计算机网络网络层

要点大纲：
1.网络层的3个主要功能：异构网络互连、路由与转发和拥塞控制
2.静态路由算法和动态路由算法
3.距离-向量路由算法和链路状态路由算法的原理和特点以及层次路由的划分
4.IP地址的分类、IP数据报格式、NAT、IP转发分组的流程、子网划分、无分类编址CIDR方法的相关概念及原理
5.下一代网际协议IPv6的主要特点和IPv6地址
6.IP相关的3个协议：ARP、DHCP和ICMP
7.因特网的3种常用路由选择协议：内部网关协议IGP中的RIP、OSPF以及网关协议EGP中的BGP
8.IP组播的基本概念
9.移动IP的概念和通信过程
10.路由器的组成和功能以及路由表的构成与路由转发过程

4.1 网络层功能

1. 异构网络互连
世界上有数以百万计的网络，要实现这些网络互联是很困难的，因为这些网络没有统一的标准。虽然网络不可能一样，但是可以想办法使用一种协议让路由器连接的网络都遵守这种协议，在这种情况下可以将互连起来的网络看成一个虚拟互联网络。这种协议就是网络层重点讨论的IP。
将网络互联起来肯定需要一些中间设备（又称为中间系统或中继系统），根据中继系统所在的物理层次，可以有以下4种不同的中继系统：
1）物理层的中继系统：中继器或集线器
2）数据链路层的中继系统：网桥或交换机
3）网络层的中继系统：路由器
4）网络层以上的中继系统：网关

当中继系统是中继器或网桥时，一般并不称之为网络互联，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是 一个 网络。互联网都是指用路由器进行互联的网络。

2. 路由与转发
路由器主要功能主要包括路由选择（确定哪一条路径）与分组转发（当一个分组到达时所采用的动作）。根据所需性能要求，可以采用适当的路由算法来构造路由表进行路由选择。不仅如此，该路由表还会根据从相邻路由器所得到的关于整个网络的拓扑变化情况，动态地改变所选择的路由，以便得到最佳路由。

1）路由选择: 根据路由算法确定一个进来的分组应该被传送到哪一条输出线路上。如果子网内部使用数据报，那么对每一个进来的分组都要重新选择路径。如果子网内部使用虚电路，那么只有当创建一个新的虚电路时，才需要确定路由。
2）分组转发： 路由器根据转发表将用户的IP数据报从合适的端口转发出去。

注：路由表中只给出到目的网络的下一跳路由器的IP地址，然后在下一个路由器的路由表中再给出再下一跳路由器的地址，最后才能到达目的网络进行直接交付；这样做使得路由选择成为动态的，十分灵活。当IP数据报传送到半途时，若网络的情况发生了变化（网络拓扑变化或网络出现了拥塞），那么中途的路由器就可以改变其下一跳路由，从而实现动态路由选择。

4.2 路由算法

1.静态路由和动态路由
路由器转发分组是通过路由表转发的，而路由表是通过各种算法得到的。如果从路由算法能否随网络的通信量或拓扑自适应地进行调整变化来划分，则只有静态路由选择策略和动态路由选择策略（自适应路由策略） 两种。
静态路由选择的特点是简单和开销小，但不能及时适应网络状态的变化。对于很小的网络，完全可以采用静态路由选择，自己手动配置每一条路由。
动态路由选择的特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来比较复杂，开销也比较大。因此，动态路由适合较复杂的网络。现代的计算机网络通常使用动态路由选择算法。动态路由算法又可分为两种基本类型：距离-向量路由算法和链路状态路由算法。

2.距离-向量路由算法
所有的结点都定期地将它们整个路由选择表传递给所有与之直接相邻的结点。这种路由选择表包含每条路径的目的地（另一节点）和路径的代价（距离）。这里的距离是抽象概念，如RIP算法就将其定义为“跳数”。跳数指从原端口到达目的端口所经过的路由个数，经过一个路由器跳数加1。
在该路由算法中，所有节点都必须参与距离-向量交换，以保证路由的有效性和一致性。换句话说，所有节点都监听从其他节点传送来的路由选择更新信息，并在下列情况下更新他们的路由选择表。
1）被通告一条新的路由，该路由在本节点的路由表中不存在，此时本地节点加入