1.網絡層的主要作用
- 轉發：把數據包從路由器的輸入端轉發到輸出端，這是在一個路由器裏乾的事。
- 路由：決定數據包從源到目的的路徑。
- 建立連接。
2.IP地址編址
1. 分類
- 由兩部分組成，網絡號和主機號，其中不同類別具有不同的網絡號長度，並且是固定的。
- P 地址 ::= {< 網絡號 >, < 主機號 >}
2. 子網劃分
- 通過在主機號字段中拿一部分作爲子網號，把兩級 IP 地址劃分爲三級 IP 地址。注意，外部網絡看不到子網的存在。
- IP 地址 ::= {< 網絡號 >, < 子網號 >, < 主機號 >}
- 子網掩碼：是一個 32 位地址。子網掩碼只用一個作用，就是將某個 IP 地址劃分爲子網地址地址和主機地址兩部分。如 IP 編址爲一個子網分配一個地址：223.1.1.0/24，其中的/24 就稱爲子網掩碼，它表明了 32 比特中的最左側 24 比特定義了子網地址，後 8 比特是子網中的主機號。
- 主機號全0爲網絡地址，主機號全爲1爲廣播地址。
- 當主機發出一個目的地址爲 255.255.255.255 的數據報時，該報文會被交付給同一個子網中的所有主機。
子網劃分例題鏈接
3.IPV6和IPV4的對比
- 更大的地址容量：IP地址長度從32比特增加到128比特。
- 簡化高效的定長20字節首部；
- 流標籤與優先級爲用戶提供了更好的服務；
4.路由選擇算法：LS和DV
- 鏈路狀態算法（LS）：Dijkstra 算法就是一個典型的鏈路狀態選路算法。
- 距離向量算法（DV）：是分佈式的，每個節點都要從一個或多個直接相連的鄰居接收某些信息，執行計算，然後將計算結果發回給鄰居。
5.路由選擇協議：RIP、OSPF、BGP
內部網關協議RIP
- RIP 是一種距離向量協議，封裝在 UDP 中，適合小型的網絡。它是使用跳數作爲代價，即每條鏈路的費用爲 1，一條路徑的最大費用被限制爲 15，超過 15 個就是無窮，寫成 16。路由更新信息在鄰居之間通過一種 RIP 響應報文交換，大約 30 秒相互交換一次，每個通過最多包含 25 個子網。
- RIP 按固定的時間間隔僅和相鄰路由器交換自己的路由表，經過若干次交換之後，所有路由器最終會知道到達本自治系統中任何一個網絡的最短距離和下一跳路由器地址。
內部網關協議OSPF
- 開放最短路徑優先。OSPF 的核心是一個使用洪泛鏈路狀態信息的鏈路狀態協議和一個 Dijkstra最低消費路徑算法。使用 OSPF 時，路由器向自治系統內所有其他路由器廣播選路信息，不僅僅是向其相鄰路由器廣播。每當一條鏈路的狀態發生變化（如費用變化或連接/中斷狀態的變化）時，路由器就會廣播鏈路狀態信息，即使鏈路狀態未發生變化，它也要週期性（至少每隔 30 分鐘一次）地廣播鏈路狀態。
外部網關協議 BGP
- AS 代表的是一個自治系統，各個 AS 內部使用不同的路由選擇協議，就無法準確定義路徑的度量。並且 AS 之間的路由選擇必須考慮有關的策略，比如有些 AS 不願意讓其它 AS 經過。
- BGP 允許每個子網向因特網的其餘部分通告它的存在。
- BGP 只能尋找一條比較好的路由，而不是最佳路由。它採用路徑向量路由選擇協議。
- 每個 AS 都必須配置 BGP 發言人，通過在兩個相鄰 BGP 發言人之間建立 TCP 連接來交換路由信息。
6.動態主機配置協議DHCP
- 利用 DHCP，主機可以自動獲取 IP 地址。網絡管理員可以配置 DHCP，以便某
給定主機每次與該網絡連接時能得到一個相同的 IP 地址，或者被分配一個臨時的 IP 地址，主機每次與該網絡連接時該地址都可能是不同的。
DHCP 協議的 4 個步驟：
- DHCP 服務器發現：DHCP客戶端在網絡中廣播發送DHCP DISCOVER請求報文，發現DHCP服務器，請求IP地址租約。
- DHCP 服務器提供：DHCP服務器通過DHCP OFFER報文向DHCP客戶端提供IP地址預分配。
- DHCP 請求：DHCP客戶端通過DHCP REQUEST報文確認選擇第一個DHCP服務器爲它提供IP地址自動分配服務。
- DHCP ACK :被選擇的DHCP服務器通過DHCP ACK報文把在DHCP OFFER報文中準備的IP地址租約給對應DHCP客戶端。
7.網絡地址轉換NAT
- 專用網內部的主機使用本地 IP 地址又想和互聯網上的主機通信時，可以使用 NAT 來將本地 IP 轉換爲全球 IP。
- 爲了更有效地利用全球 IP 地址，現在常用的 NAT 轉換表把運輸層的端口號也用上了，使得多個專用網內部的主機共用一個全球 IP 地址。使用端口號的 NAT 也叫做網絡地址與端口轉換 NAPT。
8.互聯網控制報文協議ICMP
- 由於 IP 網絡是盡力而爲的（不可靠的），ICMP 是通過差錯報文和查詢報文來輔助 IP 網絡的功能。例如，當 Telnet 或 HTTP 等發出會話時，如果 IP 不能找到一條路徑通往目的地址，那麼該路由器就會創建和發出一個 ICMP 差錯報文到你的主機來指示該錯誤。
9.地址解析協議ARP
ip地址與MAC地址之間的對應關係，實現從 IP 地址到 MAC 地址的映射，即詢問目標IP對應的MAC地址。在網絡通信中，主機和主機通信的數據包需要依據OSI模型從上到下進行數據封裝，當數據封裝完整後，再向外發出。所以在局域網的通信中，不僅需要源目IP地址的封裝，也需要源目MAC的封裝。一般情況下，上層應用程序更多關心IP地址而不關心MAC地址，所以需要通過ARP協議來獲知目的主機的MAC地址，完成數據封裝。
