网络层与网络互连(未完)

IP地址

IP地址：给每个连接在因特网上的主机分配一个在全世界范围是惟一的32 bit 的标识符。
网络地址实际上是表示主机到网络的一个连接。
IP地址由因特网名字与号码指派公司ICANN 分配。
IP地址采用分层的地址结构：前缀＋后缀
IP 地址 = [ 网络号，子网号，主机号 ]

分类

A 类0 Netid Hostid（24比特）
B 类10 Netid Hostid（16比特）
C 类110 Netid Hostid（8比特）
D 类1110 组播地址
E 类11110 保留为今后使用

网络类别	最大网络数	第一个可用的网络号	最后一个可用的网络号	网络最大主机数
A	126 (27 – 2)	1	126	16,777,214
B	16,384 (214)	128.0	191.255	65,534
C	2,097,152 (221)	192.0.0	223.255.255	254

特殊IP地址	含义
[网络号，0]	指定的网络地址
[网络号，< -1 >]	定向广播地址
[<-1 >, <-1>]	有限广播地址
[0 ,0]	本主机
[0 ,主机号]	本网络上的某主机
[127 ,<任意>]	回送地址

IP地址和硬件地址的联系与区别

不管网络层使用的是什么协议，在实际物理网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
地址统一(网络层以上使用IP地址)的代价是需要建立 IP 地址和物理地址之间的映射。
地址解析协议ARP为网络层(IP)地址和数据链路层使用的任何类型的地址提供动态映射。

IP地址是数据链路层的地址，硬件地址称为MAC地址，是主机物理层的地址，对应不同协议。IP地址主要用于确定主机的拓扑位置，物理地址是区分不同主机的编号。

IP数据报格式

一个 IP 数据报由首部（报头）和数据两部分组成。
首部的前一部分是固定部分，共20字节，是所有 IP 数据报必须具有的。
在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。
IP 数据报首部的固定部分和可选字段长度之和最大为 60 字节。

IP数据报分片原理与计算

IP分片是网络上传输IP报文的一种技术手段。IP协议在传输数据包时，将数据报文分为若干分片进行传输，并在目标系统中进行重组。这一过程称为分片（ fragmentation）。

标志字段在分片数据报中起了很大作用，在数据报分片时把它的值复制到每片中。标志字段的其中一个比特称作“不分片”位，用其中一个比特来表示“更多的片”。除了最后一片外，其他每个组成数据报的片都要把该比特置1。
片偏移字段指的是该片偏移原始数据报开始处的位置。（以8个字节为单位）

因特网控制报文协议ICMP及其应用

为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了因特网控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。
ICMP 允许主机或路由器向源站报告差错情况和异常情况，还包括提供信息的功能。
ICMP 不是高层协议，而是 IP 层的协议。
ICMP报文分为两大类：差错报告报文和提供信息的报文。

划分子网的计算过程和步骤

在设计选择子网划分方案时，必须考虑5个问题：
（1）该网络内将划分几个子网？
子网数<= 2^x-2（除去子网位全0和全1情形，因为它们默认是无效的）
（2）每个子网有多少有效主机？
（3）在该子网划分中，子网掩码是什么？
（4）有效的子网地址是什么？
（5）每个子网的广播地址是什么？

CIDR原理、地址块的分配、路由聚合技术，以及最长前缀匹配

CIDR原理

CIDR 消除了传统的 A 类、B 类和 C 类地址以及划分子网的概念，因而可以更加有效地分配 IPv4 的地址空间。
CIDR使用各种长度的“网络前缀”(network-prefix)来代替分类地址中的网络号和子网号。
IP 地址从三级编址（使用子网掩码）又回到了两级编址。
无分类的两级编址的记法是：
IP地址 ::= {<网络前缀>, <主机号>}

地址块的分配

CIDR 还使用“斜线记法”：
即在IP地址后面加上一个斜线“/”，后面写上网络前缀所占的比特数，如20.5.0.0/10，还可简写为 20.5/10
CIDR 将网络前缀相同的连续的 IP 地址组成“CIDR地址块”。

路由聚合技术

一个 CIDR 地址块可以表示很多地址，这种地址的聚合常称为路由聚合(route aggregation) ，它使得路由表中的一个项目可以表示很多个（例如上千个）原来传统分类地址的路由。

最长前缀匹配

路由表中的每个项目由“网络前缀/掩码”和“下一跳地址”组成。
在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。
应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由：最长前缀匹配(longest-prefix matching)。
网络前缀越长，其地址块就越小，因而路由就越具体。

路由选择协议

因特网有两大类路由选择协议：
内部网关协议（IGP,Interior Gateway Protocol）即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如 RIP 和 OSPF 协议。
外部网关协议（EGP,External Gateway Protocol）即在自治系统之间交换网络可达性信息所用的路由选择协议。在外部网关协议中目前使用最多的是 BGP-4。