4.1 网络层的功能（16）

4.2 IPv4（300）

4.3 IPv6（36）

4.4 路由算法与路由协议（240）

4.5 IP多播（18）

4.6 移动IP（26）

4.7 网络层设备（20）

image-20260615092347030

前言

image-20260615091953867

image-20260615092118048

4.1 网络层的功能

  • 异构互连网络
  • 路由与转发
  • 拥塞控制

image-20260615092606181

4.2 IPv4

①IPv4分组

IP：网络协议

v4，v6：版本号

IP协议（网际层协议）

image-20260615093704742

IP数据报（IP分组）的格式

==首部（固定部分20B+可变部分0-40B） + 数据部分==

首部固定部分第一行

【版本+首部长度+区分服务+总长度(指的是整个IP数据报的总长度)】

image-20260615094305596

image-20260615095809655

首部固定部分第二行

（发送方）分片

实际传输过程中，“数据部分”的长度会受到下一段链路的最短/最长帧长限制，46-1500。

  • MTU：一个链路层数据帧承载的最大数据量称为最大传送单元MTU。eg以太网的MTU=1500
  • 所以：如果一个IP数据报的总长度超出了下一段链路的MTU，就需要分片。（之后接收方再“重组”。
  • 分片可能在：源主机，或者任何一个路由器中发生。

image-20260615100501501

image-20260615100705894

（接收方）分片整理

目的主机接收到的分片可能是乱序的，需要整理排序（**==通过“标识”，“标志”，“片偏移”字段==**）

  • 只有目的主机才能对分片重组（路由器不行）
  • 因为首部的 “片偏移” 字段是以 8B 为单位，因此，*除了最后一个分片外，其他每个分片的数据部分必须是8B的整数倍。

image-20260615101853822

image-20260615101733351

首部固定部分的第三行

生存时间TTL：IP数据报的生存时间TTL。每经过一个路由器，TTL-1。如果TTL=0，就丢弃分组，并向源主机发送ICMP报文。

协议

首部检验和：每个路由器仅校验首部，不校验数据部分。

image-20260615102823021

首部固定部分的第四五行

源地址，目的地址

image-20260615102856396

回顾

image-20260615103144792

②IP地址

==32位（bit） 【=网络号+主机号】==

（为方便阅读）==用十进制表示为4个部分，每个部分表示8bit。==

image-20260615102856396

最初的IP地址分类方案

==网络号不定长，但【前面的数字+网络号】定长为8位==

A类（1-126）

  • （前八位可表示的：网络号数量是2^7-1=127，减了全0的0情况）
  • 【前面8bit，主机号32-8bit】

B类（128-191）

  • （前八位可表示的：网络号数量是2^6=64）（从128开始而不是127，全1的127是另外的情况）
  • 【前面16bit，主机号32-16bit】

C类（192-223）

  • （前八位可表示的：网络号数量是2^5=32）
  • 【前面24bit，后面32-24bit】

D类（224-239）

  • （前八位可表示的：网络号数量是2^4=16）

E类（240-255）

  • （前八位可表示的：网络号数量是2^3=8）（
  • （0到7一共八位是编码范围，8是主机号的编码开始，所以网络号一共有2^8-2种编码）

IP地址资源由ICANN进行有偿分配，32位的地址最多可以分配2^32个。

多播地址和单播地址：单播地址分配给一个主机，多播地址分配给一组。（就像是qq号和qq群号的关系）

重点内容：

  • ① 在那个年代，要求每台主机，每个路由器接口被分配的IP地址都是全球唯一的。
  • ② 路由器和路由器连接的接口可以不分配IP地址，但路由器和其他节点连接的接口 必须分配IP地址。
  • ③ 从属于==同一个网络的所有主机，路由器接口的IP地址 “网络号” 都相同。==
  • ④ 当一台新主机接入网络时，需要给分配一个IP地址，并配置 ==“默认网关”== 。

image-20260615112610966

IP地址传输过程

通过根据默认网关的地址 + ARP协议可以查询到数据链路层的MAC地址，

在数据链路层，有了MAC地址就可以把数据传输到下一个路由器/交换机/。

image-20260615113956778

image-20260615114019932

image-20260615114118890

一些特殊用途的IP地址

（全0 IP地址是，一台主机刚接入网络还没IP地址的时候向DHCP请求地址的时候使用的。）

image-20260615125946898

③子网划分，子网验码

image-20260616115235355

画图训练

image-20260616115250584

子网划分

==主机号分成：子网号+主机号==

（like一个学校多个校区，一个校区一个子网）

子网掩码

前提：网络号和子网号完全相同的IP地址才属于同一个网络

子网掩码 和 IP地址（自己的/对面的） 相与（11=1，别的都是0），

​ 得到：网络号+子网号（call：网络前缀）