计网笔记 04 网络层

第4章 网络层

一、网络层概述

• 网络层核心任务：
  • 把分组从源主机传送到目标主机
  • 实现主机到主机通信
• 两大功能：
  • 转发：路由器根据转发表转发数据
  • 选路：确定最佳路径
• 核心协议：
  • IP
  • ARP
  • ICMP
  • IGMP

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二、两种分组交换网络

1. 数据报网络（Internet）

• 无连接
• 每个分组独立路由
• 可能乱序
• 可靠性由高层保证

2. 虚电路网络 VC

• 面向连接
• 先建立连接
• 所有分组走同一路径
• 按序到达

对比	数据报	虚电路
连接	无连接	面向连接
路径	动态	固定
顺序	可能乱序	按序
代表	Internet	ATM/X.25

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三、IPv4地址

1. IPv4特点

• 32位
• 点分十进制表示
• 例如：192.168.1.1

2. IP地址结构

• 网络号 + 主机号

3. 分类IP地址

类别	范围	默认掩码
A类	1~126	255.0.0.0
B类	128~191	255.255.0.0
C类	192~223	255.255.255.0

• D类：组播
• E类：保留

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四、子网划分（必考）

1. 子网掩码

• 作用：区分网络号与主机号
• 网络位全1，主机位全0

2. 求网络地址

• 网络地址 = IP地址 AND 子网掩码

例：

• IP：141.14.72.24
• Mask：255.255.192.0
• 结果：141.14.64.0

3. CIDR

• 无分类编址
• 格式：IP/前缀长度
• 例：200.23.16.0/20

• /24 → 掩码255.255.255.0

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五、IPv4数据报

1. 重要字段

字段	作用
TTL	生存时间
Protocol	上层协议
Source IP	源IP
Destination IP	目的IP
Total Length	总长度
Identification	分片标识
MF	后续还有分片
Fragment Offset	分片偏移

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六、IP分片与重组

• 原因：数据报大于MTU
• 发送端或路由器分片
• 目的主机重组

关键点

• 除最后一个分片外：
  • 数据长度必须是8字节倍数
• MF：
  • 1 = 后面还有分片
  • 0 = 最后一个分片
• 偏移量单位：
  • 8字节

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七、IP数据报转发

1. 两种交付

• 直接交付
• 间接交付

2. 路由表核心

• 目的网络
• 下一跳
• 接口

3. 最长前缀匹配

• 匹配多个路由时：
  • 选择掩码最长的

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八、ARP协议

• 作用：IP → MAC

• ARP请求：
  • 广播发送
• ARP响应：
  • 单播返回

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九、ICMP协议

1. 功能

• 差错报告
• 网络诊断

2. 常见命令

• Ping：
  • 测试连通性
• Traceroute：
  • 跟踪路径

3. 常见差错

• 目标不可达
• TTL超时

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十、路由协议

1. RIP

• 距离向量 DV
• 依据：跳数 hop count
• 最大跳数：15
• 30秒更新一次
• UDP 520端口

• 特点：
  • 简单
  • 收敛慢

2. OSPF

• 链路状态 LS
• Dijkstra算法
• 收敛快
• 适合大型网络

3. BGP

• 边界网关协议
• AS之间使用
• 运行在TCP之上
• TCP端口179

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十一、NAT（重点）

1. 作用

• 私网IP转换成公网IP

2. 私有地址

范围
10.0.0.0/8
172.16.0.0/12
192.168.0.0/16

3. PAT

• 端口复用
• 多个内网共享一个公网IP

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十二、VPN

• 虚拟专用网
• 基于Internet建立安全通道

• 核心技术：
  • 隧道
  • 加密
  • 认证

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十三、组播（Multicast）

• 一对多通信
• D类地址

• 范围：
  • 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

• 相关协议：
  • IGMP

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十四、考试高频计算

• IP AND Mask 求网络地址
• CIDR前缀转子网掩码
• 子网划分
• 分片计算：
  • MF
  • 偏移量
• 最长前缀匹配
• RIP跳数