服务设计思路：网络层向上提供无连接的，简单灵活的，不可靠的交付数据服务。这样可能造成所传送的分组的出错，丢失等错误，但是这样可以使路由器做的简单，价格低廉。
这种思路的好处：网络造价大大降低，能适应多种应用，运行方式灵活。
网际协议IP：
与IP协议配套使用的三个协议：
- ARP：地址解析协议.
- ICMP：网际控制报文协议
- IGMP：网际组管理协议
ip协议常常使用ARP协议，但是ICMP和IGMP使用ip协议。
网络连接的四种中间设备：
- 转发器：物理层中使用
- 网桥：数据链路层中使用
- 路由器：网络层中使用
- 网关：网络层以上用网关连接两个不兼容的系统，需要在高层进行协议的转换。
互联网由多个异构网络互联构成，但因为互联的计算机网络层都使用相同的IP协议，因此可把互联的计算机看成一个虚拟互联网络（逻辑互联网络），利用IP协议使性能各异的网络在网络层上看起来好像一个统一的网络。
最基本的IP地址分类：常用的有{A,B,C}三类，D类为多播IP，E类未用到
二级IP地址定义 ：{网络号，主机号}；
IP地址的指派范围：
| 网络类别 | 最大可指派的网络数 | 第一个可指派的网络号 | 最后一个指派的网络号 | 最大主机数 |
| A | 126（2^7-2） | 1 | 126 | 2^24-2 |
| B | 16383（2^16-1）128.0.0.0不指派 | 128.1 | 191.255 | 2^16-2 |
| C | 2097151（2^21-2） 192.0.0.0不指派 |
192.0.1 | 223.255.255 | 2^8-2 |
IP地址与硬件地址：
IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址。
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址。
当IP数据报进入数据链路层时，被封装成MAC帧，MAC帧中的源地址和目的地址是硬件地址。
注：在局域网中，硬件地址已固化在ROM中，因此硬件地址又常称物理地址。又因为MAC帧中的源地址和目的地址都是硬件地址，所以又叫MAC地址。
IP地址和物理地址区别：如果两个主机相连，当主机A给主机B发送数据时，IP数据报中的源地址和目的地址不会改变，但是在数据链路层中的MAC帧的源地址和目的地址会不断改变。
地址解析协议ARP
ARP:知道了一个机器的IP地址，通过ARP找到相对应的物理地址。
网络层使用IP地址，但是数据链路层使用的是硬件地址，但IP与物理地址却不存在映射关系，所以用到ARP。
工作方法：在主机的ARP高速缓存中存放一个IP地址到物理地址的映射表，并且时常更新。
工作原理：
- 在一个局域网中，主机A向主机B发送数据报，先在ARP高速缓存中查询有无主机B的IP地址，若有，则查出相应的物理地址，将其写入MAC帧并发送。若查询不到，则运行ARP，在局域网中发送一个ARP请求分组，分组主要内容{本机IP,本机MAC地址，目的主机的IP}。
- 局域网中的所有主机都收到ARP分组
- 若主机B的IP与目的主机IP一样，则接收这个APR分组，并且向主机A发送ARP响应分组，响应分组中写入自己的物理地址。同时B也在ARP高速缓存中写入主机A的映射关系。
- 主机A收到响应分组后，将映射关系写入ARP高速缓存。
注：ARP是解决同一个局域网上的主机或路由器之间的IP地址和MAC地址的映射关系。若目的主机与源主机不在同一个局域网上，则需要通过路由器转发。
划分子网与子网掩码：
划分子网思路：
- 将一个物理网划分为若干个子网
- 从主机号中借若干个号作为子网号 三级IP：{网络号，子网号，主机号}；
- 从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍是根据网络号找到路由器，路由器收到数据报后，按目的网络号和子网号找到目的子网，将IP数据报交付目的主机。
子网掩码：
子网的网络地址求法：将三级IP地址的子网掩码于数据报的IP地址逐位相与。
子网的网络号与子网号对应的子网掩码所有位全部默认为1，主机号对应的子网掩码位默认为0（没有硬性规定，推荐这么写）。
子网数量是根据子网号计算的：若子网号有n位，则子网数量为（2^n-2） 排除全0和全1两种情况。
划分子网增加了灵活性，但是减少了连接网络主机的个数。
网际控制协议ICMP
ICMP允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
ICMP报文是装在IP数据报中，作为其中的数据部分。
ICMP报文分为：ICMP差错报文和ICMP询问报文
ICMP差错报文分为5类：
- 终点不可达
- 源点抑制
- 时间超过
- 参数问题
- 改变路由（重定向）
报文的数据字段格式：收到所需要差错报告的IP数据报的首部和数据字段的前8个字节提取出来，作为ICMP报文的数据字段，再加上相应的ICMP差错报告报文的前8个字节，构成了ICMP差错报告报文。
路由选择协议
按照能否随通信量或拓扑自适应的调整 划分为：静态路由和动态路由。
因特网主要使用的是动态路由，原因有两个：
- 因特网规模庞大
- 很多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节，但是又想连入因特网。
因特网按照路由选择协议划分为两大类：
- 内部网关协议IGP：即在一个自治系统内使用的路由选择协议，这类路由选择协议目前使用的最多，比如：RIP,OSPF协议，是一种域内路由选择。里面具有多种协议
- 外部网关协议EGP：是一种域间路由选择。目前只使用一种协议：BGP-4（BGP协议的第4版本）
内部网关协议RIP
RIP：RIP路由信息协议 是基于距离向量的路由选择协议。优点：简单
RIP允许一条路径上最多15个路由器，也限制了RIP只能适用于小型网络。
RIP协议特点：
- 仅和相邻路由交接信息
- 路由间交接的信息是当前本路由器知道的所有信息
- 按固定时间间隔交换
路由表的主要信息：到某个网络的距离（最短路离），以及经过的下一跳的地址。路由表更新原则：找出到每个目的网络最短距离 方法：距离向量算法
距离向量算法原理：
- 地址X的相邻路由器发送来RIP报文。修改报文内容：把“下一跳”字段中所有的地址改为X，并且把所有“距离”字段加1
- 对修改后的RIP报文中的每一个项目，进行以下步骤：若原来路由器表中没有目的网络N，则把该项目添加到路由器表中，否则：若下一跳地址是X，则把收到的项目替换原路由器表中的项目，否则：若收到的项目中的距离d小于原路由器表中的距离，则进行更新，否则什么也不做。
- 若三分钟还没有收到相邻路由器的更新路由表，则距离设置为16（不可达）
RIP协议使用运输层的用户数据报UDP进行传送。
一个RIP最多包含25个路由，所以RIP的报文长度最大：25*20（一个路由的长度）+4（首部长度）=504，若大于504，则必须再使用一个报文。
RIP协议缺点：坏信息传送时间较慢，因为更新路由表需要间隔固定的时间。
内部网关协议OSPF
OSPF：开放最短路径优先，为克服RIP协议的缺点。
OSPF主要特征：使用分布式的链路状态协议。
OSPF协议要点：
- 向本自治系统的所有路由器发送信息，使用洪泛法（一点向外扩散，一直到发送完所有的路由器）
- 发送信息是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态。“链路状态”是指哪些相邻的路由器与该“链路状态”的代价。
- 只有当链路状态发生变化时，路由器才会向所有路由器用洪泛法交换信息。
OSPF不用UDP而是直接用IP数据报传送，OSPF分组使用固定长度为24字节的首部。
OSPF：由于各路由器频繁交换链路状态信息，因此所有的路由最终都能建立一个链路状态数据库，实际上是全网的拓扑结构图。RIP则没有全网的拓扑结构图。例如：RIP只知道当前该怎么跳，只能跳到下一跳，才能知道下一跳改怎么跳。
OSPF的五种分组类型：
- 问候分组：用来发现和维持邻站的可达性
- 数据库描述分组：向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息。
- 链路状态请求分组：向对方请求发送某些链路状态项目的详细信息
- 链路状态更新：用洪泛法对全网更新链路状态。是最复杂的，也是OSPF的核心。
- 链路状态确认：对链路更新分组的确认
规定每两个相邻的路由10S交换一次问候分组，确定路由是否可达，若40S还没有收到问候分组，则更新链路状态数据库，重新计算路由表。
外部网关协议BGP
BGP：寻找一条比较好的路径，而不是最佳（比如距离最短）的路径
通过每个域找一个边界路由器来作为“代言人”（不是必须要边界路由器）进行确认交换信息的。
路由器的构成：路由选择协议，分组转换部分
选择部分：也称控制部分，核心构件：路由选择处理机 任务：根据所选定的路由选择协议构造出路由表，并且不断更新和维护
IP多播
两种协议：网际组管理协议IGMP和多播路由器选择协议
能够运行多播协议的路由器称为多播路由器，当然也可以转发普通的单播IP数据报。
IGMP协议工作两个阶段：
- 当某个主机加入新的多播组时，该主机应该向多播组的多播地址发送一个IGMP报文，声明自己是该多播组的成员。多播路由器收到报文后，还要理由多播路由协议转发给其他的多播路由器
- 组员关系是动态的。本地多播路由器要周期性的查询本地局域网上的主机，以便知道主机是否还是该组的成员