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

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

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

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

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

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 数据报分片

IPv4 地址

网络地址转换(NAT)

子网划分 & 子网掩码

无分类编制 CIDR

ARP 协议

DHCP 协议

ICMP 协议

IPv6 地址

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

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

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

BGP 协议

IP 组播

移动 IP

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)