第一节 网络层服务
网络层的主要作用是将网络层数据报从送达
。
主要功能包括：
1. 转发：分组从输入接口转移到输出接口；
2. 路由选择：决定分组经过的路由或路径。
（网络层主要给传输层提供服务，传输层主要提供数据的可靠性，好比寄快递收快递，主要负责把发送的东西准备好，签写好快递单，写好地址，交给网络层。实际的传输过程由网络层实现。）
路由器相当于处在一个路口上，有很多路连着，从这条路到路由器所有数据要给它们指路，说要走哪边，其它数据走那边，所以有很多输入端口，相应的有很多输出端口，但要走哪条路出去呢？这时候依赖一个转发表，该转发表记录着你要去的目的地应该走哪个输出端口出来。那这个转发表是如何产生的呢？它靠的是路由选择协议，这是一个负责选路的功能，通过路由选择来判断去网络上的各个目的地都应该选择哪条路径根据这个路径就记录成一个路由表，而通过路由表就变成一个转发表，这就是网络层。
网络层主要完成的功能: 一个是路由选择，路由选择在更高的层面上，通过路由选择协议跟其它的路由器进行信息交换，最后掌握整个网络的路径情况，有了路由选择后就可以对数据进行转发操作，这有点象数据的分解，这个要去那，这个要去这。
第二节 数据报网络与虚电路网络
一、数据报网络
数据报网络：按照目的主机地址进行路由选择的网络。
特点：
1. 无连接
2. 每个分组作为一个独立的数据报进行传送，路径也可能不同
3. 分组可能出现乱序和丢失
（有的分组可能路上堵车，一直未到达就会出现丢失，有的可能该路走不同就走其它路，也可能刚出发的分组拥堵，而后出发的分组比较畅通先到达，就会出现乱序，所以该数据报是不可靠的，但是它的速度较快，效率比较高）
由于网络层一般用数据报，而数据报是不可靠的，所以需要在它的上面增加一个传输层增加可靠性，实际的网络中也有能提供可靠的服务，例如：虚电路网络。
二、虚电路网络
虚电路网络在网络层提供的分组交换服务。
特点：
1. 建立一条网络层逻辑连接；
2. 不需要为每条虚电路分配独享资源（区别于电路交换）；
3. 根据虚电路号沿虚电路路径按序发送分组。
第三节 网络互连与网络互联设备
一、异构网络互连
异构网络：两个网络的通信技术和运行的协议不同。
异构网络互连的基本策略：
1. 协议转换；
2. 构建虚拟互联网络。（两个网络共同支持上层协议，例如两个网络共同支持IP协议）
二、路由器
输入端口
输出端口
交换结构：
基于网络交换的每个“黑点”相当于一个开关，当要输出哪个数据，开关就打开，否则断开
路由处理器：
执行路由器的各种指令，包括路由协议的运行、路由计算以及路由表的更新维护等。
第四节 网络层拥塞控制
一、网络拥塞
拥塞：一种持续过载的网络状态，此时用户对网络资源(包括链路带宽、存储空间和处理器处理能力等)的总需求超过了网络固有的容量。
原因：
1. 缓冲区容量有限；
2. 传输线路的带宽有限；
3. 网络结点的处理能力有限；
4. 网络中某些部分发生了故障。
二、流量感知路由
流量感知路由：
根据网络负载，将网络流量引导到不同的链路上，均衡网络负载，从而延缓或避免拥塞发生。
解决网络负载的震荡现象：
1. 多路径路由；
2. 缓慢转移流量至另一链路。
三、准入控制
准入控制：是一种广泛应用于的拥塞预防技术。
基本思想：
对新建虚电路进行，如果新建立的虚电路会导致网络变得拥塞，那么网络拒绝建立该新虚电路。
拥塞状况的量化：基于平均流量和瞬时流量
四、流量调节
1. 感知拥塞
2. 处理拥塞：将拥塞信息通知到其上游结点。
处理方法：
(1)抑制分组：给拥塞数据报的返回一个抑制分组。
(2)背压：让抑制分组在从拥塞结点到源结点的路径上的，都发挥抑制作用。
五、负载脱落
负载脱落：路由器主动丢弃某些数据报。
如何选择要丢弃的数据报：
1. 丢弃新分组：如 GBN
2. 丢弃老分组：如实时视频流
第五节 Internet网络层
一、IPv4协议
IP数据报格式：
IP首部固定部分20字节
IP数据报分片
标识：判断这些分片是否属于
标志：判断是否为
片偏移：判断各分片的
二、IPv4编址
IPv4地址长度：32位进制
点分十进制标记法
分类地址：A、B、C、D、E五类
特殊地址、私有地址
主机号全0全1不可用，即
A类可用主机号为
B类可用主机号为
C类可用主机号为
1. 子网划分
将一个较大的子网划分为多个较小子网的过程。
较大子网具有较短的网络前缀，较小子网具有稍长的前缀。
超网：将具有较长前缀的相对较小的子网合并为一个具有稍短前缀的相对较大的子网。
子网掩码：用来定义一个子网的网络前缀长度。（前半部分全1，后半部分全0）
例题1.1：假设某子网中的一个主机的IP地址是203.123.1.135，子网掩码是255.255.255.192，那么子网的子网地址是什么？直接广播地址是什么？该子网IP地址总数是多少？该子网的可分配IP地址数是多少？可分配IP地址范围是多少？如何将该网络划分为两个等大小的子网？
【答案】该子网的子网地址是203.123.1.128/26。
直接广播地址是203.123.1.191。
IP地址总数是64个，可分配的IP地址数是62个。
可分配IP地址范围是203.123.1.129~203.123.1.190。
【解析】
（
，
）
地址范围203.123.1.128~203.123.1.191，共64个，除子网地址和广播地址外，可供分配的共62个，范围：203.123.1.129~203.123.1.190
例题1.2：将203.123.1.128/26划分为2个子网。
子网掩码延长1（r）位，变为255.255.255.224，该子网将被划分为两个（2^r个）子网。
即子网1：203.123.1.128/27
子网2：203.123.1.160/27
2. 子网聚合
分组转发：1）查表转发表 2）最长前缀匹配
例如我们要查的IP地址为15.65.154.130，那么它会到路由表一个个查找，如15.65.154.0/26，子网掩码为255.255.255.192，将，看得出的结果是否跟15.65.154.0相匹配，如果一直就按照下一跳地址和接口进行转发，如果多项匹配，那就按照最长前缀匹配原则。
若每一项都进行查找的话，那速度会很慢，要提高速度就要进行优化，如路由聚合。
路由聚合：将相同路由的连续子网合并
例题：路由器A的路由表如下所示，请确定进入路由器A的目的IP地址为132.19.237.5的分组的最佳路由。
1），得出结果匹配，所以132.0.0.0/8可以
2），得出结果匹配，所以132.19.0.0可以
3），所以132.19.233.0不匹配
由于第一项和第二项结果都匹配，根据最长前缀匹配原则，选择第二条路由，下一跳132.20.0.1。
三、动态主机配置协议
动态主机配置协议——DHCP：为网络内的主机提供动态IP地址分配服务。
1. DHCP服务器发现
2. DHCP服务器提供
3. DHCP服务器请求
4. DHCP确认
四、网络地址转换
网络地址转换NAT——使用私有地址访问互联网
1. 从内网进入互联网的IP数据报：
将其源IP地址替换为NAT服务器拥有的合法的公共IP地址，同时替换源端口号，并将替换关系记录到NAT转换表中；
2. 从互联网返回的IP数据报：
依据其目的IP地址与目的端口号检索NAT转换表，得到内部私有IP地址与端口号，替换目的IP地址和目的端口号，然后将IP数据报转发到内部网络。
五、ICMP
互联网控制报文协议（ICMP）：在主机或路由器间，实现差错信息报告。
ICMP差错报告报文共有5种：
终点不可达、源点抑制、时间超时、参数问题和路由重定向等。
ICMP询问报文：
回声（echo）请求/应答（用来检测网络联通性，如：ping）、时间戳（timestamp）请求/应答
六、IPv6
1. 解决IPv4地址耗尽的问题。
2. IPv6报文首部长度固定40字节。
3. IPv6地址长度128位。
4. IPv4到IPv6的迁移：双协议栈（如操作系统）、隧道
第六节 路由算法与路由协议
一、链路状态路由选择算法
链路状态路由选择算法是一种路由选择算法。（链路状态：路由器要了解每段链路的状态信息，如带宽，传输时延等）
每个路由器通过从其它路由器获得的链路状态信息构建出整个网络的拓扑图。
计算最短路径——
找一条从x出发到达其它结点的最短路径：
最短，所以y结点加进来，接下来看其它结点经过x或y的最短路径，
,
,
,
最短，所以把v结点加进来，下面一样。
二、距离向量路由选择算法
每个结点基于与邻居结点间的直接链路距离，以及邻居交换过来的距离向量，计算并更新其到达每个目的结点的最短距离，然后将新的距离向量再通过给其所有邻居，直到距离向量不再改变。
Bellman-Ford方程：
三、层次化路由选择
实现大规模网络路由选择最有效的、可行的解决方案。
划分自治系统：
网关路由器
自治系统间路由协议
各个自治系统有自己的路由算法，每个自治系统有边界路由器把各个系统连接成一个更大的网络。自治系统内有自己的算法，所以可以找到自己的路，而自治系统间有自治系统间路由协议，由网关路由器执行自治系统间路由协议来找到到其它自治系统的道路。
四、Internet路由选择协议
1. 内部网关协议
（1）RIP（路由信息协议）：
基于距离向量路由选择算法，跳数作为距离度量，最大距离不超过15跳，每30秒交换一次距离向量。
（由于距离向量算法的收敛性问题，能保证快速收敛，所以最大距离不超过15跳，16跳相当于无穷远的距离。由于相邻的路由器之间要交换路由表，而路由表信息可能存在变化，所以要每30秒交换一次）
（2）OSPF（开放最短路径优先协议）：
基于链路状态路由选择算法。
2. 外部网关协议：BGP
