由选择。

由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献曾经把网络层使用的路由器称为网关，注意区分。

分类的IP地址

IP地址及其表示方法

整个的因特网就是一个单一的、抽象的网络。IP地址就是给因特网上的每一个主机（或路由器）的每个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。

IP地址现在由因特网名字与数字分配机构ICANN（Internet Corporation forAssigned Names and Nunbers）进行分配。

IP地址的编址方法共经历三个历史阶段：

1. 分类的IP地址：这是最基本的编址方法，在1981年就通过了相应的标准协议。
2. 子网的划分：这是对基本的编址方法的改进，其标准在1985年通过。
3. 构造超网：这是比较新的五分类编址方法，1993年提出后很快就得到推广应用。

所谓"分类的IP地址"就是将IP地址划分为若干个固定类，每一类都由两个固定长度的字段组成，其中第一个字段是网络号（net-id），它标志主机（或路由器）所连接到的网络。一个网络号在整个因特网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号（host-id），它标志该主机（或路由器）。一个主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。因此，一个IP地址在整个网络范围内是唯一的。

IP地址::={<网络号>,<主机号>}

• 分类的IP地址分为五类：
  • A类、B类、C类、D类、E类：其中A、B和C类地址是单播地址（一对一通信），是最常用的。D类地址是多播地址。E类保留为今后使用。A、B、C类地址的网络号字段分别为1，2，3字节长（8位，16位，32位），而网络号字段最前面有1~3位类别位，数值分别规定为0，10，110。

从IP地址的结构来看，IP地址并不仅仅指明一个主机，而是还指明了主机所连接到的网络。

常用点分十进制记法表示IP地址。（将每8为二进制数转换为十进制）

• IP地址具有以下一些重要的特点：
  • 每个IP地址都由网络号和主机号两部分组成。从这个意义上说，IP地址是一个分等级的地址结构。分两个等级的好处是：
    • 第一，IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号（第一级），而剩下的主机号（第二级）则由得到该网络号的单位自行分配，这样就方便了IP地址的管理。
    • 第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组，这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间以及查找路由表的时间。
  • 实际上IP地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号必须是不同的。这种主机称为多归属主机。由于一个路由器至少连接到两个网络，因此至少有两个不同的IP地址。
  • 按照因特网的观点，一个网络是指具有相同网络号的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络。
  • 在IP地址中，所有分配到网络号的网络都是平等的。
• 在两个路由器直接相连的接口处，可分配也可不分配IP地址。若分配了IP地址，则这一段连接就构成了一种只包含一段线路的特殊的"网络"。现在通常不分配IP地址，这样的网络叫做无编号网络或无名网络。

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