网络层
1.网络层提供的两种服务
数据报服务
TCP/IP体系中的网络层向上值提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务
网络层不提供服务质量承诺，不保证分组交付的时限，所传送的分组可能出错，丢失，重复和失序。进程之间通信的可靠性由运输层负责。
2.三个协议
地址解析协议（ARP）
网络控制报文协议ICMP
网络组管理协议IGMP
虚拟互联网络
IP网是虚拟的，因为从网络层上看，IP网就是一个统一的，抽象的网络（实际上是异构的）。IP层抽象的互联网屏蔽了下层网络很复杂的细节，使我们能够使用统一的，抽象的IP地址处理主机之间的通信问题。
分类的IP地址
IP地址及其表示方法
分类的IP地址
A类，B类，C类地址的网络号字段分别为
1个，2个，3个字节长，而在网络号字段的最前面有有1-3位的类别位，其数值分别为
0，10，110
A类，B类和C类地址的主机号字段分别为
3个，2个，1个字节长。
D类地址（前四位是1110）用于多播（一对多通信）
E类地址（前四位是1111）
子网的划分
构成超网
常见的三种类别的IP地址
分类的IP地址由网络号字段（指明网络）和主机号字段（指明主机）组成网络号字段最前面的类别位指明IP地址的类别
IP地址特点
IP地址式一种分等级的地址结构。
IP地址管理机构在分配IP地址时只分配网络号，而主机号则由得到该网络号的单位自行分配。路由器仅根据
目的主机所连接的网络号来转发分组
IP地址标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口。多归属主机同时连接到两个网络或则更多的网络上。这样的主机同时具有两个或则更多的IP地址，其网络号必须是不同的。由于一个网络至少连接到两个网络，因此
一个路由器至少应当有两个不同的IP地址。
按互联网的观点，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络。所有分配到网络号的网络（不管式范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网）都是平等的
A类
B类
C类
IP地址与硬件地址
物理地址（即硬件地址）是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址
是网络层和以上各层使用的地址，
是一种逻辑地址（用软件实现的）数据链路层看不见数据报的IP地址
在IP抽象的互联网上只能看到IP数据报
路由器只根据
目的站的IP地址的网络号进行路由选择，
在局域网的链路层，只能看见MAC 层。
但IP地址抽象的互联网却屏蔽了下层这些很复杂的细节，只要我们在网络层讨论问题，就能够使用同一的，抽象的IP地址研究主机和主机或路由器之间的通信
地址解析协议
地址解析协议ARP把IP地址解析为硬件地址，它解决同一个局域网上的主机或路由器的IP地址和硬件地址的映射问题。
ARP的高速缓存可以大大减少网络上的通信量
在互联网中，我们无法仅根据硬件地址寻找到在某个网络上的某台主机，因此，从IP地址到硬件地址的解析是非常重要的。
IP数据报格式
IP数据报分为首部和数据两部分首部的前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的（源地址，目的地址，总长度等重要字段都在固定首部中）。一些长度可变的可选字段放在固定首部的后面
IP数据报首部的固定部分中的各字段
版本（4位）
首部长度（4位）
区分服务（8位）
总长度（16位）
标识（16位）
标志（3位）
片偏移（13位）
生存时间（8位）
协议（8位）
首部检验和（16位）
源地址（32位）
目的地址（32位）
3.划分子网和构造超网
划分子网
为什么要划分子网？？
1.IP地址空间的利用率有时很低
2.给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大而使网络性能变坏
3.两级IP地址不够灵活
基本思路
将所属的物理网络划分为若干个子网，而这个单位仍然表现为一个网络。
划分子网的方法
是从网络的主机号借用若干位作为子网号，当然主机号也就减少了同样的的位数。
凡是从其他网络发送给给本单位某台主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号找到连接在本单位网络上的路由器
子网掩码
好处：不管网络有没有划分子网，只要把子网掩码和IP地址进行逐位的“与”运算，就立即得出网络地址来。
子网掩码是一个网络或一个子网的重要属性
划分子网增加了灵活性，但却减少了能够连接在网络上的主机总数
使用子网时分组的转发
目的网络地址
子网掩码
下一跳地址
（无分类编址CIDR）构造超网
网络前缀
最长前缀匹配
使用二叉线索表查找路由器
4.网际控制报文协议ICMP
ICMP种类
ICMP差错报告报文
终点不可达
时间超过
参数问题
改变路由（重定向）
ICMP询问报文
回送请求和回答
时间戳请求和回答
ICMP应用举例
分组网间探测PING,用来测试两台主机之间的连通性。PING使用了ICMP回送请求和回送问答报文
网际控制报文协议ICMP是IP层的协议。ICMP报文作为IP数据报的数据，加上首部后组成IP数据报发送出去。使用ICMP并非为了实现可靠传输。ICMP允许主机或则路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告
5.互联网的路由选择协议
理想的路由算法
分层次的路由算法
内部网关协议
工作原理
距离向量算法
RIP协议的报文格式
RIP报文由首部和路由部分组成
RIP首部占4个字节
RIP2报文中的路由部分由若干信息组成
当网络出现故障时，要经过故障时，要经过比较长的时间才能将此信息传送到所有的路由器。
内部网关协议OSPF
向本自治系统中的所有路由器发送信息
发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态，但这只是路由器所知道的部分信息
只有当链路状态发生变化时，路由器才能向所有的路由器用洪泛法发送此空间
要解决IP地址耗尽的问题，最根本的方法是采用具有更大地址空间的新版本的IP协议，即IPv6
6.IPV6的主要变换
更大的地址空间（采用128位的地址）
灵活的首部格式
改进的选项
支持即插即用
支持资源的预分配
IPv6首部改为8字节对齐
IPv6数据报在基本首部后面允许有零头或多个扩展首部，再后面是数据。所有的扩展首部和数据合起来的叫做数据报的有效载荷或净负荷
基本首部
版本（4位）
通信量类（8位）
流标号（20位）
有效载荷长度（16位）
下一个首部（8位）
调数限制（8位）
源地址（128位）
目的地址（128位）
IPV6的数据报的目的地址
单播
多播
任播
使用冒号十六机制记法
向IPv6过渡只能采用逐步演变的方法
双协议栈
隧道技术
7.IP多播
与单播相比，在一对多的通信中，IP多播可大大节约网络资源。IP多播使用D类IP地址。IP多播需要使用网际组管理协议IGMP和多播路由选择协议
8.虚拟专用网VPN和网络地址装换NAT
8.MPLS
支持面向连接的服务质量
支持流量工程，平衡网络负载
有效地支持虚拟专用网VPN