本文基于2019 王道考研 計算機網路: 2019 王道考研 計算機網路
個人筆記總結
第一章：王道考研 計算機網路筆記 第一章：概述&計算機網路體系結構
第二章：王道考研 計算機網路筆記 第二章：物理層

第三章：王道考研 計算機網路筆記 第三章：資料鏈路層
后續章節將陸續更新…

第四章大綱：

一、網路層功能

網路層提供主機與主機之間的邏輯通信

1. 路由選擇和分組轉發

也就是網路層設備路由器本身的功能：

• 路由選擇
• 分組轉發

實作讓資料在路由器之間走最佳的路徑

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2. 實作異構網互聯

通過路由器可以把不同的網路連接起來形成一個大的互聯網

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3. 擁塞控制

擁塞控制要和流量控制區分開：

• 擁塞控制是全域性的問題，涉及到網路當中所有主機、路由器，以及導致網路傳輸能力下降的所有因素
• 流量控制解決就是因為發送方發送的太快，接收方來不及接收的問題

擁塞控制分為兩種：

• 開環控制：是靜態的，在網路開始之前就先把所有能產生擁塞的因素考慮大，預先控制
• 倍訓控制：是動態的，預先不考慮，網路運行時自動調整實作擁塞控制

二、資料交換方式

資料交換的由來：

通過網路核心路由器可以實作遠距離通信，將多種多樣的異構網路互聯；

那么如何使資料通過路由器從源主機到目的主機呢？具體的實作就需要資料交換技術

為什么需要資料交換？

• 減少鏈路條數和長度
• 減少單個交換設備的流量

為了解決以上問題，就利用交換設備互聯形成交換網路，也是現在最常用的資料交換方式

1. 電路交換

特點：獨占資源，只要建立了連接，就會占用那一部分鏈路資源

• 比如A和B打電話，即使兩個人不說話，資源也被會兩個人占用

優點：

1. 通信時延小：只要連接建立好，有資料就會通過交換設備發出去
2. 有序傳輸：建立好連接后，資料按序發送，按序接收
3. 沒有沖突：因為獨占連接，不會有第三方的接入
4. 實時性強：通信雙方的鏈路一旦建立成功，雙方便可隨時進行通信

缺點：

1. 建立連接時間長
2. 線路獨占，使用效率低
3. 靈活性差；如果一個設備宕機，則該鏈路崩潰，無法進行通信
4. 無差錯控制能力；發送資料時，交換設備并不會對資料檢錯或者糾錯，只是單純的把資料轉發出去

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2. 報文交換

優點：

1. 無需建立連接
2. 存盤轉發，動態分配線路；不需要事先約定好一個路徑，而是可以隨機動態的分配線路，尋找一個最佳路徑
3. 線路的可靠性較高：如果其中一臺交換設備出現了問題，可以從其他路徑到目的主機
4. 線路利用率很高：報文交換程序中，通信雙方不是固定的占有一整條通信線路，而是在不同的時間一段一段的占用線路
5. 多目標服務：一個報文可以同時發往多個目的地址

缺點：

1. 有存盤轉發時延
2. 報文大小不定，需要網路節點有較大快取空間

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3. 分組交換

優點：

1. 無需建立連接

2. 存盤轉發，動態分配電路

3. 線路可靠性較高：分組較短，出錯幾率減小

4. 線路利用率高：報文交換程序中，通信雙方不是固定的占有一整條通信線路，而是在不同的時間一段一段的占用線路

5. 相對于報文交換，存盤管理更容易：對交換設備的快取大小要求低，因為分組大小很小

6. 相對于報文交換方式，總共傳輸時延小，因為分組交換是一種并行轉發分組的程序，而報文交換串行轉發分組的程序

   

缺點：

1. 有存盤轉發時延：每個交換設備都得把分組存起來再轉發出去
2. 需要額外的資訊量：每個報文進行分組后，分組需要附加一些額外的資訊，主要包括源地址、目的地址、報文編號等資訊，最后再接受端拼合起來
3. 亂序到達主機，要對分組排序重組

分組交換分為兩種：

資料報方式

虛電路方式

對比：

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三種方式對比

三、路由演算法和路由協議

1. 路由演算法

路由演算法的分類：

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2. 路由選擇協議

當今采用分層次的路由選擇協議

原因：

• 因特網規模很大
• 許多單位不想讓外界知道自己的路由選擇協議，但還想連入因特網

因此將因特網分為很多小的團體：自治系統AS

• 定義：在單一的技術管理下的一組路由器，而這些路由器使用一種AS內部的路由選擇協議和共同的度量以確定分組在該AS內的路由，同時還使用一種AS之間的路由協議以確定在AS之間的路由，

• 一個AS內的所有網路都屬于一個行政單位來管轄，一個自治系統的所有路由器在本自治系統內都必須連通，

• 自治系統內采用的協議對外界來說透明，而且可以使每個路由器的路由表不過與龐大

由此將路由選擇協議分為了兩種：

1. 內部網關協議IGP：用于一個AS內使用的，例如：RIP、OSPF
2. 外部網關協議EGP：用于AS之間使用，例如：BGP

1. RIP協議及距離向量演算法

RIP協議是內部網關協議，用于一個自治系統AS內使用

1. RIP協議（應用層協議）

2. RIP協議報文格式

3. RIP協議特點

4. 距離向量演算法

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2. OSPF與鏈路狀態演算法

1. OSPF協議

2. 鏈路狀態路由演算法

3. OSPF的區域

4. OSPF分組

5. 特點

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3. BGP協議

1. BGP協議（應用層協議）

2. BGP協議交換資訊的程序

3. BGP協議報文格式

4. 特點

5. BGP-4四種報文

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三種協議對比

四、IP資料報

1. 格式（首部）

IP資料包頭部詳細格式：


協議對應的欄位值：

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2. IP資料報分片

需要分片的原因：鏈路層有可封裝的資料上限MTU，以太網的MTU是1500位元組；如果所傳送的資料報文長度超過某鏈路MTU的值，就需要分片

分片的方法需要結合IP資料報首部的標識、標志、片偏移三個欄位來理解

例題：

五、IPv4地址

• 路由器可以分割廣播域：因此路由器的每個介面IP地址都不同
• 網橋不能分隔廣播域：因此網橋的每個介面IP地址都相同

1. 分類IP地址(網路地址轉換NAT)

特殊的IP地址：


網路地址轉換NAT

在ABC三類地址當中取出來一部分地址作為私有IP地址，特點：

• 無法直接和外部進行通信，外部也不知道私有地址的存在

• 私有IP地址常用于本地網/專用網，比如單位，學校機房等

NAT就是進行私有IP地址和共有IP地址的轉換，解決以上問題

• 只能在本地網、專用網中使用，在廣域網當中，路由器以及其他主機無法識別該IP地址

• 路由器對目的地址是私有IP地址的資料報一律不進行轉發

• 專用網與外部網路建立通信的程序就是通過網路地址轉換NAT實作的

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2. 子網的劃分

子網劃分：

子網掩碼：由一系列連續的1和連續的0所構成的二進制數

• 主機號部分所對應的位全為0
• 其他部分所對應的位全為1

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3. 構成超網（無分類編址CIDR）

• 減少了路由表的表項

六、重要協議

1. ARP協議

實作MAC地址和IP地址的映射

1. 發送資料的程序

交換機沒有MAC地址，路由器每個埠有一個MAC地址，每個主機有一個MAC地址

2. ARP協議

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2. DHCP協議（應用層協議）

實作動態獲取IP地址

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3. ICMP協議

ICMP、IGMP協議處于網路層和傳輸層之間的協議，起橋梁作用

• ICMP是為了更有效的轉發IP資料報和提高成功交付的機會

1. ICMP差錯報文

2. ICMP詢問報文

3. ICMP應用

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4. IGMP協議與組播路由協議

1. IP資料報的三種傳輸方式

2. IP組播地址

3. 硬體組播

4. IGMP協議與組播路由協議

1. IGMP協議

2. 組播路由選擇協議

七、IPv6

1. 資料格式

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2. IPv6對比IPv4

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3. IPv6地址表示與型別

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4. IPv6過渡IPv4的策略

八、移動IP

移動IP要與動態IP區分開

• 動態IP：通過使用DHCP協議在一個局域網內部的一臺主機就可以動態的獲得一個IP地址
• 移動IP：由互聯網工程任務組（IETF）制定的一種網上傳輸協議標準，它設計的目的，是為了讓移動設備用戶，能夠從一個網上系統中，移動到另一個網上系統，但是設備的IP地址保持不變，這能夠使移動節點在移動中保持其連接性，實作跨越不同網段的漫游功能

1. 相關術語

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2. 通信程序

九、網路層設備——路由器

路由器

路由選擇+分組轉發

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三層設備的區別