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四、网络层

本章导览

共 7 个小节:网络层功能、IP 分组转发、IP 分组转发、IP 分组转发、路由选择、路由选择、网络层设备

四、网络层 · 章节总览

本章重点

  • 核心是 IP 编址 + 分组转发:IP 数据报格式、IPv4 地址、子网划分、CIDR、NAT
  • 配套协议:ARP(IP→MAC)、DHCP(自动分配 IP)、ICMP(差错报告)
  • 路由选择:RIP(距离向量)、OSPF(链路状态)、BGP(外部网关)

网络层功能

网络层功能

关键点

  • 网络层职责:逻辑通信、路由选择与分组转发(确定路径 + 沿路径送)
  • 提供无连接、不可靠的数据报服务(IP 尽力而为)
  • 新增考点 SDN(软件定义网络):控制面与数据面分离,用 OpenFlow 集中编程

新增考点——SDN 基本概念

新增考点——SDN 基本概念

IP 分组转发

IP 分组转发

关键点

  • IP 数据报含首部(TTL、协议、源 / 目的 IP)+ 数据;过大需按 MTU 分片
  • IPv4 地址 32 位,分 A/B/C/D/E 类
  • NAT(网络地址转换):私网地址 ↔ 公网地址,缓解 IPv4 地址枯竭

IP 分组转发

IP 分组转发

关键点

  • 子网划分:借主机位作子网号,用子网掩码区分网络 / 主机部分
  • CIDR(无分类编址):用 /n 前缀任意划分,路由聚合减少路由表项
  • ARP:由 IP 查 MAC(广播请求、单播应答);DHCP:动态自动分配 IP(Discover/Offer/Request/ACK)

IP 分组转发

IP 分组转发

关键点

  • IPv6:地址 128 位,解决 IPv4 枯竭,简化首部、支持自动配置,无需 NAT
  • ICMP:网络层差错与状态报告(如目的不可达、超时),封装在 IP 数据报里
  • 常用工具:ping(测连通)、traceroute(测路径) 都基于 ICMP

IP 数据报格式

IP 数据报格式

IP 数据报分片

IP 数据报分片

IPv4 地址

IPv4 地址

网络地址转换(NAT)

网络地址转换(NAT)

子网划分 & 子网掩码

子网划分 & 子网掩码

无分类编制 CIDR

无分类编制 CIDR

ARP 协议

ARP 协议

DHCP 协议

DHCP 协议

ICMP 协议

ICMP 协议

IPv6 地址

IPv6 地址

路由选择

路由选择

关键点

  • 路由协议分域内(IGP)/ 域间(EGP)
  • RIP:距离向量算法,以跳数为度量(最多 15 跳),基于 UDP(端口 520),简单但收敛慢
  • OSPF:链路状态算法,用 Dijkstra 算最短路,以带宽 / 代价为度量,收敛快、适合大网

路由选择

路由选择

关键点

  • BGP:外部网关协议,AS(自治系统)之间交换路由,基于 TCP(端口 179),选路看策略而非最短
  • IP 组播:一对多高效传输,用 D 类地址 + IGMP
  • 移动 IP:让移动主机换网络仍保持原 IP 通信(归属代理 + 外地代理)

路由算法及路由协议

路由算法及路由协议

RIP 协议及距离向量算法

RIP 协议及距离向量算法

关键点

距离向量算法 RIP 协议的报文格式 RIP 协议好消息传得快,坏消息传得慢

OSPF 协议与链路状态算法

OSPF 协议与链路状态算法

BGP 协议

BGP 协议

IP 组播

IP 组播

移动 IP

移动 IP

网络层设备

网络层设备

关键点

  • 路由器工作在 L3,按 IP 地址 + 路由表转发,隔离广播域、连接不同网络
  • 转发靠最长前缀匹配查路由表;三层交换机兼具交换与路由
  • 对比:路由器(L3、看 IP、隔广播域)vs 二层交换机(L2、看 MAC、隔冲突域)