网络层知识总结

网络层

1.网络层提供的两种服务

虚电路(VC):面向链接的，由网络确保提供可靠的服务。借鉴与电信网络。两个计算机通信前先建立链接。

数据报服务：网络层向上只提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力交付数据报服务。

网络层不提供服务质量承诺。

依据：计算机比电话机智能，有很强的差错处理能力。由于传输网络不

提供端到端的可靠服务，因此路由器可以设计的简单，价格低廉。

2.网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中最主要的协议之一。IP协议配套使用的有：

地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)

逆地址解析协议RARP(Reverse Address Resolution Protocol)

网际控制报文协议ICMP(Internet Control Message Protocol)

网际组织管理协议IGMP(Internet Group Management Protocol) ICMP和IGMP使用IP协议

IP协议使用ARP和RARP协议

IP协议实现网络互连，使参与互连的性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络

3.什么是虚拟互联网络(逻辑互联网络)

互连起来的物理网络的异构性本来是客观存在的，但利用IP协议可以使这些性能各异的网络在网络层看起来好像是一个统一的网络。

网络的异构性：由于用户需求不同，网络技术发展，导致网络体系中存在不同性能，不同网络协议的网络。(那么如何使这种存在差别的网络连接到一起，感觉像是一种网络没有障碍的通信——>使用相同的网际协议IP，构成一个虚拟互联的网络。比如我们通信的过程中，有段网络使用了卫星链路，有的使用了无限局域网，但是IP协议可以使信息在这些网络传输)。

用来连接异构网络的设备：路由器。

4.将网络互连起来要使用一些中间设备，根据中间设备所在层次不同分为：

(1)物理层使用的中间设备转发器(repeater)

(2)数据链路层使用的中间设备网桥或桥接器(bridge)

(3)网络层使用的中间设备路由器(router)

(4)网络层以上使用的中间设备网关(gateway)

转发器和网桥只是把网路扩大(因此，由转发器和网桥连接起来的若干个局域网仍属于一个网路，只能有一个网路号(主机号不同))

路由器实现网络互连（路由器的每一个接口都有不同的网络号IP地址）

5.IP地址和物理地址

物理地址：数据链路层和物理层使用的地址

IP地址：网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址(因为IP使用软件实现的)

1.IP地址放在IP数据报首部，硬件地址则放在MAC帧首部

2.在局域网中，只能看见MAC帧。MAC帧在不同的网络上传送时，其MAC帧首部

的源地址和目的地址是要发生变化的。

3.在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。

4.IP地址有32位，局域网的硬件地址是48位

6.物理地址与IP地址的匹配<——>ARP与RARP

（由物理地址怎样找到对应的IP地址/由IP地址怎样找到对应的物理地址）

由于DHCP已经包含RARP现在很少单独使用RARP

ARP：在主机ARP高速缓冲中存放一个由IP地址到硬件地址的映射表，并且这个表还动态更新（新增和超时删除）。映射表中存放本局域网各主机和路由器IP地址到硬件地址的映射表。

同一局域网中，ARP解决IP地址到硬件地址映射问题：

当主机A向本局域网内某主机B发送IP报，先在自己的ARP高速缓冲中查看有无主机B的IP地址。如果有，根据IP地址找到对应的硬件地址，将硬件地址写入MAC 帧中，然后把该MAC帧发往此硬件地址。

当B刚入网，或A刚开机ARP高速缓冲中是空的，则A自动运行ARP，找出B 的硬件地址。

1)ARP进程在本局域网广播发送一个ARP请求分组，主要内容是“我的IP地址

是，硬件地址是00-00-C0-15-AD-18,我想知道IP地址为主机的硬件地址”。

2)本局域网所有主机都收到此分组，但是只有目的IP会写入自己的硬件地址，

以普通的单播ARP响应分组响应。同时，B也会把A的IP地址与硬件地址写

入自己的ARP高速缓冲中。

3)A收到后，将B的IP和硬件地址写入ARP高速缓冲中。

不同局域网中，ARP解决IP地址到硬件地址映射问题：

A无法直接找到远程主机B的硬件地址。A首先将A所在局域网的路由器IP解析为硬件地址，将IP数据报传送到路由器。路由器从转发表中找到下一跳路由，同时用ARP解析出下一跳路由的硬件地址…直至最后。

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。

为什么这样说当主机A要与另一个网络主机B通信时，首先A是通过ARP找到路由器R1，这是一次ARP的使用，即在A和R1的局域网中使用，由R1找B或与B相连的路由器R2，是在R1和B或R1和R2的局域网中使用的ARP，这是又一次使用ARP，所以说ARP是解决同一个局域网上的IP地址和硬件地址的映射问题。

7.ARP高速缓冲每一个映射项目都设置了生存时间。超过生存时间的项目就删除掉。B的

网络适配器（网卡）坏掉等都会造成B的硬件地址变化。

8.既然在网络链路上传递的帧最终是按照硬件地址找到目的主机的，那么为什么不直接使

用硬件地址进行通信，而是使用抽象的IP地址并调用ARP来寻找相应的硬件地址（I P 地址的意义）

因为全世界存在各种各样的网络，使用不同的硬件地址。要使这些异构的网络能够相互通信需要非常复杂的硬件地址转换工作，这由用户主机来完成几乎是不可能的，有了统一的IP地址，通信就像连在一个网络上，并且ARP工作过程是由软件自动完成的。

9.网际控制报文协议ICMP

为了更有效地转发IP数据报和提高交付成功机会，使用ICMP(Intetnet Control

Message Protocol),ICMP不是高层协议，而是IP层协议。

ICMP分为两种：ICMP差错报告报文和ICMP询问报文

ICMP询问报文请求报文的应用ping 应用层直接使用网络层ICMP的一个例子，没有通过TCP或UDP

ICMP差错报告报文时间超时的应用traceroute IP数据报中包含不可交付的UDP 10.路由选择协议（核心：路由算法）：使用何种方式获得路由表中各项目

由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应进行调整分为