计算机网络——网络层(定义&IP协议)
定义与功能
资源子网通过通信子网连接在一起,网络层主要涉及通信子网
OSI(开放式系统互联通信参考模型)的定义:
网络设备间如何传输数据;根据唯一的网络设备地址路由数据包;提供流量和拥塞控制以防止网络资源的损耗——虚电路服务
TCP/IP协议
网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力的数据报服务,这就是IP(internet protocol)的主要功能——数据报服务
虚电路
建立连接,相同路径,虚电路号
数据报服务
无连接,各自选路,完整信息,顺序不定,不可靠
对比
主流采用数据报,主要看重容错能力,某个中间节点失效不影响整体的传输
internet采用数据报服务——IP网
基于IP的虚拟互联网络,不需要考虑中间的传输过程,只需要知道数据传输的目的地。
造价大大降低,运行方式灵活,网络可靠性高,适应多种应用
主要问题
寻址,路由
IP地址
IP地址是分配给设备的,全球范围内唯一的标识
IPV4由32位(4字节)组成,IPV6由128位(16字节)组成
分类IP地址
A,B,C,D,E由两个固定长度的字段组成
一个是网络号(net-id),表示设备所连接到的网络
另一个字段则是主机号(host-id),表示该设备
由前几位作为分类标识
特殊的IP地址
NAT地址转换协议
路由器将数据报的源地址转换换为全球地址,发送到internet
IP数据封装格式
是由首部和数据部分组成
首部分为两个部分:
前一部分为固定长度,20字节,是所有IP包必须具有的
后一部分是可选字段,长度可变
版本:指IP协议的版本,4或者6
首部长度:固定字节部分和可变部分的总长度(不包含数据部分)
区分服务:服务类型(实际没有用到)
总长度:首部和数据之和,最大为65535字节(超过则需要切片)
标识:表示分片后的同一数据
标志:三位(起作用的是两位)一是MF(1表示“还有分片”,0表示“最后一个”)二是DF(DF=0时允许分片)
片偏移:表示当前数据报在元数据中的位置
生存时间(TTL):可通过路由器数(跳数)的最大值,没经过一个-1,为0时丢弃
协议:当前数据报应该由哪一个上层协议进行处理
首部校验和:只针对于首部信息完整性的校验
源地址和目的地址:字面意思
可选字段:排错,测量,安全等措施,长度可变,从1-40字节不等,实际很少被用到。
基本路由过程
路由表
主机号与端口号(不常用)
网络号与端口号的对应关系(常用)
目的网络:IP地址(主机号为0代表整个网段)
下一跳:网关,到达目的网络的下一个节点
转发过程
- 从数据首部提取目的主机的IP地址D,得出目的网络N
- 若网络N与此路由器相连,把数据报直接交付目的主机D;否则是间接交付,执行3
- 若表中有目的地址D的主机路由,则把数据报传送到路由表中记录的下一跳路由器;否则执行4
- 若表中有到达N的路由记录,则把数据传送到记录的下一跳路由器,否则执行5
- 若路由表中有一个默认路由,则把数据传送给路由表中的默认路由器;否则执行6
- 向上一层报告转发失败
ARP协议
与IP协议配套使用的有四个协议:
地址解析协议 ARP
逆地址解析协议 RARP
网际控制报文协议 ICMP
网际组管理协议 IGMP
ICMP(网际控制报文协议)
该协议带来了以下这些常用的网络相关概念
Ping,Ipconfig,ARP,Route,Tracert,Netstat
- 回送请求和应答
- 时间戳请求和应答
资料来源:北京交通大学、李春艳——计算机网络与互联网