计算机网络复习

第一章:
数字化，信息化，网络化

电信网络，有线电视网络，计算机网络

随着技术的发展，电信网络和有线电视网络都逐渐融入了计算机网络

因特网是仅次于全球电话网的世界第二大网络，最大的计算机网络

计算机网络向用户提供的最重要的两个功能：连通性，共享


网络的网络是互联网，因特网是最大的互联网，把连通在因特网上的计算机称为主机。

网络中的结点可以是：计算机，集线器，交换机，路由器等。

网络把许多计算机连接到一起，而因特网则把很多网络连接到一起。

网络发展的三个阶段：从单个网络ARPANET向互联网发展的过程、建成了三级结构的因特网、形成了多层次ISP结构的因特网。

ISP即因特网服务提供商。

因特网交换点：IXP

主干ISP，地区ISP，本地ISP

IXP的主要作用是允许两个网络直接相连并交换分组，不需要在通过第三个网络来转发分组，IXP常采用工作在数据链路层的网络交换机。

万维网：WWW

因特网主要分为两部分：
1.边缘部分：有所有连接在因特网上面的主机组成；
2.核心部分：由大量网络和连接这些网络的路由器组成；

端系统可以是一台个人电脑，一个可以上网的手机，可以是一个网络摄像头，也可以是一个非常复杂的大型计算机。

计算机通信的对象是应用层中的应用进程。

C/S结构，客户和服务器的通信可以是双向的，客户和服务器都可以发送和接收数据。实际上客户和服务器指的都是在计算机中的进程。

P2P：对等连接方式，本质上看仍然是使用客户-服务器方式，无非是双方都同时作为客户和服务器。

在网络核心部分起特殊作用的是路由器，他是一种专用计算机，路由器是实现分组转发的关键构件，他的任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。

建立连接-通话-释放连接，这种交换方式称为电路交换，在通话的全部时间中，通话的两个用户始终占用端到端的通信资源。

分组交换采用存储转发技术，通常把我们要发送的整块数据称为报文，发送报文之前，先把较长的报文分为一个个等长数据段，在每一个数据段之前加上必要的首部，就构成了一个分组。分
组又称为包，分组的首部可以叫做包头。

在因特网核心部分的路由器之间一般都用高速链路相连接，在边缘的主机接入到核心部分则通常采用相对较低速率的链路连接。

路由器存储的是一个个短分组，而不是整个报文，并且是存储在内存中而不是磁盘中。

分组交换在传送数据之前不必先占用一条端到端的通信资源，在那一段链路上传送时，才占用这段链路的通信资源。分组

到达一个路由器后，先暂时存储下来，查找转发表，然后从一条合适
的链路转发出去。

采用存储转发的分组交换，实质上采用了在数据通信的过程中断续分配传输带宽的策略。且采用分组交换，不用先建立连接就能向其他主机发送分组。

为了提高分组交换网的可靠性，因特网的核心部分常采用网状拓扑结构。

分组交换带来的问题就是时延问题；

三种交换方式的对比：
电路交换：整个报文的比特流连续的从源点直到终点，好像在一个管道中传送。
报文交换：整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来之后查找转发表，转发到下一个结点。
分组交换: 每个分组传送到下一个结点，存储下来之后查找转发表，转发到下一个结点。


计算机网络的定义：一些互相连接的，自治的计算机的集合。

广域网 WAN ，城域网 MAN ,局域网 LAN, 个人区域网 PAN,无线个人区域网 WPAN

按网络的使用者来分，网络分为：公用网，专用网。

用来把用户接入到因特网的网络称为接入网（AN），他又称为本地接入网或居民接入网，接入网既不属于网络的边缘部分，也不属于核心部分，接入网是从某个端系统到某个端系统的路径中
，由这个端系统到第一个路由器之间的一些物理链路所组成。

计算机网络的性能指标：
1.速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据的速率，也称为数据率或比特率。
2.带宽：在计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”；
3.吞吐量：表示在单位时间内通过某个网络（或信道，接口）的数据量。
4.时延：分为 发送时延，传播时延，处理时延，排队时延。
发送时延=数据帧长度/发送速率。
传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率。
总时延等于四种时延相加。

对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率。

时延带宽积表示在发送的第一个比特即将到达终点的时候，发送端已经发送了的比特数。

时延带宽积=传播时延*带宽。

往返时间RTT表示发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认总共经历的时间。

利用率：分为信道利用率和网络利用率，信道利用率指的是当前信道有几分之几的时间是被利用的，信道利用率并非越高越好，因为以此会导致各种时延的增大，网络利用率指的是所有信道
利用率的加权平均值。

当前时延=空闲时延/1-网络利用率；

当网络利用率达到其容量的1/2的时候，时延就要加倍。当网络的利用率接近1时，网络的时延接近于无穷大。


信

道和网络利用率过高会导致非常大的时延。

把计算机网络的各层及其对应协议的集合称为网络的体系结构。


具有五层协议的体系结构
1.物理层
2.数据链路层
3.网络层（网际层）
4.传输层
5.应用层

把对等层次之间传送的数据单位称为该层的协议数据单元PDU。

协议是控制两个对等实体（或多个实体）进行通信的规则的集合。

要能清楚区分服务和协议的区别，详见P31.

把层与层之间交换的数据的单位称为服务数据单元SDU，也就是说可以是一个PDU分为多个SDU，也可以是一个SDU分为多个PDU。

路由器在转发分组的时候最高只用到了网络层而没有用到运输层和应用层。

TCP/IP协议允许IP协议在各式各样的网络构成的互联网上运行。

internet指的是互联网 Internet指的是因特网。






第二章：物理层


物理层烤炉的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

用于物理层的协议也称为物理层规程。

物理层规程即物理层协议。

数据在计算机中通常采用并行传输方式，但是在具体的通信线路上面一般都采取串行传输方式。


数据通信系统分为三大部分：源系统，通信系统，目的系统。

源系统分为两部分：源点，发送器。

目的系统分为两部分:终点，接收器。

典型的发送器和接收器是调制器和解调器。

通信方式分为三种：单向通信（单工通信），双向交替通信（半双工通信），双向同时通信（全双工通信）。

来自信源的信号称为 基带信号，对基带信号的调制有两种方法：1.基带调制（编码）调制之后仍为基带信号 2.带通调制，调制之后为带通信号。

常用编码方式：归零制，不归零制，曼彻斯特编码（具有自同步能力），查分曼彻斯特编码。

基本带通调制方法：调幅，调频，调相。

正交振幅调制QAM。

码元传输速率越高，信号传输的距离越远，噪音干扰越大，传输媒体质量越差，都会导致接收端波形失帧越严重。

奈式准则：在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会造成严重的码间串扰，从而使接收端对码元的判决称为不可能。

如果信道的频带越宽，那么就可以用更高的速率传送码元而不产生码间串扰。

信噪比指的是信号的平均功率(S)和噪音的平均功率(N)之比，用dB（分贝）作为单位。

信噪比=10log10(S/N)；

香农公式指出：信道的极限信息传输速率 C=Wlog2(1+S/N);(W为信道的带宽)。
香农公式表明，信道的带宽或者信道的信噪比越大，信道的极限传输速率就越高。
香农公式的意义：只要信息传输速率低于信道的极

限传输速率，那么一定有某种方法可以时限无差错的传输。

对于频道带宽已经确定的信道，如果信噪比也不能再提升，码元的传输速率也达到了上限值，我们只能通过编码的方式使每一个码元携带更多比特的信息量，以此来提升信道的传输速率。

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，他就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通道。传输媒体可以分为两大类：导引型传输媒体和非导引型传输媒体。在非导引型传输媒体中电
磁波的传输常称为无线传输。

导引型传播媒体：

1.双绞线（屏蔽双绞线（STP），非屏蔽双绞线（UTP）），导线越粗，通信距离越远，价格越高。
2.同轴电缆
3.光缆(一根光缆中可以集成若干根光纤)（多模光纤，单模光纤），多模光纤只适合近距离传输，而单模光纤则没有这种限制。单模光纤比多模光纤要细的多。
4.架空明线（基本已不使用，在农村和一些边远地区可能还有使用）。


非导引型传播媒体：

自由空间即非导引型传播媒体。
使用各种频率的波段，低频，中频，高频，甚高频，特高频，超高频，极高频
短波通信（高频通信），一般都是低速传输。
无线电微波通信:地面微波通信，卫星通信。
卫星通信的最大特点是通信距离远，另一特点就是具有较大的传播时延。卫星通信适合于广播通信，因为他的覆盖面非常广。但卫星通信的保密性是比较差的。
红外通信
激光通信



信道复用技术：

复用是通信技术中的基本概念。

复用会付出一定的代价（共享信道由于带宽较大因而费用也较高，再加上复用器和分用器）。

频分复用FDM，频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（这里的带宽指的是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用TDM，时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度，每一个用户所占用的时隙是周期性的出现（其周期就是TDM帧的长度），因此TDM帧也称为等时信号。时分复用更加有
利于数字信号的传输。

复用器和分用器总是成对的使用。

当用户暂时无发送数据时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，其他用户即使一直有数据要发送，也不能使用这些空闲的时隙。

统计时分复用STDM，是一种改进的时分复用，他能明显的提高信道的利用率。集中器常使用这种统计时分复用。每一个STDM帧中的时隙数小雨连接在集中器上的用户数，统计时分复用不是固
定的分配时隙，而是按照需要动态的分配时隙，他是把缓存中的数据方式STDM帧，当一个帧的数据放满了，就发送出去。在输出线路上，一个用户占用的时隙并

不是周期性的出现，因此统计
时分复用又称为异步时分复用。普通的时分复用称为同步时分复用。

使用统计时分复用的记住起也叫做智能复用器。

波分复用WDM就是光的频分复用。

在一根光纤上复用两路光载波信号，称为波分复用，在一条光纤上面复用几十路或更多路数的光载波信号，使用密集波分复用DWDM。

掺饵光纤放大器EDFA。

码分复用CDM，人们更常用的名词是码分多址CDMA，即每一个用户可以在同样的时间使用相同的频带进行通信。

码分复用最初是用于军事通信的，因为这种系统发送的信号抗干扰能力强，不易被敌人发现。

CDMA现在已经广泛用于民用移动网络，采用CDMA可提高通信的语音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大系统的容量（是使用GSM的4至5倍）
。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的mbit码片序列，当发送比特1时，发送码片序列本身，发送比特0时，发送该码片序列的反码。我们按照惯例把码片序列中的0写为-1，把1写为+1.

将一个比特转换成m个比特的码片，实际发送的数据率提升到了之前的m倍，占用的频道宽度也提升到了之前的m倍，这汇总通信方式称为扩频，常用的有直接序列扩频DSSS，码片序列就是这一
类，还有一种是调频扩频FHSS。

CDMA系统的一个重要特点就是这种体制分配给每一个站的码片序列不仅必须各不相同，而且还必须正交，即规格化内积为0，每一个站和其它站的码片序列反码的向量的内积也是0，和本身的
内积是1，和本身反码的内积是-1.

在向量内积的基础上除以位数称为向量的规格化内积。


宽带接入技术：

从接入媒体来看，宽带接入技术分为有线宽带接入技术和无线宽带接入技术。


我们在本章中讨论有线宽带接入技术。

1.ADSL技术
非对称数字用户线ADSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使他能够承载宽带数字业务。ADSL的下行带宽(从ISP到用户)都远远大于上行带宽。

ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线的信噪比密切相关，ADSL采用在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器，我国目前使用的是离散多音调DMT，DMT调制技术采用频分复用
的方法。ADSL不能保证固定的数据率。

ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线，而不需要重新布线，ADSL调制解调器有两个插口，较大的是RJ-45插口，和PC相连，一个是RJ-11插口，用来和电话分离器相连。

ADSL并不适用于企业，因为它的上行速度无法满足需求，企业一般选用对称DSL，即SDSL。


2.光纤同轴混合网（HFC），他是在有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接

入网，除了可以传送电视节目，还能提供电话，数据和其他宽带交互型业务。使用HFC网接入到因特网，要使用
一个调制解调器，称为电缆调制解调器，他不需要成对使用，只需安装在客户端。

ADSL技术能保证速度纸杯该用户一人独自占用，但HFC网则会在多用户时共同分担网速，这一点很糟糕。


FTTx技术

光配线网ODN，没有电源的光配线网称为无源光网络PON。

光线路终端OLT是连接到光纤干线的终端设备。把收到的下行数据发往光分路器，光分路器用广播的方式向所有的用户端的光网络单元ONU。

光纤到户FTTH，光纤到小区FTTZ,光纤到路边FTTC，光纤到大楼FTTB，光纤到楼层FTTF，光纤到办公室FTTO，光纤到桌面FTTD。

从ONU到用户的PC一般使用以太网连接。

物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。

数据是运送消息的实体，而信号是数据的电器或电磁的表现。



第三章：数据链路层

数据链路层属于计算机网络中的底层，数据链路层使用的信道主要有一下两种类型：

1.点对点信道。(一对一)使用PPP协议。
2.广播信道。（一对多）使用CSMA/CD协议


数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测。

适配器，转发器，集线器，网桥，以太网交换机的作用和使用场合。

当路由器在交换路由信息时，根据使用的路由选择协议不同，也有可能需要使用运输层协议。

当需要在一条线路上传送数据时，除了必须有一条物理线路外，还不许有一些必要的通行协议来控制这些数据的传输，把实现这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路。现在最
常用的方法是使用网络适配器来实现这些协议，一般的适配器都包括了数据链路层和物理层这两层的功能。

把链路分为物理链路和逻辑链路，逻辑链路是在物理链路上面加上一些必要的通信协议。

在数据链路层，协议和规程也是同义词。

点对点信道的数据链路层的协议数据单元是 帧。

网络层协议数据单元是IP数据报（简称为数据报，分组，包）。

把网络层交下来的IP数据报添加首部和尾部封装成帧。

首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。

每一种数据链路层协议都规定了所能传送的帧的数据部分长度上限--最大传送单元MTU。

帧定界符：SOH控制字符放在一帧的最前面表示帧的首部开始，EOT表示帧的结束。

SOH的十六进制编码是01，EOT的十六进制编码是04.

透明传输详见p69.

差错检测：在数据链路层广泛使用了循环冗余检测CRC，FCS是帧检验序列，是冗余码。（循环冗余检

验用于检验比特差错）
把收到的每一个帧都除以同样的余数P（模二运算），最后检查得到的余数R。如果传输过程没有差错，进过CRC检测后得出的余数R肯定是0；
在数据链路层若仅仅使用循环冗余检验CRC差错检验技术，只能做到对帧的无差错接受。


传输差错有：帧丢失，帧重复，帧失序。


PPP协议就是用户计算机和ISP进行通信是所使用的数据链路层协议。

PPP协议必须能够在同一条物理链路上同时支持多种网络层协议，且只支持点对点的链路通信。此外，PPP协议只支持全双工链路！
！
PPP协议的三个组成部分：
1.一个将IP数据报封装到串行链路的方法。
2.一个用来建立，配置和测试数据链路连接的链路控制协议LCP
3.一套网络控制协议NCP。


PPP首部的第四个字段是2字节的协议字段：0X0021 信息字段是IP数据报 ，0XC021 信息字段是PPP链路控制协议LCP的数据 ，0X8021 信息字段是网络层的控制数据。


PPP协议的零比特传输：只要发现有5个连续的1，就立即填充一个0，因此进过这样的零比特填充后的数据，就可以保证在信息字段不会出现6个连续1.也就不会被误认为是标志字段F（0X7E）,
前提是再此之前先找到一个F用来确定一个帧的边界。

PPP协议已经不是纯粹的数据链路层的协议，还包含了物理层和网络层的内容。

局域网的数据链路层：网络为一个单位所拥有，且地理范围和站点数目均有限
。
局域网按照网络拓扑进行分类，可分为：星形网，环形网，总线网。



共享信道的划分方法：
1.静态划分信道；


2.动态媒体接入控制，又称多点接入：随机接入,受控接入。随机接入有可能产生碰撞。


局域网的数据链路层分为逻辑链路控制子层（LLC）和媒体接入控制子层（MAC）。

网络接口卡（NIC），又称网卡。现在的计算机中都嵌入了这种适配器，不再使用单独的网卡。

计算机的硬件地址就在适配器的ROM中，而计算机的软件地址-IP地址，在计算机的存储器中。

CSMA/CD协议：载波监听多点接入/碰撞检测协议


以太网发送的数据都采用曼彻斯特编码的信号。

多点接入就是说明这是总线型网络，协议的实质是载波监听，碰撞检测。

载波监听：就是用电子检测技术检测总线上面有没有其他计算机也在发送。只是借用一下载波这个名词，不在在发送前，还是发送中，每个站都必须不停的检测信道，在发送前检测信道，是为
了获得发送权。

电磁波在1KM电缆上的传播时延约为5US。

在局域网的分析中，常把总线上的单程端到端传播时延记为t.(实际上是套，打不出来)

最迟要经过多长时间才能检测到有没有

发生碰撞，这个时间最多就是两倍的总线端到端的传播时延2t.

在使用CSMA/CD协议时，一个站不可能同时进行发送和接收，因此使用CSMA/CD协议的以太网不可能进行全双工通信而只能进行半双工通信。

以太网发送的不确定性。

争用期为2t，又称碰撞窗口。直到经过征用期这段时间还没发现碰撞，才能坑定这次发送不会发生碰撞。详见P84，包括协议规定的具体退避时间，还有重传次数之类的一定要看。

凡是长度小于64字节的帧都是由于冲突而异常终止的无效帧。

强化碰撞：当发送数据的站一旦发现发生了碰撞时，除了立即停止发送数据外，还要继续发送32比特或者48比特的人为干扰信号。

以太网规定了帧间最小间隔为9.6US。

10BASE-T，10代表10Mb/S的数据率，BASE表示连接线上的信号是基带信号，T代表双绞线。F代表光纤。

10BASE-T以太网又称星型总线或者盒中总线

集线器一般都有少量的容错能力和网络管理能力。

S（max）=1/1+a, a=t/T0 ,单程端到端时延t ，帧的发送时间T0，

以太网的MAC层：
在局域网中，MAC地址又称物理地址或MAC地址。

为局域网规定了一种48位的全球地址，是指局域网上的每一台计算机中固话在适配器的ROM中的地址。

如果一台计算机上的适配器更换了，相应的硬件地址也就改变了。

局域网的地址应当是每一个站的名字或标识符。

发往本站的帧有三种：
单播帧，多播帧，广播帧。

嗅探器使用的是设置为混杂方式的网络适配器。

从MAC子层向下传到物理层时还要在帧的前面加上8字节。前七个字节是前同步符，第八个字节是帧开始定界符

MAC帧的FCS字段的检验范围不包括前同步符和帧开始定界符。

以太网不需要帧结束定界符。

MAC帧的首部和尾部共有18个字节。

无效的MAC帧：
1.帧的长度不是整数个字节。
2.用收到的帧检验序列FCS查出有差错。
收到的帧的MAC客户数据字段的长度不在46—1500之间，包括首部的话，在64—1518之间。
收到的无效帧直接删除，以太网不负责遗传丢弃的帧。
由于以太网采用了曼彻斯特编码，所以长度字段并没有意义。



扩展的以太网：
在物理层扩展以太网。很早以前用转发器，现在通常使用集线器在物理层扩展以太网。使用光纤和一对光纤调制解调器来扩展主机和集线器之间的距离。

在数据链路层扩展以太网。

这种扩展的网络在网络层看来仍然是一个网络。


使用集线器在物理层扩展以太网带来的缺点；

1.增大了碰撞域的范围，但是网络的吞吐量只有之前的的每一个未连接的以太网那么大，而并非几个以太网的吞吐量相加。
2.如果使用了不同的

以太网技术，那么就不可能用集线器将他们互联起来。


集线器基本是多端口的转发器。


在数据链路层扩展以太网要用到网桥：它根据MAC帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。

最简单的网桥有两个接口。两个以太网通过网桥连接起来后，就成为了一个覆盖范围更大的以太网，原来的每个以太网就可以称为一个网段。

网桥依靠转发表来转发帧，转发表也叫做转发数据库或者路由目录。

用一个网段中的主机之间发送转发帧不需要借助于网桥。

使用网桥可以带来以下好处：

1.过滤通信量，增大吞吐量：网桥上的每一个网段都是一个独立的碰撞域，这样的话，吞吐量就是个网段吞吐量的代数和。
2.扩大了物理范围；
3.提高了可靠性：当网络出现故障时，一般只影响个别网段。
4.可互联不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网。



使用网桥带来的缺点：
1.增加了时延，因为网桥对收到的帧要先存储和查找转发表。
2.在MAC子层并没有流量控制功能。
3.网桥只适合于用户不太多和信息量不太大的以太网。否则有时候会因为传播过多的广播信息而产生网络拥塞，这就是网络风暴。


以太网交换机其实就是多接口的网桥。
交换机工作在数据链路层。

虚拟局域网其实是只是局域网给用户提供的一种服务，而 并不是一种新型局域网。

100Mb/s以太网的争用期是5.12us,帧间最小间隔现在是0.96us,都是10Mb/s以太网的1/10;

吉比特以太网：
1：允许在1Gb/s下全双工和半双工两种工作模式。
2：使用IEEE.802.3协议规定的帧格式。
3：在半双工方式下使用CSMA/CD协议。
4：向下兼容（与10BASE-T,100BASE-T技术向后兼容）

。
10GE只工作在全双工模式，因此不存在争用期问题，也不使用CSMA/CD协议。

使用以太网进行宽带接入：

把PPP协议中的PPP帧再封装带以太网中来传输，这就是1999年公布的PPPOE；意思是在以太网上运行PPP。

现在的光纤宽带接入FTTx都要使用PPPOE的方式进行接入。

使用这种方式接入到因特网时，子啊用户家中不需要使用任何调制解调器，用户家里只要有一个RJ-45的插口就好。

因为在ADSL进行宽带上网时，虽然也是使用的PPP帧，但是有序是用电话线传送PPP帧，这和以太网已经没什么关系了，所以这种上网方式不能称为以太网上网，二十利用电话线宽带接入到
因特网。


数据链路层使用的信道只要有点对点信道和广播信道两种。

数据链路层的三个基本问题：封装成帧，透明传输，差错检测。

点对点协议PPP可同时支持多种网络层协议。

PPPOE是为宽带上网的主机使用的链路层协议。

计算机与外界局域网的

通信要通过通信适配器，它又称为网络接口卡或网卡，计算机的硬件地址就在适配器的ROM中。

目前的以太网基本都是使用集线器的的双绞线以太网，这种以太网在物理上是星形网，但在逻辑上是总线型网。集线器工作在物理层，他的每个接口仅仅简单的转发比特，不进行碰撞检测。

以太网的适配器有过滤功能，他只接收单播帧，广播帧，多播帧。

以太网交换机实质上就是多接口的网桥，它工作在全双工方式。



第四章 网络层

设计思路：网络层向上只提供简单灵活的，无连接的，经最大努力交付的数据报业务。在发送分组之前不需要建立连接，每一个分度独立发送，与前后的分组无关，网络层不提供服务质量的
承诺。

网际协议IP：
与它配套使用的三个协议：

1.地址解析协议ARP；
网际控制报文协议：ICMP
网际组管理协议：IGMP

网络接口层=物理层+数据链路层（个人认为基本相符）。


物理层使用的中间设备叫做转发器（集线器也在物理层，但并不算是和转发网络有关的器件）；

数据链路层使用的中间设备叫做网桥和桥接器。

网络层使用的中间设备叫做路由器。

在网络层以上使用的中间设备叫做网关！！！

互联网可以由多种异构网络构成，这点务必牢记。

IP地址就是给连接在因特网上的每一个主机在世界范围内的唯一的一个32位的标识符。

IP地址编制方式的三个阶段：
1.分类的IP地址。
2.子网的划分。
3.构成超网。


对于分类的IP地址的划分，在网络好字段的最前有1-3为的类别位。（使用点分十进制记法）。

A类地址的类别位为 0.
B类地址的类别位为 10.
C类地址的类别位为 110.

对于每一类地址所允许分配的最大主机数，得出相应的数值减去两个位置即可，这两个位置一个是主机号字段全为0，表示当前主机连接到的单个网络地址，一个是主机号字段全为1，表示该网络
上面所有的主机。

IP地址的一些重要特点
：
1.每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成。
2.实际上IP地址是标志一个主机和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络的时候，他就必须同时拥有两个相应的IP地址，网络号是必须不同的，这种主机称为多归属主机。
3.用转发器和 网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络。
4.在IP地址中，所有分配到网络号的网络都是平等的，因特网平等的对待每一个IP地址。



用网桥互联的网段仍然是一个局域网，所以只能由一个网络号。

路由器总是具有两个或者两个以上的IP地址，即路由器的每一个接口都有一个不同网络号的IP地址。


IP地址和硬件地址：

物

理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（IP地址是用软件实现的，所以这样称呼）。

MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址，这两个地址都在MAC帧的首部中。

MAC地址就是物理地址，硬件地址。

IP地址放在IP数据报的首部，硬件地址则放在MAC帧的首部，在网络层和网络层以上使用的是IP地址，在数据链路层和数据链路层以下使用的是硬件地址。

当IP数据包放入数据链路层的MAC帧中以后，整个的IP数据报就称为MAC帧的数据。因此数据链路层看不见数据报的IP地址。


地址解析协议ARP

由于是IP协议使用了ARP协议，所以就把ARP协议归为网络层协议。

还有一个就得协议叫做逆地址解析协议RARP，但是现在的DHCP协议包含了RARP协议的功能。

每一个主机都设有一个ARP高速缓存（ARP cache），里面有本局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。

当主机A要向本局域网上的主机B发送IP数据报的时候，就先到他的ARP cache中查看有无主机B的IP地址，如果有，就在ARP cache中查出其对应的硬件地址，并且这个硬件地址写入MAC帧，然后
通过局域网把该MAC帧发往此硬件地址。

如果不使用ARP cache，那么任何一个主机只要进行一次通信，就必须在网络上用广播方式发送ARP请求分组。

ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。


从IP地址到硬件地址的解析是自动进行的，主机的用户对这种地址解析过程是不知道的。只要主机或路由器要和本网络上的另一个已知IP地址的主机或路由器进行通信，ARP协议就会自动的把这个IP地址
解析为链路层所需要的硬件地址。


一个IP数据报由首部和数据两部分组成，首部的前一部分是固定长度，共20字节。

介绍固定首部中几位常用的：

标志（flag）：占3位，目前只有两位有用，最低位记为MF,MF=1表示后面还有分片的数据报，MF=0表示这已经是若干数据报片中的最后一个。
中间一位记为DF，只有DF=0时才允许分片。

片偏移：占13位，片偏移指出，较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。片偏移以8个字节为一个单位，也就是说，每个分片的长度一定是8字节的整数倍。

源地址：占32位。

目标地址：占32位。

首部检验和：占16位，只检验数据报的首部，不检验数据部分。

IP数据报首部的可变部分：此字段的长度可变，从1个字节到40个字节不等。

在IP数据报的首部写上的IP地址是源IP地址和目的IP地址，而没有中间经过的路由器的IP地址。既然IP数据报中没有下一跳路由器的IP地

址，那么待转发的数据报又怎样能够找到下一跳路由器
呢?
是这样的，当路由器收到一个待转发的数据报，在从路由表的出下一跳路由器的IP地址后，不是把这个地址填入IP数据报，而是送交数据链路层的网络接口软件。网络接口软件负责把下一跳
路由器的IP地址转换成硬件地址（ARP），并将此硬件地址放在MAC帧的首部，然后根据这个硬件地址找到下一跳路由器。



划分子网又称子网寻址，或子网路由选择。

划分子网纯属一个单位内部的事情，本单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网组成，因为这个单位对外仍然表现为一个网络。

划分子网的方式是从网络的主机号借用若干位作为子网号，当然主机号也就相应减少了同样的位数。于是两级IP地址在本单位内部就变成了三级IP地址。

划分子网只是把IP地址的主机号这部分进行在划分，而不改变IP地址原来的网络号。

子网掩码中的1对应于IP地址中的网络号和新增加的子网号，0对应于现在的主机号。

虽然没有规定子网掩码一定要用连续的1，但是建议还是这样做比较好。

使用子网掩码的好处：不管网络有没有划分子网，只要把子网掩码和IP地址进行每一位的与运算，就立即得出网络地址来。

现在的因特网nag的标准规定：所有的网络都必须使用子网掩码，同时在路由器的路由表中也必须有子网掩码这一栏，如果一个网络不划分子网，那么该网络的子网掩码就使用默认子网掩码。
子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性。

子网数是根据子网号subnet-id计算出来的，若subnet-id有n位，则共有2的n次方中可能的排列，除去全0和全1这两种情况，就得出表中的子网数。

随着无分类域间路由选择CIDR的广泛使用，现在全1和全0的子网号也可以使用了。但是一定要谨慎使用，要弄清楚你的路由器所用的路由选择软件是否支持全1或者全0这种比较新的用法。

划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机总数。

我们要注意到，使用子网划分之后，路由表必须包含以下三项内容：目的网络地址，子网掩码，下一跳地址。


无分类域间路由选择CIDR：

CIDR有两个主要特点：

1.CIDR消除了传统的A类，B类和C类地址以及划分子网的概念。前面的部分是网络前缀，后面的部分则用来指明主机，因此CIDR使IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址，但是
这已经是无分类的两级编址。CIDR还使用“斜线记法”，或称为CIDR记法，就是在IP地址后面加上斜线“/”，然后协商网络前缀所占的位数。

为了更方便的进行路由选择，CIDR使用32位的地址掩码，地址掩

码，CIDR使用的地址掩码也可继续称为子网掩码。

注意，“CIDR不使用子网”是指CIDR并没有在32位地址中指明若干位作为子网字段，但分配到一个CIDR地址块的单位，仍然可以在本单位内根据需要划分出一些子网。这些子网也都只有一个
网络前缀和一个主机号字段，但子网的网络前缀比整个单位的网络前缀要长些。

由于一个CIDR地址块中有很多地址，所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。

这种地址的聚合常称为路由聚合。路由聚合也称为构成超网。

把大学四个系的路由聚合为大学的一个路由（构成超网），是将网络前缀缩短，网络前缀越端，其地址块所包含的地址数就越多。而在三级结构的IP地址中，划分子网是使网络前缀变长。
最长匹配前缀：在使用CIDR是，由于采用了网络前缀这种记法，IP地址由网络前缀和主机号这两个部分组成，因此在路由表中的项目也要有相应的改变，这时，每个项目由网络前缀和下一跳
地址组成。但是在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果，这个时候我们应该选择所能匹配的最长的地址。