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网络层
网络层要素（TCP/IP体系结构）：
网络层提供的服务与服务特点、
网际协议IP，ARP，
IP地址的编址方式（子网超网等），
ICMP(ping与traceroute)，
路由器，路由选择协议（RIP，OSPF，BGP），
IP多播（IGMP），
v*n与NAT。
1.网络层提供的服务与服务特点？
在计算机网络中进行通信的两个计算机之间可能会经过很多个数据链路，也可能还要经过很多通信子网。网络层的任务就是选择合适的网间路由和交换节点，确保数据及时传送。
特点：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（网络层不提供服务质量的承诺）。
2.网际协议IP（Internet Protocol）
由于网际协议IP是用来使互联起来的许多计算机网络能够通信的，因此TCP/IP体系中的网络层常常被称为网际层或IP层。使用“网际层”这个名词的好处是强调这是由很多网络构成的互连网络，利用IP协议可以使性能各异的网络在网络层上看起来好像是一个统一的网络。
3.地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）
ARP是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。
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不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
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每一个主机都有一个ARP高速缓存（ARP cahe） ，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
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当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如有，就可以查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。
4.IP地址的编址方式
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分类的IP地址
A类地址：以0开头， 第一个字节范围：0~127（1.0.0.0 - 126.255.255.255）；
B类地址：以10开头， 第一个字节范围：128~191（128.0.0.0 - 191.255.255.255）；
C类地址：以110开头， 第一个字节范围：192~223（192.0.0.0 - 223.255.255.255）；
10.0.0.0—10.255.255.255， 172.16.0.0—172.31.255.255， 192.168.0.0—192.168.255.255。（Internet上保留地址用于内部）
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子网的划分
划分子网的基本思路
子网掩码：可以找出IP地址中的子网部分
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无分类编址CIDR（Classless Inter-Domain Routing）（构造超网）
CIDR消除了传统的A类、B类、C类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配IPv4的地址空间。
CIDR使用各种长度的“网络前缀”（network-prefix）来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址，如下图
5.网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol）
种类：①ICMP差错报文②ICMP询问报文
- ICMP差错报文种类：
①终点不可达
②时间超过
③参数问题
④改变路由（重定向） - ICMP询问报文种类：
①回送请求和回答
②时间戳请求你和应答
应用：PING与Traceroute
- PING（分组网间探测）：用来测试两台主机之间的连通性。PING使用了ICMP回送请求和回送回答报文。例：一台PC向新浪的邮件服务器发出四个ICMP回送请求报文，如果服务器正常工作而且响应这个ICMP回送请求报文，那么它就发回ICMP回送回答报文。由于往返的ICMP报文上都有时间戳，因此很容易得出往返时间。
- Traceroute：用于跟踪一个分组从源点到终点的路径。
6.路由器
路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。
7.路由选择协议（内部网关协议RIP）
工作原理：RIP（Routing Information Protocol）是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议（RFC 1058），它的中文名称叫做路由信息协议，但很少被使用，RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，要求网络中的每一个路由器都要维护它自己到其他每一个目的网络的距离纪录（最大距离15），是互联网的标准协议，其最大优点就是简单。
特点：
①仅和相邻路由器交换信息
②路由器交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己现在的路由表
③按固定的时间间隔交换路由信息
自治系统中所有节点得到正确的路由选择信息的过程快（收敛快），实现简单，“坏消息传的慢”。
8.内部网关协议OSPF(Open Shortest Path First)
是为克服RIP的缺点开发出来的，原理简单，实现复杂，“Open”指其是公开发表的，使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。
特征：使用分布式的链路状态协议。
特点（也区别于RIP）：
①使用洪泛法向本自治系统中所有路由器发送信息。
②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。
③只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器用洪泛法发送此信息。区别于RIP无论网络拓扑有无变化，路由器之间都要定期交换路由表的信息。
优缺点：更新过程收敛得快，坏消息不会传的慢
9.外部网关协议BGP
BGP是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。
10.网际组管理协议（IGMP(Internet Group Management Protocol)）
为了使路由器知道多播组成员的信息，需要利用IGMP。
IGMP可分为两个阶段：
第一阶段：当某个主机加入新的多播组时，该主机应向多播组的多播地址发送IGMP 报文，声明自己要成为该组的成员。本地的多播路由器收到 IGMP 报文后，将组成员关系转发给因特网上的其他多播路由器。
第二阶段：因为组成员关系是动态的，因此本地多播路由器要周期性地探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还继续是组的成员。
只要对某个组有一个主机响应，那么多播路由器就认为这个组是活跃的。
但一个组在经过几次的探询后仍然没有一个主机响应，则不再将该组的成员关系转发给其他的多播路由器。
11.虚拟专用网v*n（Virtual Private Network）
v*n属于远程访问技术，简单地说就是利用公用网络架设专用网络。例如某公司员工出差到外地，他想访问企业内网的服务器资源，这种访问就属于远程访问。
12.网络地址转换NAT（Network Address Translation）
NAT（Network Address Translation，网络地址转换）是1994年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了本地IP地址（即仅在本专用网内使用的专用地址），但现在又想和因特网上的主机通信（并不需要加密）时，可使用NAT方法。
这种方法需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。这样，所有使用本地地址的主机在和外界通信时，都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址，才能和因特网连接。
另外，这种通过使用少量的公有IP 地址代表较多的私有IP 地址的方式，将有助于减缓可用的IP地址空间的枯竭。在RFC 2663中有对NAT的说明。