网络层
2023-04-25 21:08:03 12 举报AI智能生成
网络层
作者其他创作
大纲/内容
IP协议
定义
ip (Internet Protocol) 互联网协议，网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交互的数据报服务。
IP地址
数字标签，与使用ip 协议进行通信的计算机网络连接
作用
网络接口标识
地址寻址
IPv4
32位二进制组成
分为4组8位二进制数
每8位转10进制就是常见IP地址形式
5类IP地址
A类:1字节的网络地址和3字节的主机地址
为大型网络设计
保留私有地址范围10.0.0.0~10.255.255.255
B类：2字节的网络地址和2字节的主机地址
最高位必须是10
可用B类网络16382个，每个可容纳6w多主机
保留私有地址范围172.16.0.0～172.31.255.255
C类：3字节的网络地址和1字节的主机地址
最高位必须是110
个IP，每个网络容纳254个主机
保留私有地址范围192.168.0.0～192.168.255.255
D类：用于多点广播（Multicast）
最高位必须是1110
被保留用于多点广播
E类地址
以11110开始
为将来保留使用
IPv4地址不足问题
nat网络地址转换协议
将内网地址转为公网ip的协议，实现多层网络地址转换
速度:较慢，私有ip 访问公网内容时，要经过多层网络
兼容性:在 ipv4 基础上使用，完全兼容ipv4网络设备。
安全：较为安全，公网服务需要穿过多次网络才能访问
IPv6
使用 128 位二进制数字作为 ip 地址
速度：较快,直接通过公网 ip 进行通信
兼容性:在ipv4基础上发展出来，兼容ipv4协议,但是早期的网络不兼容，需要更换网络设备。
安全:安全性较低：直接暴露在公网上
ARP协议
根据主机的ip 地址获取主机的mac 地址
每个主机都有一个 ARP 高速缓存，包括本局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到 MAC 地址的映射表
过程
A 使用缓存的 ARP 表根据 B 的 ip 地址查找 mac 地址
如果找到MAC 地址，就可以发送消息
如果没有，A 就会发送一个局域网广播的 ARP 请求 B 的 MAC
这个消息被局域网内所有的计算机接受，即洪泛
B 返回一个包含 MAC 和 IP 地址的 ARP 响应消息
B 可以将 A 的一个条目插入到它的 ARP 表中，以备将来使用
ICMP协议
因特网控制报文协议，辅助网络层通信
不传输数据，只传输控制信息
验证网络是否畅通
确认接收方是否成功接收到 IP 数据包
辅助 IP 协议实现可靠传输
若发生 IP 丢包，ICMP 会通知发送方 IP 数据包被丢弃的原因，之后发送方会进行相应的处理
场景
PING
即因特网包探测器，是一种工作在网络层的服务命令，主要用于测试网络连接质量。
traceroute
其主要用来跟踪一个分组从源点耗费最少 TTL到达目的地的路径
路由协议
路由分类
静态路由
由管理员构建路由表
适用场合
网关有限
网络拓扑结构不经常变化
网络状况变化由管理员修改
动态路由
由路由选择协议而动态构建
通过交换各自所拥有的路由信息实时更新路由表内容
可以自动学习网络的拓朴结构，并更新路由表
缺点是路由广播更新信息将占据大量的网络带宽
距离向量协议
举例
RIP
方式
路由器收集所有可到达目的地的不同路径
保存有关到达每个目的地的最少站点数的路径信息
除到达目的地的最佳路径外，任何其它信息均予以丢弃
同时路由器也把所收集的 路由信息用 RIP 协议通知相邻的其它路由器
正确的路由信息逐渐扩散到了全网
优缺点
优点
简单、可靠，便于配置
缺点
只适用于小型的同构网络
它允许的最大站点数为 15，任何超过 15 个站点的目的地均被标记为不可达。
可能造成网络的广播风暴
每 隔 30s 一次的路由信息广播
IGRP
计算常用于表现路径的度量值矢量
默认情况下是90s发送一次路由更新广播
EIGRP
收敛特性 和操作效率比 IGRP 有显著的提高
收敛特性是基于 DUAL ( Distributed Update Algorithm ) 算法
路径 在路由计算中根本不可能形成环路
特点
传递路由条目；网络能见度只有一跳
基于邻居，可能造成环路
基于Bellman算法
更新的是“路由条目”
一条重要的链路如果发生变化，需通告多条涉及到的路由条目
发送周期性更新、完整路由表更新（periodic & full）
链路状态协议
举例
OSPF(常用)
每个路由器向其同一管理域的所有其它路 由器发送链路状态广播信息
包含
所有接口信息
所有的量度
其它一些变量
方式
利用 0SPF 的路由器首先必须收集有关的链路状态信息，产生LSA(链路状态通告)
建立邻居关系，传递自己的LSA
为了让所有的设备获取其他设备的LSA
交互LSA，组建LSDB链路状态数据库。
服务后续的路由计算
SPF算法计算拓扑
根据LSA信息计算出全网的拓扑信息
计算出来的最优路径加入路由表
工作
将一个自治域再划分为区
当源和目的地在同一区时
采用区内路由选择；
当源和目的地在不同区时
采用区间路由选择
优点
减少了网络开销
增加了网络的稳定性
区和区之间故障不影响
IS-IS
特点
传递路由信息和拓扑信息（地图碎片），能见度是整个拓扑结构
计算路由是基于自己，基本上无环
基于SPF（最短路径优先，Dijkstra）算法
更新的是“拓扑”
一条重要链路的变化，不必再发送所有被波及的路由条目
只需发送一条链路通告，告知其它路由器本链路发生故障即可
其它路由器会根据链路状态，改变自已的拓扑数据库，重新计算路由条目
协议更新是非周期性的（nonperiodic），部分的
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