文章目录

• 前言
• 络层的功能
• • 络层的功能
  • 络互联中继系统/中间设备的类型
  • 路由器的功能
  • 路由表的组成
  • 络层的层面
  • 软件定义 络（SDN）的层面
  • 拥塞控制的方式
  • 络层的协议
• 路由算法
• • 路由算法的类型
  • 动态/自适应算法路由算法的类型
  • 路由选择协议的类型
  • 路由器交付的方式
• 际协议版本4（IPv4）
• • 际协议版本4（IPv4）分组的格式
  • 际协议版本4（IPv4）分组关于分片的字段
  • 际协议版本4（IPv4）地址的类型
  • 分类的 际协议版本4（IPv4）地址
  • 络地址转换（NAT）的映射项
  • 际控制 文协议（ICMP） 文的类型
  • 际控制 文协议（ICMP） 文的应用
• 际协议版本6（IPv6）
• • 解决 际协议（IP）地址耗尽的方式
  • 际协议版本6（IPv6）地址的类型
  • 际协议版本4（IPv4）向 际协议版本6（IPv6）过渡的策略
• 路由协议
• • 路由选择协议的类型
  • 常用的路由选择协议
  • 开放最短路径优先（OSPF）协议分组的类型
  • 边界 关协议（BGP）协议分组的类型
  • 自治系统（AS）路由器的类型
• 际协议（IP）组播
• • 际协议（IP）组播的类型
  • 组播路由算法的类型
• 移动 际协议（IP）
• • 移动 际协议（IP）的功能实体
  • 移动 际协议（IP）的工作过程
• 络层设备
• • 域的类型
  • 络层的设备
  • 路由器的功能
  • 路由器的组成
  • 路由表的组成
  • 转发表（不是数据链路层的转发表）的组成
• 总结
• 参考资料

前言

计算机 络的知识抽象、晦涩、不易理解并记忆，在此对“ 络层”一章中重点知识总结成提纲。

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络层的功能

络层的功能

• 异构 络互联
• 路由选择
• 分组转发
• 拥塞控制

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络互联中继系统/中间设备的类型

依据计算机 络传输控制协议/ 际协议（TCI/IP）模型从上/高到下/底的层次：

• 络层以上： 关
• 络层：路由器
• 数据链路层： 桥，交换机
• 物理层：中继器，转发器，集线器

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路由器的功能

• 路由选择
• 分组转发

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路由表的组成

至少有：

• 目的 络地址
• 子 掩码
• 下一跳地址
• 端口

还有：

• 度量值
• 距离
• …

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络层的层面

• 控制层面——路由选择
• 数据/转发层面——分组转发

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软件定义 络（SDN）的层面

• 控制层面——集中式
• 数据/转发层面——分布式

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拥塞控制的方式

• 开环控制——静态，预防
• 闭环控制——动态，反馈

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络层的协议

• 际协议（IP）
• 际/因特 组管理协议（IGMP）
• 地址解析协议（ARP）
• 逆/反向地址解析协议（RARP）
• 际控制 文协议（ICMP）
• 开放最短路径优先（OSPF）协议

注意：

• 地址解析协议（ARP）工作在 络层，因为需要 际协议（IP）地址信息
• 络地址转换（NAT）工作在传输层，因为需要端口信息
• 动态主机配置协议（DHCP）工作在应用层，因为使用客户机/服务器（CS）模式；基于用户数据 协议（UDP），因为不知 际协议（IP）地址，无法建立传输控制协议（TCP）连接

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路由算法

路由算法的类型

• 静态/非自适应路由算法
• 动态/自适应算法路由算法

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动态/自适应算法路由算法的类型

距离矢量/向量路由算法：

• 定期发送全局信息（本路由器知道的所有信息）给相邻结点
• 如：路由信息协议（RIP）

链路状态路由算法：

• 状态改变才发送局部信息（本路由器知道的相邻的所有路由器信息）给所有结点/泛洪（不是广播）
• 使用迪杰斯特拉（Dijkstra）最短路径算法更新信息
• 如：开放最短路径优先（OSPF）协议

路径向量（ 络可达性信息，不只是下一跳地址）路由算法：

• 状态改变才发送局部信息（状态改变的内容）给相邻结点
• 选择较好，而不是最佳路由
• 如：边界 关协议（BGP）

广播和泛洪的区别：

• 广播：都发，自身（端口）也发
• 泛洪：除自身（端口）都发

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路由选择协议的类型

依据路由层次：

• 内部 关协议（IGP）/域内路由选择：如路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先（OSPF）协议
• 外部 关协议（EGP）/域间路由选择：如边界 关协议（BGP）

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路由器交付的方式

• 直接交付：相同 段，不涉及路由器
• 间接交付：不同 段，涉及路由器；包含直接交付

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际协议版本4（IPv4）

际协议版本4（IPv4）分组的格式

首部：

• 固定部分：20字节（B）
• 可变部分

固定部分：

• 版本：4比特位（b）
• 首部长度：4比特位（b）：内容的基本单位：4字节（B）
• 区分服务：8比特位（b）
• 总长度：16比特位（b）：内容的基本单位：1字节（B）
• 标识：16比特位（b）
• 标志：3比特位（b）
• 片偏移：13比特位（b）：内容的基本单位：8字节（B）
• 生存时间（TTL）：8比特位（b）
• 协议：8比特位（b）
• 首部校验和：16比特位（b）
• 源地址：16比特位（b）
• 目的地址：16比特位（b）

数据：

• 0-1480字节（B）——对以太 帧的最大传输单元（MTU）：1500字节（B）- 首部固定部分：20字节（B）

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际协议版本4（IPv4）分组关于分片的字段

• 标识
• 标志：更多片（MF），不分片（DF）
• 片偏移：单位：8字节（B）

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际协议版本4（IPv4）地址的类型

• 分类： 络 +主机
• 分类+子 划分： 络 +子 +主机
• 无分类域间路由（CIDR）： 络前缀+主机
• 无分类域间路由（CIDR）+子 划分： 络前缀+子 +主机

注意：子 划分和无分类域间路由（CIDR）不同

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分类的 际协议版本4（IPv4）地址

• A类：1-126
• B类：128-191
• C类：192-223
• D类：224-239：组播（部分不能作组播地址）
• E类：240-255：保留

特殊地址：

• 主机 全0：本 络
• 主机 全1：本 络的广播地址/直接广播地址
• 127.X.X.X：环回自检地址
• 32位全0：0.0.0.0：本 络中的本主机
• 32位全1：255.255.255.255： 络广播地址->本 络的广播地址/受限广播地址

络地址转换（NAT）的私有 段：

• A类：10.0.0.0 – 10.255.255.255，1个
• B类：172.16.0.0 – 172.31.255.255，16个
• C类：192.168.0.0 – 192.168.255.255，256个

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络地址转换（NAT）的映射项

四元组：

• 私用地址：端口
• 公有地址：端口

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际控制 文协议（ICMP） 文的类型

差错 告 文：

• 路由重定向
• 参数问题
• 超时
• 源点抑制
• 终点不可达

询问 文：

• 回送请求和回答 文（常用）
• 时间戳请求和回答 文（常用）
• 地址掩码请求和回答 文
• 路由器询问和通告 文

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际控制 文协议（ICMP） 文的应用

• 分组 间探测（PING）：工作在应用层，直接使用 络层的 际控制 文协议（ICMP），未使用传输层的传输控制协议（TCP）和用户数据 协议（UDP）
• Traceroute（UNIX）/Tracert（Windows）：工作在 络层

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际协议版本6（IPv6）

解决 际协议（IP）地址耗尽的方式

• 络地址转换（NAT）
• 无分类域间路由（CIDR）
• 际协议版本6（IPv6）——根本

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际协议版本6（IPv6）地址的类型

• 单播
• 多播
• 任播：发送的目的是一组/多个，接收只有一个

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际协议版本4（IPv4）向 际协议版本6（IPv6）过渡的策略

• 双协议栈技术：使用两协议
• 隧道技术：封装 际协议版本6（IPv6）在 际协议版本4（IPv4）中传输

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路由协议

路由选择协议的类型

依据路由层次：

• 内部 关协议（IGP）/域内路由选择：如路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先（OSPF）协议
• 外部 关协议（EGP）/域间路由选择：如边界 关协议（BGP）

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常用的路由选择协议

• 路由信息协议（RIP）：距离矢量/向量路由选择协议；工作在应用层，基于用户数据 协议（UDP）（端口 ：520）
• 开放最短路径优先（OSPF）协议：链路状态路由选择协议；工作在 络层
• 边界 关协议（BGP）：路径向量路由选择协议（路径较好，不是最佳）；工作在应用层，基于传输控制协议（TCP）

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开放最短路径优先（OSPF）协议分组的类型

依据基本操作/工作方式顺序：

• 问候
• 数据库描述
• 链路状态请求
• 链路状态更新
• 链路状态确认

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边界 关协议（BGP）协议分组的类型

• 打开
• 更新
• 保活
• 通知

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自治系统（AS）路由器的类型

• 区域内部路由器
• 区域边界路由器
• 自治系统（AS）边界路由器

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际协议（IP）组播

际协议（IP）组播的类型

• 局域 硬件组播
• 因特 组播：包括局域 硬件组播

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组播路由算法的类型

• 距离矢量/向量路由算法
• 链路状态路由算法
• 协议无关的组播（PIM）路由算法

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移动 际协议（IP）

移动 际协议（IP）的功能实体

• 移动结点：主/本地地址（不变）+辅/转交地址（可变）
• 归属/本地代理：主要负责移动结点接收分组：主/本地地址->辅/转交地址
• 外埠/外部代理：主要负责移动结点发送分组：辅/转交地址->主/本地地址

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移动 际协议（IP）的工作过程

1. 代理发现
2. 注册：向归属/本地代理注册
3. 分组路由
4. 注销：向归属/本地代理注销

另：

• 移动结点接收分组：其他结点->归属/本地代理->外埠/外部代理->移动结点
• 移动结点发送分组：移动结点->外埠/外部代理->归属/本地代理->其他结点

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络层设备

域的类型

• 冲突域
• 广播域

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络层的设备

• 路由器

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路由器的功能

• 路由选择：使用路由表
• 分组转发：使用转发表

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路由器的组成

• 路由选择/控制部分：路由选择处理机：路由选择协议->路由表
• 分组转发/数据部分：输入端口，交换结构：路由表->转发表，输出端口

交换结构交换的方式：

• 通过存储器
• 通过总线
• 通过 络

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路由表的组成

至少有：

• 目的 络地址
• 子 掩码
• 下一跳地址
• 端口

还有：

• 度量值
• 距离
• …

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转发表（不是数据链路层的转发表）的组成

• 目的地址
• 下一跳地址

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总结

计算机 络的知识抽象、晦涩、不易理解并记忆，在此对“ 络层”一章中重点知识总结成提纲。

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参考资料

• 《2023年计算机 络考研复习指导》组编：王道论坛

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• 文章在描述时有疑惑的地方，请留言，定会一一耐心讨论、解答
• 文章在认识上有错误的地方, 敬请批评指正
• 望读者们都能有所收获

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