コンピュータネットワーク：ネットワーク層（仮想回路サービス、データグラムサービス、相互接続ネットワークと仮想相互接続ネットワーク、IPプロトコル、サブネットマスクの役割）

ネットワーク層によって提供される2つのサービス

ネットワーク層は、ネットワークパスに沿って送信元から宛先にパケットを配信する方法に関係しています。
コンピュータネットワークの分野では、ネットワーク層がトランスポート層に提供するサービスの種類（「接続指向」または「接続なし」）が長期的な問題を引き起こしています。ディベート。
論争の本質は次のとおりです。コンピュータ通信の信頼できる配信に責任があるのは誰ですか。ネットワークであろうとエンドシステム（現在のエンドシステム）であろうと
、現在のエクスプレスサービスと同じであり、2人間の直接取引であれば、商品の正しい交換を保証できますが、エクスプレス配送の場合、顧客と販売者は商品のみを配送します。そして、商品を受け取ると、商品の送信中に発生する問題はどうですか？ネットワークが信頼できる配信を提供する場合、すべての速達サイトは速達に問題がないかどうかをチェックする必要があります。これは間違いなく非常に非効率的です。したがって、エンドシステムは信頼できる配信を提供します。エクスプレスステーションのデフォルトの送信は問題ありません。顧客の後に、問題があるかどうかを顧客に確認させ、問題がある場合は、販売者に再送信して再度表現させます。

2種類のサービス：ネットワーク層がトランスポート層に提供するサービスの種類

仮想回路サービス

仮想回路とは、これが単なる論理接続であり、実際に物理接続を確立するのではなく、データグラム操作モードに従ってこの論理接続に沿ってパケットが送信されることを意味します。
回路交換電話通信は、最初に実際の接続を確立することに注意してください。したがって、パケットスイッチングの仮想接続と回路スイッチングの接続はまったく同じですが、まったく同じではありません。

H1からH2に送信されるすべてのパケットは、同じ仮想回路に沿って送信されます。この回線が切断されると、H1とH2がブロックされます。

データグラムサービス

ネットワーク層は、シンプルで柔軟性があり、接続がなく、ベストエフォートのデータグラムサービスのみを提供します。
ネットワークは、パケットを送信するときに最初に接続を確立する必要はありません。各パケット（つまり、IPデータグラム）は、前後のパケットに関係なく（番号なし）、個別に送信されます。
ネットワーク層は、サービスの品質を約束するものではありません。つまり、送信されたパケットが間違っていたり、失われたり、繰り返されたり、順序が狂ったりする可能性があります（エンドポイントに順序が狂う）。もちろん、パケット送信の制限時間は保証されません。

メリットを提供するために最善の努力は：
伝送ネットワークは、エンドツーエンドの信頼性の高い伝送サービスを提供していませんので」、これは、ネットワーク内のルータは、（通信ネットワークのスイッチに比べて）簡単かつ安価にすることができます。
ホストの場合（つまり、エンドシステム内のプロセス間の通信は信頼できる必要があり、ネットワークのホストのトランスポート層が責任を負います（エラー処理、フロー制御などを含む）。
この設計アイデアを採用する利点は、ネットワークのコストが大幅に削減されることです。 、動作モードは柔軟性があり、さまざまなアプリケーションに適応できます。
インターネットは今日の規模に発展する可能性があり、この設計アイデアの正しさを完全に証明してい

ます。H1からH2に送信されるパケットは、パスが1つでも異なる場合があります。ルートが切断されると、データパケットは他のルートを介して送信され、2つのホストは接続できなくなります

インターネットプロトコルIP

仮想インターネット

ネットワーク相互接続機器

中間装置は、中間システムまたはリレーシステムとも呼ばれます。
物理層リレーシステム：リピーター。
データリンク層リレーシステム：ネットワークブリッジまたはブリッジ。
ネットワーク層リレーシステム：ルーター（ルーター）。
ネットワーク層の上のリレーシステム：ゲートウェイ。

ネットワーク相互接続機器：ルーター
リレーシステムがリピーターまたはネットワークブリッジである場合、これはネットワークの拡張にすぎず、これは依然としてネットワークであるため、一般にネットワーク相互接続とは呼ばれません。
ゲートウェイは比較的複雑で、現在はあまり使用されていません。インターネットとは、ルーターによって相互接続されたネットワークを指します。
歴史的な理由により、TCP / IPに関する多くのドキュメントでは、ネットワーク層で使用されるルーターをゲートウェイと呼んでいます。

相互接続ネットワークと仮想相互接続ネットワーク

仮想相互接続ネットワークの意味
いわゆる仮想相互接続ネットワークは、論理相互接続ネットワークでもあります。つまり、相互接続されたさまざまな物理ネットワークの異質性は本質的に客観的ですが、IPプロトコルを使用してこれらのプロパティを作成できます。さまざまなネットワークは、ユーザーからは統合されたネットワークのように見えます。IPプロトコルを使用する仮想相互接続ネットワークは、略してIPネットワークと呼ぶことができます。
仮想相互接続ネットワークを使用する利点は、インターネット上のホストが通信するとき、それらがネットワーク上で通信しているように見え、相互接続されたネットワークの異種の詳細が見えないことです。

IPプロトコルの概要

インターネットプロトコルIPは、TCP / IPシステムで最も重要な2つのプロトコルの1つです。
IPプロトコルと組み合わせて使用​​される他の4つのプロトコルがあります：
アドレス解決プロトコル（ARP）
、逆アドレス解決プロトコル（RARP）
、インターネット制御メッセージプロトコル（ICMP）、
インターネットグループ管理プロトコル、IGMP（インターネットグループ管理プロトコル）

IP階層

階層IPアドレス

たとえば、右側のルーターが受信したアドレスの前に192.168.1で始まる宛先アドレスが続くと、背後にあるものが無視されて直接左側に送信されます。192.168.1のネットワークセグメントを左側で
すべて0にすることはできません。、すべて1にすることはできません。
ホスト番号。すべて0はネットワーク自体を表します。これはネットワークを識別します。
ホスト番号。すべて1は、このネットワークセグメントへの直接ブロードキャストを表します。

ウェブサイトアドレス

ネットワークアドレス（ネットワーク番号とも呼ばれます）は、各ネットワークを一意に指定します。同じネットワーク上のすべてのコンピューターは同じネットワークアドレスを共有し、それを独自のIPアドレスの一部として使用します。

IPアドレスは32ビットです。タイプIPアドレスは、ネットワークアドレスに8ビット、ホストアドレスに24ビットを使用します。
このようにして、同じネットワークセグメントに256 256256マシンを配置できます。

クラスBアドレスは16ビットのネットワークアドレスとホストアドレスです。
クラスCアドレスは24ビットのネットワークアドレスと8ビットのホストアドレスです。ネットワークセグメントには256台のマシンを

含めることができます。バイナリと10進数の間の変換の特性に応じて、ネットワーク設計者はABCDアドレスを区別するために最初の8ビットを使用したい

0で始まることはクラスAアドレスを意味し、0-127
で始まり10で始まることはクラスBアドレスを意味し
、128-191
で始まり110で始まることはクラスCアドレスを意味し、192-223で始まり1110で始まることはDを意味します
次の図の224-239から割り当て可能な最大ネットワーク番号を表すクラスアドレス
。A。最初のビットは0でなければならないため、すべて0およびすべて1にすることはできません。したがって、10、2が
欠落しているため、2 ^ 7-2Bになります。 、および128.0はループバックを意味します。これは、通常は割り当てられていないことを意味するため、1を減算します。

いくつかの特別なIPアドレス

127.0.0.1ローカルループバックアドレス
169.254.0.0コンピューターがネットワークからIPアドレスを取得できない場合、コンピューターはそれ自体で一時アドレスを生成します。
予約済みプライベートネットワークアドレス
10.0.0.0
172.16.0.0 ---- 172.31.0.0
192.168.0.0 ---- 192.168.255.0

(1)  广播地址
    TCP/IP协议规定，主机号全为“1”的IP地址用于广播之用，称为直接广播地址。用以标识网络上所有的主机，例如，192.168.1.10是一个C类地址，广播地址是192.168.1.255。当某台主机需要发送广播时，就可以使用直接广播地址向该网络上的所有主机发送报文。
(2)有限广播地址
    有时需要在本网内广播，但又不知道本网的网络号，于是TCP/IP协议规定，32比特全为“1” 时的IP地址用于本网广播。因此，该地址称为“有限广播地址”，即255.255.255.255。
(3) “0”地址
TCP/IP协议规定，主机号全为“0”时，表示为“本地网络”。例如，“128.20.0.0”表示“128.20”这个B类网络，“192.168.1.0”表示“192.168.1”这个C类网络。
(4) 回送地址
    以127开始的IP地址作为一个保留地址，例如127.0.0.1，用于网络软件测试以及本地主机进程间通信，该地址被称为“回送地址”。

サブネットマスクの役割

サブネットマスク（サブネットマスク）は、ネットワークマスクおよびアドレスマスクとも呼ばれます。これは、IPアドレスのどのビットがホストのあるサブネットを識別し、どのビットがホストを識別するかを示すために使用されるビットマスクです。 。サブネットマスクは単独で存在することはできません。IPアドレスと組み合わせて使用​​する必要があります。サブネットマスクには、IPアドレスをネットワークアドレスとホストアドレスの2つの部分に分割するという1つの機能しかありません。
コンピューターのIPアドレスが172.16.122.204として構成されている場合、サブネットマスクは255.255.0.0です。IPアドレスとサブネットマスクをバイナリで書き込み、AND演算を実行します。つまり、1と1のAND演算は1であり、0と1または1と0のAND演算は両方とも0になります。このように、IPアドレスとサブネットマスクのAND演算後、ホストビットは値に関係なくゼロに戻り、ネットワークビットの値は変更されないため、コンピューターが配置されているネットワークセグメントは172.16.0.0になります。