计算机网络 | 网络层

参考视频：王道计算机考研 计算机网络

参考书：《2022年计算机网络考研复习指导》

计算机网络 | 网络层

功能概述

网络层：向上提供简单的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

• 功能一：路由选择与分组转发：让数据在路由器之间走最佳的路径。
• 功能二：异构网络互联：让不同的设备（手机、电脑、平板等）都能正常连接。
• 功能三：拥塞控制
  • 开环控制（静态）：在拥塞之前就提前设计解决。
  • 闭环控制（动态）：在拥塞时自动调整解决问题。

拥塞：在通信子网中，因出现过量的分组而引起网络性能下降的现象。

数据在各层的传输形式：

OSI参考模型	各层次的传输单元
应用层	报文
传输层	报文段
网络层	IP数据报，分组（如果IP数据报太大就切割成分组）
数据链路层	帧
物理层	比特流

SDN（Software-Defined Networking）

数据平面：用于控制数据处理过程中各种具体处理转发过程。处理时间短，在路由器中用硬件实现。

控制平面：用于控制、管理网络协议的运行，比如 OSPF 协议、RIP 协议、BGP 协议。处理时间长，在路由器中用软件实现。

分为两种：

• 每路由器法
• SDN 法

每路由器法：

SDN 法：

注：上面的交换机实际上是路由器。

SDN 控制器的三个层次：

• 对于网络控制应用程序的接口：SDN 控制器通过“北向接口”与网络控制应用程序交互，该 API 允许网络控制应用程序在状态管理层之间读写网络状态。
• 网络范围状态管理层：由 SDN 控制平面作出的最终控制决定，将要求控制器具有有关网络的主机、链路等最新状态信息。
• 通信层：负责 SDN 控制器与受控网络设备之间的通信（OpenFlow 协议），包含“南向接口”。

例题：

小结：

路由算法与路由协议

路由算法的分类：

层次路由：

• 内部网关协议（IGP）：也称域内路由选择。
• 外部网关协议（EGP）：也称域间路由选择。

示例：

IPv4

IPv4 分组

IPv4 分组的格式

一个 IP 分组由首部和数据部分组成：

• 首部：固定长度为 20 比特， 是所有 IP 分组必需的。后面是一些可选字段，长度可变，用来提供错误检测及安全等机制。
• 数据部分：TCP、UDP段。

IP 数据报格式：

名称	英文	注释	大小
版本	Version	ipv4或者ipv6	4位
首部长度	IHL	此处数值再乘以4才是真正大小，同时因为IP数据报固定长度为20字节，所以此处最小值为5，即二进制的0101	4位
区分服务	DSCP + ECN	希望获得哪种服务，用的比较少	8位
总长度	Total Length	首部+数据的长度，最大为216-1=65535B	16位
标识	Identification	用来表示是哪一个数据报的分片，不同的分片标识各不相同	8位
标志	Flags	用来表示是否分片和分片是否结束	3位，但实际有用的只有后两位
片偏移	Fragment Offset	用来标记分片之后，该分片在原来的数据报的位置，以8字节为单位	13位
生存时间	Time To Live 即TTL	每经过一个路由器TTL-1,0时自动放弃，根据系统不同默认的TTL不同	8位
协议	Protocol	用来标记协议名的字段值，如TCP、UDP、ICMP等	8位
首部检验和	Header Checksum	检验首部的字段是否出错，出错就丢弃此数据报	8位
源地址	Source IP Address	发送方ip地址	32位
目的地址	Destination IP Address	接收方ip地址	32位
可选字段	Options	用来排错等安全检测	未知，可在0-40位之间
填充		将数据报对齐成4字节的整数倍，数值全部为0	未知，根据可选字段来定

注：总长度单位是 1B，片偏移单位是 8B，首部长度单位是 4B。

IPv4 数据报分片

最大传送单元（MTU）：一个数据链路层数据报能承载的最大数据量。

以太网的 MTU 是 1500 字节。

如果 IP 分组超过了某链路的 MTU 值？

IP 数据报分片。

例题：