本文基于：王道計算機考研-計算機網路

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超詳細的計算機網路基礎知識 第三章：資料鏈路層

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1 網路層概述

網路層的主要任務是把分組從源端傳到目的端，為分組交換網上的不同主機提供通信服務,網路層傳輸單位是資料報

> **網路層在OSI參考模型中的體系結構**

資料報和分組的關系

• 資料報是比較長的資料，分組是將資料報進行切割劃分出來的一個片段

功能：

• 路由選擇與分組轉發：找出路由最佳路徑
• 異構網路互聯：讓不同的網路之間實作通信
• 擁塞控制
  • 開環控制（靜）在網路開始作業之前，先把能想到的產生擁塞的因素控制到
  • 倍訓控制（動）在網路運行起來的時候，自動的調整，實作擁塞的控制

2 資料交換方式

2.1 三種資料交換方式

2.1.1 電路交換

2.1.2 報文交換

2.1.3 分組交換

2.2 報文交換與分組交換對比

我們假設鏈路傳輸速率為1000bps，報文長度為10000bit，分組后為10bit

報文交換：

10000bit/1000bps = 10s

一共是三段，所以加起來是30s

分組交換：

分為兩段，第一段是第一組報文發送到最后一個報文發送，第二段是最后一個報文到達目的地

• 第一段時間=10000bit/1000bps=10s
• 第二段時間=經過兩個交換設備的時間=0.01x2=0.02s

相加=分組交換的時間=10.02s

2.3 三種資料交換方式比較總結

2.4 分組交換的兩組傳輸方式：資料報-虛電路

2.4.1 幾種傳輸單元名詞辨析

2.4.2 資料報

2.4.3 虛電路

3 IP資料報格式

3.1 IP資料報分片例題

用第一個起始的位元組/8就可以得出偏移量

4 IP

全世界唯一的32位/4位元組識別符號，標識路由器主機的介面

IP地址：：={<網路號>,<主機號>}

4.1 IPv4地址

唯一的標識一個主機或路由器等設備的介面

4.1.1 分類的ip地址

4.1.2 特殊的ip地址

環回地址：永遠不會進入到網路中

A類ip地址：

前8位最大為126因為，A類地址以0開頭前8位最大為011111111為2^7-1=127，而127是特殊地址，故最大為前八位
為126

B類ip地址：

前8最大為191，因為10xxxxxx最大為10111111，為191，最小為10000000為128，無特殊地址

C類ip地址：

前8最大為223，因為110xxxxx最大為11011111，為223，最小為11000000，為192，無特殊地址

4.1.3 私有ip地址

4.1.4 分類的ip地址

4.2 網路地址轉換（NAT）

5 子網劃分與子網掩碼

分類的IP地址的弱點：

• IP地址空間的利用率有時很低，
• 兩級IP地址不夠靈活

子網號能否全0全1要看情況

主機號不能全0全1（全0指本網路，全1指廣播分組，都不能指派）

5.1 子網掩碼

子網掩碼由一系列連續的1和一系列連續的0構成，其中1取決于網路號的位數，主機位的位數全部是0

子網掩碼與IP地址逐位進行與運算，就得到子網網路地址，因為子網掩碼處均為1，故與運算中只有IP地址為1的位置才會將1保留

5.1.1 子網掩碼習題1

第一問：

我們只需要關注72與192相與的結果

01001000

11000000

結果為：01000000=64

故網路地址為141.14.64.0

第二問：

01001000

11100000

結果為：01000000

故網路地址為141.14.64.0

子網掩碼不同，能劃分的子網數目也不同：

對于255.255.192.0而言，兩個255，共有16個1,192共有2個1，總長度為32位，故主機位剩余32-16-2=14位

對于255.255.244.0而言，兩個255，共有16個1,244共有3個1，總長度為32位，故主機位剩余32-16-3=13位

5.1.2 子網掩碼習題2

注意廣播分組要求目的地址為廣播地址，要求主機號為全1

255.255.252.0中含有22位1，總地址數為32，故剩余10位主機位

我們可以得知主機位會從77某處開始，由此可以計算

77=01001101

252=11111100

進行與運算結果為01001100，則子網ip地址所在網路為180.80.76.0，則B可能為目的地址

6 無分類編制CIDR

例題：求192.199.170.82/27的最小地址和最大地址

最長地址為32位，故主機位=32-27=5，主機位會出現在82中，我們對82進行分析

82 = 01010010

前面有24位，所以主機位從82的第三位開始101（10010）

則最大位數使主機號全為1

最小位數使主機號全為0

最小地址：192.199.170.64

最大地址：192.199.170.95

6.1 構成超網

將多個子網聚合城一個較大的子網，叫做構成超網，或路由聚合，他所用的方法是：將網路前綴縮短

網路1:206.1.0.0/17

網路2:206.1.128.0/17

前16位相同，則看第17位，將他們兩個總體向前挪一位，則聚合之后地址為

206.1.0.0/16

但是聚合之后轉發表就將有多個匹配結果，我們使用最長前綴匹配

試題1

此題應在R1與R2之間選擇，當最長前綴計算后，符合同一子網，則選擇前綴最長的

故這題選B

試題2

最長地址為32位，前24位為網路號，32-24得出主機位+子網位為8，則192.168.5.0，主機位+子網位為后8位，則最
大子網個數需要看子網掩碼，子網掩碼后8位為248，二進制為11111000，則子網號為11111，最大子網個數為32，
最大可分配地址個數為6（主機位不能全0或全1）

故答案選B

7 ARP協議

ARP高速快取中存的是IP地址與MAC地址的映射

ARP協議就是完成主機或路由器IP地址到MAC地址的映射，解決下一條走哪的問題

8 DHCP協議

DHCP協議用于動態分配IP地址

9 ICMP協議

9.1 ICMP差錯報文（5種）

其中源點抑制已經廢棄

9.2 ICMP差錯報告報文資料欄位

9.3 不應發送ICMP差錯報文的情況

9.4 ICMP詢問報文

掩碼地址請求和回答報文，路由器詢問和通告報文已經廢棄不再使用

9.5 ICMP的應用

• ping
  • 測驗兩個主機之間的連通性，使用了ICMP回送請求和回答報文
• Traceroute
  • 跟蹤一個分組從源點到終點的路徑，使用了ICMP時間超過差錯報告報文

10 IPv6

為什么會有IPv6？

因為ipv4快用完了，急需擴充地址數量，使用IPv6可以根本上解決地址耗盡問題

10.1 IPv6資料報格式

10.2 IPv6和IPv4區別

10.3 IPv6地址表示形式

10.4 IPv4與IPv6之間過渡的策略

11 路由演算法

11.1 路由演算法的分類

11.2 分層次的路由選擇協議

11.3 RIP協議及距離向量演算法

11.3.1 RIP協議概述

距離

• 從源埠到目的埠所經過的路由器個數

11.3.2 距離向量演算法

距離向量演算法練習題1

先對R4發來的路由更新中的距離做+1操作

源路由表無Net1資訊，則直接填入

目的網路Net2的下一條路由器地址相同，則直接更新

目的網路Net3的的下一條路由與源路由不同，取路徑最小的，更新路由表

11.3.3 RIP協議的報文格式

12 OSPF協議

12.1 鏈路狀態路由演算法

了解即可

12.2 OSPF的區域

12.3 OSPF分組

IP資料報的三種傳輸方式

組播只會對全部中的一部分起作用

• 單播在發送者和每一接受者之間需要單獨的資料信道
• 組播提高了資料傳送效率，減少了主干網出現擁塞的可能性，組播組中的主機可以是在同一個物理網路，也可以來自不同的物理網路（如果有組播路由器的支持）

13.1 IP組播地址

IP組播地址讓源設備能夠將分組發送給一組設備，屬于多播組的設備將被分配一個組播組IP地址（一群共同需求主機的相同標識）

13.2 硬體組播

組播地址以十六進制值01-00-5E為頭部，發給那些主機需要看剩下的6個十六進制位，余下的6個十六進制位是根據IP組播地址的最后23位轉換到的

13.3 IGMP協議與組播路由選擇協議

13.3.1 IGMP協議

IGMP協議讓路由器知道本局域網上是否有主機（的行程）參加或退出了某個組播組

IGMP協議并不知道組播組中成員個數，也不知道這些成員都在哪些網路上面

13.3.2 組播路由選擇協議

14 移動IP

移動IP讓用戶即使處于不同的地地域，也可以使用同一內網

14.1 移動IP相關術語

14.2 移動IP通信程序

15 網路層設備

15.1 路由器

路由器的任務是轉發分組

15.1.1 路由器中輸入輸出埠的處理

15.2 三層設備的區別

16 本章思維導圖

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