计算机网络----网络层

Posted 2023-04-27 次林梦叶的小屋

《网络层概述》

 来看一群网络，如果只是网络独立各自通信，那么只要实现物理层和数据链路层即可

（一朵云中的多个节点通过交换机实现通信）

如果想要实现这群网络之间的通信，则是网络层干的事情了

（各个云之间通过路由器实现通信）

《网络层需要解决的问题》

　　

 

 1. 网络层提供两种服务：

　　虚电路服务

 

　　数据报服务

 

2.寻址问题

　　IPV4 / IPV6

 

3.路由选择问题

　　1.通过人工得到

　　2.通过路由器中的转发表

　　　　转发表通过按照选定的路由选择协议，通过许多次相互交互路由信息而产生

　　

 《IPV4》

　　《概述》

　　

　　需要注意的是：

　　IPv4是给每一个接口分配的标识符

　

 表示：

　　

 

 《分类编址的IPv4地址》

　　我们将IP地址分成5类：

　　A，B，C，D，E 类

　　

 每一类中都将IP分为 网络号 + 主机号

　　网络号用于标志主机（或路由器）所连接到的网络

　　　　网络号在整个互联网范围内是唯一的

　　　　根据这个想一下A类地址最大网络数量是多少？

　　　　　　2^7

　　　　　　因为前面的0已经占用了一个网络号的1位，还有7位

　　　　　　又因为网络号应该唯一，所以为2^7

 

　　　　网络号全为0：表示“本网络”

　　　　网络号全为1：表示保留用于本地软件环回测试本主机进程之间的通信

　　即上面两个不能指派（指派即是不能用于分配给主机或路由器的接口）

 　　　　　　　当问到A类地址能够指派的最大网络数量是多少？

　　　　　　2^7-2

　　　　需要注意的是这个是在A类中特殊的，其余类中网络号不可能全为0或1

 

 

　　主机号用于标志主机（或路由器）

　　　　主机号在连接的网络中是唯一的

　　　　

　　　　主机号全为0：表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址

　　　　主机号全为1：表示该网络上的所有主机

　　　　　　　　　　　即其是个广播地址，是用的话会将消息发给该网络下的全部主机

　　　上面两个也不能指派

 

 

 

 

 

我们用IP地址的前几位来区分是第几类

　　如A类前面是：0

　　　B：10

　　　C：110

　　　...

 

 

 

《注意！考试结论》

一般考试会这样问：

 

 

所以我们需要记住一下结论：

　　

 即地址第一个十进数：

　　A:1~127

　　B:128~191

　　C:192~223

 

 

　　即 A：前1个十进数为网络号

　　 B：前2个

　　C：前3个

 

　　同时还有注意：

　　

　　

 

 

 　　如果问我们该如何给这个网络分配IP

　　首先要看一下有多少个网络

　　　　

 

　　将路由器也当做计算机

　　共有3个网络

　再通过网络中的接口个数来判断需要分配第几类网络

　黄色的网络中有65534个主机同时还连了一个路由器，共65535个接口

　　由于B类只能分配65534个接口,所以要分配其A类

　蓝色同理

　红色的网络共有2个接口

 

 

 所以最好记录一下如下表：

 

《划分子网的IPv4》

　　《为何需要划分子网？》

　　　　首先以前按照分类中网络号位数固定，不灵活，

　　　　可能导致使用B类少了一点，但是使用A类又太多了

　　　　造成浪费的情况

　　　如：

　　当某个公司申请了B类IP地址

　　   后这个公司他扩容了：

　　按照不划分子网的情况下，还有为子网2与子网3申请新的IP

 

　　但是子网1申请的B类IP还有好多没用呢！

　　这个时候就要划分子网

 

　《原理》

 

　　所以在这里我们可以知道子网掩码的作用了

　　其是指出借用了主机号的哪几位进行划分子网

　　　　（通过划分子网的IPv4地址 & 子网掩码）

　　

 　　

 

 

　　需要注意的是：

　　借主机号的位数当做划分子网时，一般都是 主机号的高位开始

　　这里我们知道其只借了一位

　　

 

 于是我们可以使用新的网络号来更加细分主机号，使得IP更加充分利用

将原来只要一个的网络，变成了两个子网

 

 更复杂的情况，但是解法同上

　　我们知道这里是借了两位进行划分子网

　　

 

《默认子网掩码》

 

计算机网络：网络层的基本概念

网络层的功能

网络层实现不一样的各种网络的互联
其中：

• 网络层采用分组交换技术
• 网络层应当使用统一的编址方式。
• 路由器使用存储转发机制实现异构网络的互联
• 网络层十分关注分组从一个网络到达另一个网络的选路问题。

网络层服务

• 分组：网络层的首要责任一定是分组。在源端将负载（即上层接受的数据）封装进网络层分组并且在目的端从网络层分组中解封负载。即从源端口向目的端口携带数据而不该变或者使用它。源端不能改变负载的内容，除非负载过大不能传递才需要分段。如果被分段，网络层会等待所有分段到达，并且重组分组传递到上层协议。其中，路由器只能检查地址，不能改变分组。

最大传输单元（MTU）为1500字节。分组超过这个数据量就有可能分段。

• 路由：与第一责任同等重要。网络层负责将分组从源端到目的端。负责寻找最佳的路由。
• 转发：在路由器中完成，有一个路由表，可以显示分组到达路由器的哪些接口。
• 差错控制：IMCP协议来进行差错控制。
• 流量控制：规定了源端可以发送但是不会淹没接收方的数据量
• 拥塞控制：拥塞就丢包
• 服务质量：待论。
• 安全：待论。

资源子网和通信子网

资源子网：

• 负责全网的数据处理服务，向网络用户提供各种网络资源与服务。
• 传输层应用层属于资源子网，关注端到端的通信。

通信子网：

• 完成网络数据传输转发等通信处理任务。
• 网络层、数据链路层、物理层都属于通信子网，负责网络通信转发。

分组交换

**交换（switching）**毫无疑问是发生在网络层。事实上，路由器是一个创建了输入端口和输出端口（或者一组输出端口）连接的交换机，就像将输入连接到输出让电流流动的开关。

数据通信交换技术分为：

• 电路交换：绝大多数用于物理层。
• 分组交换：但是网络层只用分组交换。因为这一层的数据单位是分组。

上层的报文段被分割成可管理的分组，每个分组被从网络中发送。
报文源端一个一个发送报文，报文目的端一个一个接受分组。
目的端在将报文传递到上层之前，等待所有同属于一个报文的分组到达。
分组交换网络的连接装置仍然需要决定如何将分组路由到最终的目的端。

如今分组交换网络有以下两个方法：

• 数据报方法（datagram approach）:无连接不可靠的网络
• 虚电路方法 (virtual circuit approach)：面向连接可靠的网络

数据报网络：

• 在网络层没有建立连接的过程（无连接的服务）
• 路由器不维护端到端的连接状态。网络层只负责将分组从源端传递到目的端，报文中的分组可能也不会通过一条通向目的端的路径。
• 一般分组使用目标主机的IP地址进行路由选择。
• 同样的手法双方的不同分组可能经由的路径可能不同。

在数据报网络中，转发决策基于分组的目的地址

虚电路网络：

• 发送分组之前会建立一条虚拟的电路（永久PVC、临时SVC）
• 每个分组携带有标签，即虚电路的ID（流标号），由标签来确定下一跳。
• 在连接建立阶段确定固定的路由，全部数据通过一条路传递。
• 路由为每个正在通信中的连接维持状态。

在虚电路方法中，转发决策基于分组的标签

注意:虚电路仍然是分组交换，在链路资源空闲的时候依然可以供给其他资源使用。

虚电路服务与数据报服务之间的对比

在当代互联网中，依然使用的是数据报服务。即网络层不提供服务质量的承诺。

Qos（quality of service）的概念

Qos服务质量是指允许用户在带宽、延迟、抖动（延迟变化的程度）、可靠性（丢包率）等方面获得可预期的服务水平的一系列技术的集合。

显然数据报网络更不容易实现Qos

因特网的选择

前面说道，因特网选择的是数据报的服务。

• 网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。
• 网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（即 IP 数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。
• 网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限
• 因特网特点：灵活，适应性强，网络成本相对低。

ATM网络的选择

• ATM（Asynchronous Transfer Mode异步传输模式）网络选择虚电路方式
  以信元（固定53Byte)为单位转发数据，提供面向连接可靠传输服务。
• 提供高质量高带宽服务。
• ATM网络体系结构被称为神作，却因为其过于复杂，成本过高而逐渐消失。