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计算机网络（网络层）_计算机网络网络层

作者：代码探险家 | 2024-08-23 04:52:09

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计算机网络网络层

网络层总结

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因为有MTU（最大传输单元）的限制，所以需要将数据报分片
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数据交换方式（电路、报文、分组）

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电路交换不需要存储转发（传输时延最小）

报文交换：随机动态的选择线路路径，不用事先约定好
通信双方不是完全占用一整条线路，线路利用率较高
一个目标可以同时发往多个目的地址
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分组交换：把报文切割为小的数据块（时延比报文交换短）
可靠性高（分组短，出错几率小）
通信双方不是完全占用一整条线路，线路利用率较高
需要的缓存并不用太大（一次存的数据块小）
额外的信息量且到达目的主机时分组排序（将拆分的各个分组再重新组合起来）

三种数据交换方式比较总结

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两种路由算法是用来生成路由表的（手动，自动）

下图中网关就是路由器的意思。自治系统内部使用内部网关协议，两个系统之间使用外部网关协议

给目的主机发信息的过程：在哪（在哪个网络），叫什么（是哪个主机）
一个主机可以有很多个接口，每个接口都有一个IP地址
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写成点分十进制是为了人眼便于观看

主机号为0，剩下的为网络号，各主机为1,2,3.。。一个网络中各主机的网络号相同，主机号不同
蓝色为路由器，橙色为局域网LAN，
同一个路由器的不同接口都有不同的IP地址，可连接不同的网络

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NAT路由器：用于连接专用网到外界因特网的路由器，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器
NAT路由器根据NAT转换表中的数据替换源地址或目的地址或端口号
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主机号不能全0或全1：全0为子网号，全1为广播分组

物理层链路层网络层三层设备为集线器，网桥，路由器
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路由、路由表，路由转发，转发表、数据平面、控制平面

【路由（路径选择）】路由就是指导IP数据包发送的路径信息。路由是指网络设备通过网络将信息正确传输到指定目的地的方式。
【路由器】路由器正是这样的“网络设备”。它可以根据目标网络选择“最优”的路径来决定下一跳跳向哪个路由器。
【路由器的基本功能】转发，路由选择
转发：从路由器的一个端口输入，选择一个合适正确的端口输出
路由选择：（比转发更加宏观、范围更广，有很多个路由器时如果从中选择一条最合适的路由）
数据平面（对应转发的过程）：
控制平面（对应路由选择的过程）：

【补充】最优的路径？
最优并不意味着最短，也不意味着最节约时间（因为还要考虑其他数据和整体网络的传输性能，不能太自私）。最优是要综合去评定和考虑。所以，出现各种协议和路由算法让路由器选择“最优”方式跳转。

【路由表】
路由表中存储一条条路由（在路由表中，对每一条路由，主要的信息有（目的网络ip地址，子网掩码下一跳地址））
路由表通过路由选择算法得到

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网络层两大平面

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数据平面（与转发表）

数据平面就是数据的搬运工

转发表是基于路由表得来的（根据路由表的几列属性以及主机的网卡特性）
转发vs路由选择
转发：在路由器内部，把一个分组从一个输入端口转发到输出端口，在内部
路由选择比较宏观，概念更大，在外部

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控制平面（有两种使用方法）

两种方法的数据平面都一样
【方法一】传统方法（也称每路由器法）
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【方法二】SDN（Software-Defined Networking），其中远程控制器执行控制平面的功能

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路由选择协议（三种）

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RIP协议（与距离向量算法）（内部网关协议IGP之一）

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RIP协议是指一个路由器与其相邻的路由器交换完整的路由表，每30秒交换一次（OSPF协议是只有变化时才交换）

距离向量算法
距离指的是跳数

OSPF协议（与链路状态算法）（内部网关协议IGP之二）

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链路状态路由算法

OSPF特点

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BGP协议（外部网关协议EGP之一）

BGP发言人：自治系统中的边界路由器（也可以不是）

三种路由选择协议对比

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子网掩码

网络号写1，主机号写0
子网掩码就是由一系列连续的1或0组成的二进制数，1的个数取决于网络号的位数，剩下的均为主机号（全0）

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定长子网掩码，变长子网掩码

ARP协议

功能：解决下一跳走哪的问题（即获得目的主机的MAC地址）
默认网关：网关是连接内外网的关卡，当内部主机在内部通过子网掩码找不到目的主机的IP时，寄希望于默认网关，如下图主机1与默认网关IP6通信（即主机1想知道网关IP6的MAC地址），先发请求分组IP1，IP6，MAC1. 等待网关回复自己的MAC6
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总结：如果与本网络主机通信，则只需要找到相应主机的MAC地址；如果与其他网络通信，只需要通过默认网关找到本网络的网关