四、网络层
4.1 网络层服务
网络层完成的功能：
网络层核心功能：
- 路由和转发功能
- 连接建立功能
网络层提供的一些服务模型：
4.2 虚电路和数据报网络
4.2.1 虚电路网络
之所以是虚电路，因为使用分组交换而不是电路交换进行数据报传输
虚电路尽管不是一个实际的电路交换，但是仍然借用了一些电路交换的术语
VC的具体实现：
虚电路信令协议：
现在的Internet使用数据报服务，没有使用虚电路
4.2.2 数据报网络
IP地址是一个32位的地址，如果都缓存在路由器的数据报转发表里面，是不可能的
可以建立一个 "ip地址范围"->"输出链路" 的转发表
但是，往往地址范围的划分不够完美
最长前缀优先匹配：
- 在检索转发表时，优先选择与分组目的地址匹配前缀最长的入口(entry)
数据报网络和虚电路网络的对比：
4.3 IPv4协议
Internet网络层功能
主机和路由器的网络层实现的功能：
4.3.1 IP数据报
IP数据报的格式：
- 版本号字段占用4位：IP协议的版本号，如果是IPv4则是4，IPv6则是6
- 首部长度字段4位：IP分组首部长度
-- 注意，每进一位代表4个字节，因为4位长度最多表示数字15，需要把4位组成的数字乘以4来表示首部长度。eg: 1000 -> 8*4=32个字节 - 服务类型(TOS)占8位，致使期望获得哪种类型的服务。一般情况下不适用，取0
- 总长度占16位，IP分组的总字节数(首部+数据)，于是最大IP分组长度65535B，最小的IP分组首部20B，IP分组可以封装的最大数据655355-20=65515B
- 生存时间8位：IP分组在网络中可以通过的路由器数量(跳步数)，经过一次分组，路由器使TTL-1，为0时丢弃分组
- 协议8位：指示IP分组封装的是哪个协议的数据报，实现复用/分解，6为TCP，17为UDP
- 首部校验和16位：实现对IP分组首部的差错检测
- 源IP地址和目的IP地址：各占16位，分别标志发送分组的源主机/路由器(网络接口)和接收分组的目的主机/路由器(网络接口)的IP地址
- 选项字段占长度可变，范围在1~40B：携带安全、源选路径、时间戳和路由记录等内容
4.3.2 IP数据报分片
最大传输单元MTU
由于不同链路的MTU不同，当路由器MTU1 > MTU2时产生传输问题。
在某些时候，可以将大IP分组分片。注意，分片在目的主机进行组装
在首部的标识中，标识一个IP分组
注意片偏移量以8位单位
IP分片的过程：
4.3.3 IP编址
IP子网
4.3.4 有类IP地址
有类编址方法，一种二分编址方法：
一些有特殊意义的特殊IP地址：
私有IP地址
4.3.5 IP子网和子网划分
使用主机ID部分进行子网划分
引入子网掩码，来进行子网划分
一个C类子网划分的例子：
子网掩码的应用：
4.4 CIDR与路由聚集
CIDR无类地址：
可以提高IPv4地址空间分配效率，可以把多个子网聚合为一个较大的子网，构造超网。又称为路由聚集
如下图，将右边的ip地址聚合为一个大的子网
解决黑洞现象：
下面的子网的某一段地址位于上面子网的地址范围内，如果没有机制能够将信息发送到组织1，则会造成黑洞现象，数据无法到达。
所以需要下面的子网和网络共同记录这个组织的地址范围，在路由匹配时，依照最长前缀匹配优先原则，选择更加具体的路由。
4.5 DHCP协议
动态主机配置协议
如何获得IP地址？
通过硬编码：
DHCP 动态主机配置协议 Dynamic Host Configuration Protocol
DHCP协议：
工作过程：
4.6 NAT
网络地址转换技术
NAT产生的动机：
如何实现？
一个NAT内部网络使用端口号标识内部的主机，端口号用16bit表示，可以同时支持60000多并行连接
NAT存在的问题：
解决方法：
4.7 ICMP协议
互联网控制报文协议
iCMP报文的格式：
4.8 IPv6简介
IPv6数据报的格式：
其他改变：
IPv6地址表示形式：
IPv4和IPv6如何共存？
4.9 路由算法
将网络抽象成图，链路就是边的费用
4.9.1 链路状态路由算法
实际上就是Dijkstra算法
4.9.2 距离向量路由算法
实际上就是Bellman-Ford算法
4.9.3 层次路由
一种路由策略
自治系统间路由如何选择的问题，有多个网关可以到达的情况：
4.10 Internet路由
4.10.1 RIP协议
A转发到C后，通告路由器D，路由器D更新到z网的路由表
失效问题：
RIP路由表是由应用程序实现的：
4.10.1 OSPF 开放最短路径算法
