前言

计算机网络的知识抽象、晦涩、不易理解并记忆，在此对“网络层”一章中重点知识总结成提纲。

网络层的功能

异构网络互联
路由选择
分组转发
拥塞控制

网络互联中继系统/中间设备的类型

依据计算机网络传输控制协议/网际协议（TCI/IP）模型从上/高到下/底的层次：

网络层以上：网关
网络层：路由器
数据链路层：网桥，交换机
物理层：中继器，转发器，集线器

路由器的功能

路由选择
分组转发

路由表的组成

至少有：

目的网络地址
子网掩码
下一跳地址
端口

还有：

度量值
距离
…

网络层的层面

控制层面——路由选择
数据/转发层面——分组转发

软件定义网络（SDN）的层面

控制层面——集中式
数据/转发层面——分布式

拥塞控制的方式

开环控制——静态，预防
闭环控制——动态，反馈

网络层的协议

网际协议（IP）
网际/因特网组管理协议（IGMP）
地址解析协议（ARP）
逆/反向地址解析协议（RARP）
网际控制报文协议（ICMP）
开放最短路径优先（OSPF）协议

注意：

地址解析协议（ARP）工作在网络层，因为需要网际协议（IP）地址信息
网络地址转换（NAT）工作在传输层，因为需要端口信息
动态主机配置协议（DHCP）工作在应用层，因为使用客户机/服务器（CS）模式；基于用户数据报协议（UDP），因为不知网际协议（IP）地址，无法建立传输控制协议（TCP）连接

路由算法

路由算法的类型

静态/非自适应路由算法
动态/自适应算法路由算法

动态/自适应算法路由算法的类型

距离矢量/向量路由算法：

定期发送全局信息（本路由器知道的所有信息）给相邻结点
如：路由信息协议（RIP）

链路状态路由算法：

状态改变才发送局部信息（本路由器知道的相邻的所有路由器信息）给所有结点/泛洪（不是广播）
使用迪杰斯特拉（Dijkstra）最短路径算法更新信息
如：开放最短路径优先（OSPF）协议

路径向量（网络可达性信息，不只是下一跳地址）路由算法：

状态改变才发送局部信息（状态改变的内容）给相邻结点
选择较好，而不是最佳路由
如：边界网关协议（BGP）

广播和泛洪的区别：

广播：都发，自身（端口）也发
泛洪：除自身（端口）都发

路由选择协议的类型

依据路由层次：

内部网关协议（IGP）/域内路由选择：如路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先（OSPF）协议
外部网关协议（EGP）/域间路由选择：如边界网关协议（BGP）

路由器交付的方式

直接交付：相同网段，不涉及路由器
间接交付：不同网段，涉及路由器；包含直接交付

网际协议版本4（IPv4）

网际协议版本4（IPv4）分组的格式

首部：

固定部分：20字节（B）
可变部分

固定部分：

版本：4比特位（b）
首部长度：4比特位（b）：内容的基本单位：4字节（B）
区分服务：8比特位（b）
总长度：16比特位（b）：内容的基本单位：1字节（B）
标识：16比特位（b）
标志：3比特位（b）
片偏移：13比特位（b）：内容的基本单位：8字节（B）
生存时间（TTL）：8比特位（b）
协议：8比特位（b）
首部校验和：16比特位（b）
源地址：16比特位（b）
目的地址：16比特位（b）

数据：

0-1480字节（B）——对以太网帧的最大传输单元（MTU）：1500字节（B）- 首部固定部分：20字节（B）

网际协议版本4（IPv4）分组关于分片的字段

标识
标志：更多片（MF），不分片（DF）
片偏移：单位：8字节（B）

网际协议版本4（IPv4）地址的类型

分类：网络号+主机号
分类+子网划分：网络号+子网号+主机号
无分类域间路由（CIDR）：网络前缀+主机号
无分类域间路由（CIDR）+子网划分：网络前缀+子网号+主机号

注意：子网划分和无分类域间路由（CIDR）不同

分类的网际协议版本4（IPv4）地址

A类：1-126
B类：128-191
C类：192-223
D类：224-239：组播（部分不能作组播地址）
E类：240-255：保留

特殊地址：

主机号全0：本网络
主机号全1：本网络的广播地址/直接广播地址
127.X.X.X：环回自检地址
32位全0：0.0.0.0：本网络中的本主机
32位全1：255.255.255.255：网络广播地址->本网络的广播地址/受限广播地址

网络地址转换（NAT）的私有网段：

A类：10.0.0.0 - 10.255.255.255，1个
B类：172.16.0.0 - 172.31.255.255，16个
C类：192.168.0.0 - 192.168.255.255，256个

网络地址转换（NAT）的映射项

四元组：

私用地址：端口
公有地址：端口

网际控制报文协议（ICMP）报文的类型

差错报告报文：

路由重定向
参数问题
超时
源点抑制
终点不可达

询问报文：

回送请求和回答报文（常用）
时间戳请求和回答报文（常用）
地址掩码请求和回答报文
路由器询问和通告报文

网际控制报文协议（ICMP）报文的应用

分组网间探测（PING）：工作在应用层，直接使用网络层的网际控制报文协议（ICMP），未使用传输层的传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）
Traceroute（UNIX）/Tracert（Windows）：工作在网络层

网际协议版本6（IPv6）

解决网际协议（IP）地址耗尽的方式

网络地址转换（NAT）
无分类域间路由（CIDR）
网际协议版本6（IPv6）——根本

网际协议版本6（IPv6）地址的类型

单播
多播
任播：发送的目的是一组/多个，接收只有一个

网际协议版本4（IPv4）向网际协议版本6（IPv6）过渡的策略

双协议栈技术：使用两协议
隧道技术：封装网际协议版本6（IPv6）在网际协议版本4（IPv4）中传输

路由协议

路由选择协议的类型

依据路由层次：

内部网关协议（IGP）/域内路由选择：如路由信息协议（RIP）和开放式最短路径优先（OSPF）协议
外部网关协议（EGP）/域间路由选择：如边界网关协议（BGP）

常用的路由选择协议

路由信息协议（RIP）：距离矢量/向量路由选择协议；工作在应用层，基于用户数据报协议（UDP）（端口号：520）
开放最短路径优先（OSPF）协议：链路状态路由选择协议；工作在网络层
边界网关协议（BGP）：路径向量路由选择协议（路径较好，不是最佳）；工作在应用层，基于传输控制协议（TCP）

开放最短路径优先（OSPF）协议分组的类型

依据基本操作/工作方式顺序：

问候
数据库描述
链路状态请求
链路状态更新
链路状态确认

边界网关协议（BGP）协议分组的类型

打开
更新
保活
通知

自治系统（AS）路由器的类型

区域内部路由器
区域边界路由器
自治系统（AS）边界路由器

网际协议（IP）组播

网际协议（IP）组播的类型

局域网硬件组播
因特网组播：包括局域网硬件组播

组播路由算法的类型

距离矢量/向量路由算法
链路状态路由算法
协议无关的组播（PIM）路由算法

移动网际协议（IP）

移动网际协议（IP）的功能实体

移动结点：主/本地地址（不变）+辅/转交地址（可变）
归属/本地代理：主要负责移动结点接收分组：主/本地地址->辅/转交地址
外埠/外部代理：主要负责移动结点发送分组：辅/转交地址->主/本地地址

移动网际协议（IP）的工作过程

代理发现
注册：向归属/本地代理注册
分组路由
注销：向归属/本地代理注销

另：

移动结点接收分组：其他结点->归属/本地代理->外埠/外部代理->移动结点
移动结点发送分组：移动结点->外埠/外部代理->归属/本地代理->其他结点

网络层设备

域的类型

冲突域
广播域

网络层的设备

路由器

路由器的功能

路由选择：使用路由表
分组转发：使用转发表

路由器的组成

路由选择/控制部分：路由选择处理机：路由选择协议->路由表
分组转发/数据部分：输入端口，交换结构：路由表->转发表，输出端口

交换结构交换的方式：

通过存储器
通过总线
通过网络

路由表的组成

至少有：

目的网络地址
子网掩码
下一跳地址
端口

还有：

度量值
距离
…

转发表（不是数据链路层的转发表）的组成

目的地址
下一跳地址

总结

计算机网络的知识抽象、晦涩、不易理解并记忆，在此对“网络层”一章中重点知识总结成提纲。

参考资料

《2023年计算机网络考研复习指导》组编：王道论坛

作者的话

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作者：夜悊
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