1>.网络层提供的两种服务：
虚电路服务
虚电路表示这是一条逻辑的链接，并不是真实存在的逻辑道路，分组沿着这条逻辑连接按照存储转发的方式进行传送。
网络提供数据报数据报服务
网络向上提供简单的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务，由于不提供端到端的可靠传输服务，所以使得网络中的路由器制作简单，价格相对低廉，如果主机中的通信时可靠的，那么就有网络主机中的运输层负责可靠交付。
<虚电路与数据报服务的对比>
2>.网络协议IP
使用虚拟互联网络的好处：互联网上的主机进行通信时，好像在网络上进行通信一样，而看不见互联的各异构网络的细节。如果在这种全球覆盖的IP网络上使用TCP协议就是当今的互联网。
各类IP地址的组成以及划分
计算机中的IP地址是二进制的，为了提高可读性,采用点分十进制。
常见IP地址的范围：
A 最大可指派网络数：126（2^7-2）
B 2^14-1
C 2^21-1
特殊的IP
网络号 |
主机号 |
源地址 使用 |
目的地址 使用 |
代表的意思 |
0 |
0 |
可以 |
不可 |
在本网络上的本主机（见 6.6 节 DHCP 协议） |
0 |
host-id |
可以 |
不可 |
在本网络上的某台主机 host-id |
全 1 |
全 1 |
不可 |
可以 |
只在本网络上进行广播（各路由器均不转发） |
net-id |
全 1 |
不可 |
可以 |
对 net-id 上的所有主机进行广播 |
127 |
非全 0 或全 1 的任何数 |
可以 |
可以 |
用作本地软件环回测试之用 |
IP地址是一种分等级的地址结构，其好处是：（实际上IP地址是标志一个主机或一条链路的接口，具有同样的net-id的若干个局域网仍属于一个网络）
（1）：IP管理机构只分配网络号，主机号由该网络号单位自行进行分配，方便了IP地址的管理。
（2）：路由根据目的主机的网络号转发分组，这样就使得路由表中的数目大幅度减小，从而减小了路由表的储存空间。
所有分配到网络号net-id的网络，无论是范围很小的局域网 ，还是可能覆盖范围很大的广域网，都是平等的。在同一个局域网上的主机和路由的网络号必须是一样的。
IP地址与硬件地址是不同的地址。硬件地址是指数据链路层和物理层所使用的地址。IP地址是网络层及其以上所使用的地址，是一种逻辑地址。（IP地址放到IP数据报的首部，而硬件地址放到MAC数据帧的首部）
地址解析协议APR:用于已知一个机器的IP地址，如何找到其相应的硬件地址：APR的作用就是从网络层使用的IP地址解析出数据链路层使用的硬件地址。每一个主机都设有ARP高速缓存，，里面有所在局域网上各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
当主机A要向主机B发送IP数据报时，就先在其ARP缓存上查看有没有主机B的IP地址。如有就可查询出其对应的硬件地址，再将其硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往硬件地址。如没有，ARP进程在局域网上广播一个ARP请求分组，收到ARP相应分组之后，将得到IP地址到硬件地址映射，写入ARP高速缓存。
从IP地址到硬件地址解析还是自动进行的，主机的用用户并不知道。只要主机和路由器要和本网络上已知IP的地址的主机和路由器进行通信，APR就会自动将IP地址解析为需要的数据链路层硬件地址
为什么不使用硬件地址直接进行通信：
各式各样的网络使用不同的硬件地址，要是这些网络能够进行通信就必须进行复杂的转换。IP解决了这个问题。
IP协议支持多种协议，IP数据报可以封装多种协议PDU，
IP数据报首部检验和的计算采用16位二进制反码求和算法。
若结果为零则保存数据报，否则丢弃。
IP数据报的首部可变部分是为了增加IP数据报的功能，但同时也增加了每一个路由器的开销。实际上这些选项很少被使用。
在路由表中每一个路由最主要的是，目的网络和下一条地址。
ICMP应用举例
PING 用来测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP的回送请求，与回送回答报文。PING是应用层直接使用网络层ICMP的例子，他没有通过运输层TCP或UDP。
互联网的路由选择协议
关于最佳路由，不存在一种绝对的最佳路由算法，只是相对而言的，从路由的自适应算法分为：静态路由选择策略--既非自适应的路由选择，其特点是简单开销少，但不能及时适应网络状态的变化。动态路由选择策略--既自适应选择策略，其特点是较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也大。
互联网采用分层次的路由选择协议，这是因为，互联网的规模较大，如果让所有的路由都知道所有的网络怎样到大，则这种路由表将非常的大。处理起来也太花时间，而所有这些路由之间交换路由信息所需要的宽带就会使互联网通信链路饱和。其次，许多单位不愿意，外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的理由选择协议。
自制系统AS
自制系统AS定义：在单一技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议，和共同的度量以确定在该AS内的路由。同时还是用一种AS之间的路由选择协议确定分组在AS之间的路由选择协议。、
现在对自制系统AS的定义是强调下面的事实，尽管一个AS使用多种内部路由选择协议和度量，但重要的是一个AS对其他AS表现出的是一个单一和一致的路由选择策略。
互联网两大路由选择协议：
内部网关协议IGP:在一个自制系统内部使用的路由选择协议
外部网关协议EGP:若源站和目的站不在同一自制系统中时，当数据报传送到一个自制系统的边界时，就需要·一种协议将路由选择信息传递到另一个自制系统中。这样的协议就是外部网关协议。
自制系统之间的选择。也叫域间路由选择。在自制系统内部的路由选择也叫域内选择。
内部网关协议：RIP(是内部网关协议中最先得到广泛使用的协议，是一种分布式的，基于向量的路由选择协议)，要求每一个路由器都要维护到每一个目的网络的距离记录。
”距离“：一个路由器直接连接网络的距离定义为1，不直接相连的为所经过路由器的个数+1，RIP协议中的距离也称为跳数。因为每经过一个路由器跳数就+1，这里的距离实际上是指最短距离。RIP认为好的路由他所经过的路由个数最少，既距离最短。RIP允许一条路径最多只能包含15个路由。”距离“的最大值为16即为不可达。因此RIP只适用于小型网络。
RIP不能在两个网络之间使用多条路由，RIP选择使用一个最少路由器的路由，哪怕还存在一条高速但路由较多的路由
RIP协议的三个特点：
（1）仅和相邻的路由交换信息（2）交换的信息是本路由所知道的全部信息，既自己的路由表。（3）按固定的时间间隔交换路由信息。
路由表的建立：
路由表刚建立的时候是空的。以后每一个路由器也只和数目非常有限的相邻的路由交换信息。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道本自制系统中任何一个网络的·最短距离和下一跳路由地址。RIP协议收敛过程较快，收敛就是指在自治系统中所有节点都得到正确路由选择信息的过程。
距离向量法
路由器收到相邻路由器（其地址为 X）的一个 RIP 报文：
(1) 先修改此 RIP 报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址都改为 X，并把所有的“距离”字段的值加 1。
(2) 对修改后的 RIP 报文中的每一个项目，重复以下步骤：
若项目中的目的网络不在路由表中，则把该项目加到路由表中。
否则
若下一跳字段给出的路由器地址是同样的，则把收到的项目替换原路由表中的项目。
否则
若收到项目中的距离小于路由表中的距离，则进行更新，
否则，什么也不做。
(3) 若 3 分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则把此相邻路由器记为不可达路由器，即将距离置为 16（表示不可达）。
(4) 返回。
RIP协议让互联网中所有的路由器都不断的与自己相邻的路由器交换信息，并不断更新其路由表，使得每一个路由器到目的网络的路由都是最短的。虽然每个路由器都拥有整个自制系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同它们的路由表也当然不同。
RIP2报文格式：RIP报文由首部和路由部分组成。
一个RIP报文最多可以包括25个路由，因而RIP报文的·最大长度可以为4+20*25=504字节，如果超过必须再使用一个RIP报文来传送。RIP2具有简单的鉴别功能，若使用鉴别功能，则将原来写入第一个路由信息的位置用作鉴别。在鉴别之后才写入路由信息。但这时最多只能再放入24个路由信息。
RIP协议的特点：
缺点：好消息传播的快，坏消息传播的慢。RIP存在一个问题，当网络出现故障的时候，要经过较长的时间才将此信息传递给所有的路由。RIP限制了网络的规模，使得他最大的距离为15，路由器之间交换信息是路由器中完整的路由表，因而随着网络的扩大 ,开销也就增加了。
优点：实现简单开销少。
内部网关协议OSPF：
开放最短路径OSPF,是为了克服RIP的缺点开发出来的。OSPF原理很简单但是实现却很复杂。ospf只是一个协议的名字，它并不代表其他路由选择协议不是最短路径优先。
三个要点：（1）向本自制系统中发送信息，这里使用的方法是洪泛法
（2）发送的信息就是与本路由相邻的所有路由的状态。，但是这只是路由所知道的部分信息。“链路状态就是说明本路由和哪些路由相连以及该链路的度量”。
（3）只有当链路状态发生变化时，路由器才用洪泛法向所有路由器发送信息。
链路状态库： 由于个链路之间频繁的交换链路状态信息，因此所有的路由器最终都能建立一个链路状态数据库。实际上就是全网数据拓扑结构图，他在全网范围内是一致的。OSPF链路状态数据库能够较快的进行数据更新。使得各路由器都能及时的更新其路由表。
OSPF的区域：
为了使OSPF能够适用于规模更大的网络。OSPF将一个自制系统划分为若干个更小的范围。叫做区域。每一个区域有32位的区域标示符。区域也不能太大，一个区域路由器最好不要超过200个。
划分区域的好处是，就是利用洪泛法交换链状态信息的范围就局限于每一个区域，而不是整个自制系统。这就减少了整个网络上的通讯量
在一个区域内部的路由器只知道本区域的完整网络拓扑，而不知道其他区域的网络拓扑。OSPF使用层析结构的区域划分，上层区域叫做主干区域。主干区域标示符规定为0.0.0.0，主干层区域的作用是联通其他下层区域。
OSPF不用UDP而直接用IP数据报传送。OSPF构成的数据报很短，这样可减少路由信息的通信量，不必将长的数据报分片，避免了分片传送数据报只要丢失一个整体重传的弊端。
OSPF的五种（1）问候分组（2）数据库描述分组（3）链路状态请求分组（4）链路状态更新分组（用洪泛法进行全网更新链路状态）（5）链路状态确认分组
基本操作如下：
OSPF还规定每隔一段时间，刷新一次数据库中的链路状态，由于一个路由器的链路状态只涉及到与相邻路由器的联通状态，因而与整个互联网规模并没有联系，因此当互联网规模很大的时候OSPF协议比RIP协议好的多。
指定的路由器：多点介入的局域网采用指定路由器的方法，使广播信息量大大减小。指定的路由器代表该局域网上所有的链路向链接到该网络上各路由器发送状态信息。
外部网关协议BGP(border gateway protocol)
因此，边界网关协议 BGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由（不能兜圈子），而并非要寻找一条最佳路由。
BGP支持CIDR,因此BGP的路由表也就包括目的网络的前缀，下一跳的路由，以及到达该目的网络所要经过的各自制系统序列。
BGP-4共有四种报文：（1）打开（OPEN报文）用于与相邻的另一个BGP建立发言关系。（2）更新报文，用于发送某一路由信息以及列出要撤销的多条路由。（3）保活报文用来确认打开的报文和周期性的证实邻站关系。（4）通知报文用来发送检测到的差错。
路由器的构成
路由器是一种典型的网络层设备，陆游器是互联网中的关键设备。路由器的主要作用：（1）连接不同的网络，（2）选择信息传送的路线，选择通常快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络通信系统的负荷，节约网络系统的资源，提高网络系统的畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。
路由器的结构：是一种具有多个输入输出的专用计算机，其任务是转发分组，也就是说将路由器某个端口收到的分组，按照分组要去的目的网络，把该分组从路由器的某个合适的输出端口发送到下一跳路由。下一跳路由也是按照这种方式进行的。
典型的路由器的结构
整个路由器结构可以分为两大部分，路由选择部分，分组发部分。路由选择部分也叫控制部分，其核心构件是路由选择处理机，根据所选择的路由协议构造出路由表。同时经常或定期的和相邻的路由交换信息，不断地更新和维护路由表。分组转发部分由三大部分组成：(1)交换结构，又称交换组织，其任务是根据转发表对分组进行处理。（2）一组输入端口（3）一组输出端口（硬件接口）
转发和路由选择的区别:转发就是路由器跟陆用户的转发表将IP数据报从合适的端口转发出去，路由选择按照分布式算法，根据从相邻路由器得到关于网络的拓扑的变化情况，动态的改变所选择的路由。路由表是根据路由选算法得出的，转发表是根据路由表得出的。
分组丢弃：若路由器处理分组的速率，赶不上分组进入队列的速率，则会造成队列的存储空间哦降到0，导致分组丢弃。路由器输入输出队列的益出是造成分组丢失的重要原因。
交换结构：交换结构是路由器的重要构件，实现交换的三种方法，通过存储器，通过总线，通过纵横交换结构。