網絡層
- 特點：無連接、不可靠(盡最大努力交付數據報)
- 網絡層協議：IP、ARP、RARP、ICMP、IGMP
- 爲什麼要使用IP協議：使用IP協議可以使異構的物理網絡進行通信
IP
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IP地址的編址方法
三個階段：分類、子網劃分、超網(CIDR)
分類地址
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每一類IP地址由網絡號和主機號組成，分爲A、B、C、D、E五類地址，D類地址爲組播地址，E類地址保留以後使用，採用點分十進制表示。每一個網段的首個IP地址表示網絡號，最後一個地址表示組播號。
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特殊用途的地址
網段（直接）廣播：主機號全爲1，發送到目標網絡的所有主機，路由器可以轉發
有限（受限）廣播：IP地址全爲1，同一個子網的所有主機都會接收，路由器不轉發
環回地址：不經過網絡層，常用於本機測試
私有地址：不需要直接連接到因特網的主機，一般使用私有IP地址，私有IP地址允許重複
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同一局域網的主機或路由器網絡號一致
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IP路由(分組轉發算法)
1、目的地址與路由器直接相連，直接交付
2、判斷是否有特定主機路由(路由器直接連接一個主機)
3、判斷是否有到達目的網絡的路由
4、使用默認路由
子網劃分
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目的：解決IP地址極大浪費的問題
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將主機號劃分一部分作爲爲子網號，每一類IP地址由網絡號，子網號，主機號組成
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劃分子網爲一個單位內部的事情，單位對外仍表現爲沒有劃分子網的網絡
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子網掩碼：網絡號與子網號全爲1，主機號爲0
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子網劃分的IP路由
- 直接相連的網絡的子網掩碼與目的IP地址相與，判斷是否和直接相連的網絡地址一致
- 判斷是否有目的地爲目的IP地址的主機
- 將路由表中的每一行子網掩碼與目的IP地址相與，判斷與下一跳地址是否一致
- 選擇默認路由
CIDR
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每一類IP地址由網絡前綴，主機號組成，在IP地址後通過"/"指出網絡前綴位數，全0、1的主機號地址不用
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一個CIDR地址可以表示許多IP地址，稱爲路由聚合
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CIDR的掩碼：網絡前綴位全爲1，主機號全爲0
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CIDR的IP路由
- 路由表由網絡前綴和下一跳地址組成
- 將掩碼與IP地址相與，與下一跳比較，若一致，則匹配
- 可能會有多個匹配項目，選擇最長前綴匹配
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IP數據報格式：固定20字節，後接可選字段，最長60字節，校驗和只校驗頭部，不校驗數據部分
ARP
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ARP請求：將IP地址轉換爲MAC地址，採用廣播
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ARP應答：採用單播
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ARP不需要封裝在IP數據報中
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ARP請求發送流程
- 查找ARP緩存，查找到了匹配項，直接使用MAC地址
- ARP緩存中不存在，廣播ARP請求
- 接收到ARP請求的計算機會將發送主機的IP地址與MAC地址對存儲到自己的ARP緩存中
- ARP緩存每隔一段時間會刪除長時間沒有被更新的項(接收到對應的ARP請求包，或是指長時間未使用)
RARP
- MAC地址轉IP地址，用於無盤系統獲得自己的IP地址
- 涼了，被DHCP取代
ICMP
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ICMP數據報封裝在IP數據報中
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作用：解釋IP報文爲什麼無法傳輸
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ICMP報文分爲差錯報告報文（向發送源報告差錯）和ICMP問詢報文
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不發送ICMP報文的情況
- 廣播或組播報文
- 不爲ICMP差錯報文產生ICMP差錯報文
- 第一個IP分片以外的分片
- 具有特殊地址，例如環回地址
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ICMP差錯報告
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數據報的數據部分包括IP數據報首部和IP數據報數據部分的前8個字節，前8個字節包括運輸層端口號以及發送序列(對於TCP)
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常用差錯報告
- 重定向：當發送源的默認路由器發現了比經過自己更短的路由時，會通過重定向ICMP報文告訴發送源，將報文發送給另外一個路由器，發送源主機在路由表中新增一項，指出到某目的地應該通過該路由器
- 目的地不可達：數據報無法到達目的地
- 源站抑制：抑制發送源發送數據的速度
- 超時：TTL爲0，IP分段不能在指定時間全部到達
- 參數問題：數據報頭部標誌出錯，或缺少必須選項
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ICMP問詢報文
- 請求應答：例如ping，用於確認一臺主機是否可達
- 地址掩碼請求與應答：請求子網掩碼
- 時間戳請求與應答
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Traceroute
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發送TTL爲1的IP數據報，第一個接收路由器返回超時消息給發送源，發送源依據IP頭部信息獲得第一個路由器的IP地址
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發送TTL+1的數據報，不斷重複，判斷是否到達目的地
- 發送的IP數據報封裝的是UDP，UDP的端口設置的很大，到達目的地後，目的主機發送ICMP端口不可達報文(目的地不可達)
- 發送的IP數據報封裝的是ICMP請求報文，到達目的地後，目的主機發送ICMP響應報文
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