一、主要任务与功能

网络层的主要任务是把分组从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。 网络层传输单位是数据报。

• 功能1：路由选择与转发 （最佳路径）
• 功能2：异构网络互联
• 功能3：拥塞控制
  若所有结点都来不及接收分组，而要丢弃大量分组的话，网络就处于拥塞状态。因此要采取一定措施，缓解这种拥塞。

两种方式:

• 开环控制
  静态
• 闭环控制
  动态

二、IP数据报格式

需要强调的几个字段：

• 首部长度
  单位是4B，最小为5

• 总长度
  首部+数据的长度，单位是1B

• 标识
  同一数据报的分片使用同一标识

• 标志
  只有2位有意义

• 中间位DF（Don’t Fragment）
  DF=1，禁止分片
  DF=0，允许分片
• 最低位MF （More Fragment）
  MF=1，后面“还有分片”
  MF=0， 代表最后一片/没分片

• 片偏移
  指出较长分组分片后，某片在原分组中的相对位置，以8B为单位。除了最后一片，每一分片的长度一定是8B的整数倍。
• 生存时间
  IP分组的保质期。经过一个路由器减1，变成0则丢弃。
• 协议
  数据部分的协议

  			ICMP - 1IGMP - 2TCP - 6EGP - 8IGP - 9UDP - 17IPv6 - 41ESP - 50OSPF - 89

• 首部检验和
  只检验首部
• 可选字段
  用来支持排错、测量以及安全等措施
• 填充
  全0， 把首部补成4B的整数倍
• 数据部分： TCP报文段或UDP数据报

三、最大传送单元MTU

链路层数据帧可封装数据的上限
以太网的MTU是1500字节，即IP分组的首部+数据部分不超过1500字节
如果所传送的数据报长度超过某链路的MTU值，那网络层就要对其分片再交付给数据链路层。

四、IPv4地址

1. IP编址的历史阶段

1.1 分类的IP地址

	IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。IP地址::={<网络号>,<主机号>}

D类网络号范围：224~239，组播地址
E类网络号范围：240~255，保留为今后使用

特殊的IP地址

	作为IP分组源地址	作为IP分组目的地址	用途
网络号全0，主机号全0	可以	不可以	本网范围内表示主机，路由表中用于表示默认路由（表示整个Internet网络）
网络号全0，主机号特定值	不可以	可以	表示本网内某个特定主机
网络号全1，主机号全1	不可以	可以	本网广播地址（路由器不转发）
网络号特定值，主机号全0	不可以	不可以	网络地址，表示一个网络
网络号特定值，主机号全1	不可以	可以	直接广播地址，对特定网络上的所有主机进行广播
网络号127，主机号任意数（非全0/全1）	可以	可以	用于本地环回测试，称为环回地址

私有IP地址
特点
如果把这些IP地址放在互联网上，路由器是不认的，是无效的，只适用在内部网络中使用。比如一个学校，一个单位，他们内部使用的网络就是这些。 那么他们如何跟外部通信呢？要用到后面要讲的NAT这种技术。

类别	地址范围	网段个数
A类	10.0.0.0 ~ 10.255.255.255	1
B类	172.16.0.0 ~ 172.31.255.255	16
C类	192.168.0.0 ~ 192.168.255.255	256

网络地址转换（NAT）

路由器对目的地址是私有IP地址的数据报一律不进行转发

网络地址转换（Network Address Translation）：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由，它至少有一个有效的外部全球IP地址。

NAT转换表

WAN端	LAN端
172.38.1.5:40001	192.168.0.3:30000
172.38.1.5:40002	192.168.0.4:30001

1.2 子网划分与子网掩码

1.2.1 分类的IP地址的弱点

1. IP地址空间的利用率有时很低。
   A类一个网络可以分配的主机个数有1000万个，B类一个网络可分配的主机至少有6万台。然而有的网络会对连接在网络上的主机数目有一定限制，根本达不到这么多数值，是对资源的一种浪费。
2. 两级IP地址不够灵活。
   比如说有的单位可能需要在一个新的地点马上开通一个新的网络，但是在申请一个新的网络地址之前呢，要跟ISP（因特网服务提供商）申请一系列IP地址，比较麻烦，不够灵活。 —— 这个通过子网划分来解决。能够随时随地划分新的网络。

IP地址格式

• 分类IP地址：<网络号，主机号> —— 二级IP地址
• 子网划分： <网络号，子网号，主机号>
  把主机号中的一部分拿出来作为子网号。 是三级IP地址。单位申请了一个IP地址后，自己决定要不要划分子网，要划分多少个子网。
  某单位划分子网后，对外扔表现为一个网络，即本单位外的网络看不见本单位内子网的划分。

最开始子网号是不能全0或全1的，但在CIDR技术之后，子网号是可以全0或全1的。

子网掩码： 只要是主机号就写1， 主机号就写0

路由器将2级IP地址的子网掩码，写成3级IP地址的子网掩码。然后，用子网掩码与IP地址逐位相与，就得到子网网络地址。同样的IP地址与不同的子网掩码相与，可以得到相同的网络地址的。但效果是不一样的。

路由表中：

目的网络地址	目的网络子网掩码	下一跳地址

路由器转发分组的算法：

1. 提取目的IP地址
2. 是否直接交付
3. 是否特定主机路由
4. 检测路由表中有无路径
5. 默认路由0.0.0.0（有的网络不设置）
6. 丢弃，报告转发分组出错。

1.3 构成超网（无分类编址（CIDR）方法）

上一节是定长的子网掩码，可以不可以变长子网掩码。就是说，即使这些子网都是在同一个网络下的，但是他们使用的子网掩码可不可以不同。这样每个子网可以分配的主机数就可以不一样了。

在这种变长子网掩码的基础之上，就衍生出了无分类的编址方法。

无分类域间路由选择CIDR

1. 消除了传统的A类，B类，C类地址以及划分子网的概念。
   从<网络号，主机号> 到 <网络号，子网号，主机号> 再到 <网络前缀，主机号> CIDR记法：IP地址后加上"/"，然后写上网络前缀的位数。
2. 融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。 CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”
   128.14.35.7/20是某CIDR地址块中的一个地址。可以求得该地址块为128.14.32.0/20 以及最大、最小地址。 其地址掩码（子网掩码）就是主机号全1.

构成超网
将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合。构成超网技术中，路由器转发表只有两列：网络前缀和下一跳地址。 缩短网络前缀，将两个子网聚合在一起。

最长前缀匹配
使用CIDR时，查找路由表可能得到几个匹配结果，应选择具有最长网络前缀的路由。前缀越长，地址块越小，路由越具体。

2. 重要协议

2.1 ARP协议

i. 发送数据的过程
情况一：
如果双方在同一个局域网内 1号给3号主机发送一个pdf。在传输层封装，分组；在网络层加上IP1 IP3（通过DNS解析得到） 根据数据链路层的MTU，决定是否需要分片；在数据链路层加上MAC1 MAC3

MAC3怎么得到？
每个主机或路由器，都会有一个ARP高速缓存（IP地址与MAC地址的映射） 若发送方APR高速缓存中没有接收方的MAC地址映射，那么就要使用ARP协议

1. 广播ARP请求分组： IP1 IP3 MAC1 FF-FF-FF-FF-FF-FF
   全1的MAC地址，就是发往局域网内所有的主机
2. 只有3号相机会发出一个单播响应分组：IP3 MAC3

情况二：
如果双方不在同一个局域网内， 1号发给5号主机。传输层封装，分组；网络层加上 IP1 IP5；数据链路层 加上MAC1 MAC6
1号主机肯定不知道IP5的MAC地址（因为不在同一个局域网内），那么1号主机首先用自己的子网掩码与目的IP地址（IP5）相与，看是不是在自己的网段内。

结果1号主机发现，哦？不是在一个网段内，那么应该怎么办呢？

就应该查询默认网关的MAC地址。（与外界沟通的路由器） 所以，下一跳就跳到默认网关MAC6那里。

那么，怎么得到MAC6呢？

1. 首先，发送广播ARP请求分组: IP1 IP6（想知道默认网关的MAC地址，所以要上报其IP地址） MAC1 FF-FF-FF-FF-FF-FF
2. 路由器单播ARP响应分组：IP6 MAC6

那么，假设现在数据已经到了路由器这里，进行解封装（最多解封装到网络层，因为路由器只有下三层）。 再从网络层开始封装。 IP1 IP5 MAC7 MAC8

源和目的IP地址不变（若考虑NAT路由器，那么源IP地址会发生改变），物理地址会发生变化。由于在实际网络的链路上传送数据时，最终必须使用MAC地址。

ii. ARP协议
完成主机或路由器IP地址到MAC地址的映射。（解决下一跳走哪的问题）

APR协议使用过程：
检查ARP高速缓存，有对应表项则写入MAC帧，没有则用目的MAC地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF的帧封装并广播ARP请求分组，同一局域网中所有主机都能收到该请求。目的主机收到请求后就会向源主机单播一个ARP响应分组，源主机收到后将此映射写入ARP缓存（10-20min更新一次）。

ARP协议4中典型情况：

1. 主机A发送给本网络上的主机B：用ARP找到主机B的硬件地址。
2. 主机A发送给另一个网络上的主机B：用ARP找到本网络上一个路由器（网关）的硬件地址。
3. 路由器发给本网络的主机A：用ARP找到主机A的硬件地址。
4. 路由器发给另一网络的主机B：用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。

ARP协议是自动进行的。

2.2 DHCP协议（动态主机配置协议）

i. 主机如何获得IP地址

• 静态配置

• IP地址
• 子网掩码
• 默认网关
  这个局域网内所有主机跟外界交流的一个关口，通常就是一个路由器的一个端口的IP地址。

• 动态配置
  动态主机配置协议DHCP是应用层协议，使用客户/服务器方式，客户端和服务端通过广播方式进行交互，基于UDP。

DHCP提供即插即用联网的机制，主机可以从服务器动态获取IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器名称与IP地址，允许地址重用，支持移动用户加入网络，支持在用地址续租。

ii. DHCP工作流程

1. 主机广播DHCP发现报文

“有没有DHCP服务器呀？”
试图找到网络中的服务器，服务器获得一个IP地址

2. DHCP服务器广播DHCP提供报文

“有！有！有！”
服务器拟分配给主机一个IP地址及相关配置，先到先得

3. 主机广播DHCP请求报文

“我用你给我的IP地址啦？”
主机向服务器请求提供IP地址。
之所有用广播，是为了告诉其他DHCP服务器，我已经用别人的了，你可以把你的IP提供给其他需要的人用了。

4. DHCP服务器广播DHCP确认报文

“用吧！”
正式将IP地址分配给主机

2.3 ICMP协议（网际控制报文协议）

起一个桥梁作用，为了更有效转发IP数据报和提高交付成功的机会。

ICMP协议支持主机或路由器：

• 差错（或异常）报告
  对于出错分组，我们在网络层的处理，就是丢弃。但是丢弃后要发送一个ICMP的差错报告报文
• 网络探询
  发送特定ICMP报文

i. ICMP报文格式
ICMP报文是在IP数据报的数据部分，所以它是网络层协议，下述图片来源于网络。

0-7：类型
8-15：代码
16-31：检验和
接下来四个字节：取决于ICMP报文的类型
ICMP的数据部分：长度取决于类型

** ii. ICMP报文类型**
类型1：ICMP差错报文（5种类型）

1. 终点不可达：当路由器或主机不能交付数据报时，就向源点发送终点不可达报文。 无法交付
2. 源点抑制：当路由器或主机由于拥塞而丢弃数据报时，就向源点发送源点抑制报文，使源点知道应当把数据报的发送速率放慢。 拥塞丢数据 （现在取消，基本不会用到了）
3. 时间超过：
   当路由器收到生存时间TTL=0的数据报时，除了丢弃该数据报外，还要向源点发送时间超过报文。
   当终点在预先规定的时间内不能收到一个数据报的全部数据报片时，就把已收到的数据报片都丢弃，并向源点发送时间超过报文。
4. 参数问题：当路由器或目的主机收到的数据报的首部中有的字段的值不正确时，就丢弃该数据报，并向源点发送参数问题报文。 首部字段有问题
5. 改变路由（重定向）：路由器把改变路由报文发给主机，让主机知道下次应将数据报发送给另外的路由器（可通过更好的路由）

不应发送ICMP差错报文的情况

1. 对ICMP差错报告报文不再发送ICMP差错报告报文
2. 对第一个分片的数据报片的所有后续数据报片都不发送ICMP差错报告报文
3. 对具有组播地址的数据报都不发送ICMP差错报告报文
4. 对具有特殊地质（如127.0.0.0或0.0.0.0）的数据报不发送ICMP差错报告报文

类型2：ICMP询问报文

1. 回送请求和回答报文
   主机由路由器向特定目的主机发出的询问，收到此报文的主机必须给源主机或路由器发送ICMP回送回答报文 。 ping命令 测试目的站是否可达以及了解其相关状态
2. 时间戳请求和回答报文
   请某个主机或路由器回答当前的日期和时间。 用来进行时钟同步和测量时间
3. 掩码地址请求和回答报文（不再使用）
4. 路由器询问和通告报文（不再使用）

iii. ICMP的应用
ping
测试两个主机之间的连通性，使用了ICMP回送请求和回答报文
Traceroute
跟踪一个分组从源点到终点的路径，使用了ICMP时间超过差错报告报文
发送一系列数据报，TTL从1递增 每个路由器都返回一个ICMP时间超过差错报告报文

五、IPv6

32位IPv4地址空间已分配殆尽。CIDR、NAT两者延缓了IPv4的消耗，但指标不治本。而IPv6从最根本上解决地址耗尽问题，并且通过改进首部格式，快速处理/转发数据报。

IPv6支持QoS

QoS（Quality of Service，服务质量）指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制，是用来解决网络延迟和阻塞等问题的一种技术。

1. IPv6和IPv4

1. IPv6将地址从32位（4B）扩大到128位（16B），更大的地址空间
2. IPv6将IPv4的校验和字段彻底移除，以减少每跳的处理时间。
3. IPv6将IPv4的可选字段移出首部，变成了扩展首部，称为灵活的首部格式，路由器通常不对扩展首部进行检查，大大提高了路由器的处理效率。
4. IPv6支持即插即用（即自动配置），不需要DHCP协议
5. IPv6首部长度必须是8B的整数倍，IPv4首部是4B的整数倍
6. IPv6只能在主机处分片，IPv4可以在路由器和主机处分片
7. ICMPv6：附加报文类型“分组过大”
8. IPv6支持资源的预分配，支持实时视像等要求，保证一定的带宽和时延的应用。
9. 取消了协议字段，改成下一个首部字段
10. 取消了总长度字段，改用有效载荷长度字段。
11. 取消了服务类型字段。

2. IPv6地址表示形式

2.1 一般形式，冒号十六进制记法

每4位用十六进制表示，每4个十六进制数作为一组，一共有八组，每组用冒号隔开
例如：4BF5:AA12:0216:FEBC:BA5F:039A:BE9A:2170

2.2 压缩形式，

有连续的0，若这一组全是0，那写成一个0， 否则，把0全删掉
4BF5:0000:0000:0000:BA5F:039A:000A:2176
4BF5:0:0:0:BA5F:39A:A:2176

零压缩：一连串连续的0可以被一对冒号取代
FF05:0:0:0:0:0:0:B3
FF05::B3

双冒号表示法在一个地址中仅可出现一次。

3. IPv6基本地址类型

• 单播地址
  一对一通信 可作为源地址，也可作为目的地址
• 多播地址
  一对多通信 只可作为目的地址
• 任播地址
  一对多中的一个通信，只可作为目的地址。那到底是哪一个呢？—— 通常是离他最近的一个

4. IPv6与IPv4过渡的策略

4.1 双协议栈

双协议栈技术就是指在一台设备上同时启用IPv4协议栈和IPv6协议栈。这样的话，这台设备技能和IPv4网络通信，又能和IPv6网络通信。如果这台设备是一个路由器，那么这台路由器的不同接口上，分别配置了IPv4地址和IPv6地址，并很可能分别连接了IPv4网络和IPv6网络。如果这台设备是一个计算机，那么它将同时拥有IPv4地址和IPv6地址，并具备同时处理这两个协议地址的功能。

4.2 隧道技术

通过使用互联网络的基础设施在网络之间传递数据的方式。使用隧道传递的数据（或负载）可以是不同协议的数据帧或包。隧道协议将其他协议的数据帧或包重新封装然后通过隧道发送。

六、路由算法及路由协议

1. 路由算法

路由表/转发表中每一个表项就是靠路由算法得到的。

路由算法可以得到一个最佳路由。“最佳”只能是相对于某一中特定要求下得出的较为合理的选择而已。

1.1 分类

1. 静态路由算法（非自适应路由算法）：管理员手工配置路由信息
   优点：简便、可靠，在负荷稳定、拓扑变化不大的网络中运行效果很好，广泛用于高度安全性的军事网络和较小的商业网络
   缺点：路由更新慢，不适用大型网络
2. 动态路由算法（自适应路由算法）：路由器间彼此交换信息，按照路由算法优化出路由表项
   优点：路由更新快，适用大型网络，及时响应链路费用或网络拓扑变化
   缺点：算法复杂，增加网络负担
   分类：
   全局性：链路状态路由算法 OSPF（所有路由器掌握完整的网络拓扑和链路费用信息）
   分散性：距离向量路由算法 RIP（路由器只掌握物理相连的邻居及链路费用）

2. 分层次的路由选择协议

1. 因特网规模很大
2. 许多单位不想让外界知道自己的路由选择协议，但还想连入因特网

自治系统AS
在单一的技术管理下的一组路由器，而这些路由器使用一种AS内部的路由选择协议和共同的度量以确定在该AS内的路由，同时还使用一种AS之间的路由协议以确定在AS之间的路由。

一个AS内的所有网络都属于一个行政单位来管理，一个自治系统的所有路由器在本自治系统内部必须连通。

路由选择协议

• 内部网关协议IGP
  一个AS内使用的 RIP、OSPF
• 外部网关协议EGP
  AS之间使用的 BGP协议

3. RIP协议 及 距离向量路由算法

3.1 RIP协议

是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，是因特网的协议标注，最大优点是简单。
RIP协议要求网络中每一个路由器都维护从它自己到其他每一个目的网络的唯一最佳距离记录（即一组距离）
距离：通常为“跳数”，即从源端口到目的端口所经过的路由器个数，经过一个路由器跳数+1.特别地，从一路由器到直接连接的网络距离为1.RIP允许一条路由最多只能包含15个路由器，因此距离为16表示网络不可达。
因此，RIP协议只适用于小互联网

如何填满路由表的？
灵魂三问：
一问：和哪些路由器交换信息？
只和相邻路由器交换信息
二问：在什么时候交换信息？
每30秒交换一次路由信息，然后路由器根据新信息更新路由表。若超过180s没收到邻居路由器的通告，则判定邻居没了，并更新自己路由表。把那些通过邻居的路由表项更新掉。

路由器刚开始工作时，只知道直接连接的网络的距离（距离为1），接着每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。

经过若干次更新后，所有路由器最终都会知道到达本自治系统任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址，即“收敛”
三问：交换什么信息？
交换的信息是自己的路由表（ “我到Net1网络的（最短）距离是5跳，下一跳应该走R1路由器…”

最短距离怎么更新的，路由表怎么更新的？

3.2 距离向量算法

1. 修改相邻路由器发来的RIP报文，修改此报文中的所有项目：把“下一跳”字段中的地址改为X，并把所有的“距离”字段+1.
2. 对修改后的RIP报文中的每一个项目，进行一下步骤：
   2.1 R1路由表中若没有Net3，则把该项目填入R1路由表
   2.2 若有Net3，则查看下一跳路由器地址：
   若下一跳是X，则用收到的项目替换源路由表中的项目
   若下一跳不是X，原来距离比从X走的距离远则更新，否则不作处理。
3. 若180s还没收到相邻路由器X的更新路由表，则把X记为不可达的路由器，即把距离设置为16.
4. 返回

RIP协议是应用层协议，使用UDP传送数据。一个RIP报文最多可包括25个路由，如果超过，必须再用一个RIP报文传送

特点：好消息传得快，坏消息传的慢。当网络出现故障时，要经过比较长的时间（例如数分钟）才能将此信息传送到所有的路由器，“慢收敛”

4. OSPF协议

4.1 开放最短路径优先协议：

“开放”表明OSPF协议不是受某一家厂商控制，而是公开发表的。
“最短路径优先”是因为使用了Dijkstra提出的最短路径算法SPF。

OSPF最主要的特征就是使用分布式的链路状态协议

灵魂三问：
一问：和谁交换？
使用洪泛法向自治系统内所有路由器发送信息，即路由器通过输出端口向所有相邻的路由器发送信息，而每一个相邻路由器又再次将此信息发往其所有的相邻路由器。广播
二问：交换什么？
发送的信息就是与本路由器相邻的所有路由器的链路状态（本路由器和哪些路由器相邻，以及该链路的度量/代价——费用、距离、时延、带宽等）
三问：多久交换？
只有当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器洪泛发送此信息。

最后，所有路由器都能建立一个链路状态数据库，即全网拓扑图

4.2 链路状态路由算法

1. 每个路由器发现它的邻居结点【HELLO问候分组】，并了解邻居结点的网络地址。
2. 设置到它的每个邻居的成本度量metric
3. 构造【DD数据库描述分组】，向邻站给出自己的链路状态数据库中的所有链路状态项目的摘要信息。
4. 如果DD分组中的摘要自己都有，则邻站不作处理；如果有没有的或是更新的，则发送【LSR链路状态请求分组】请求自己没有的和比自己更新的信息。
5. 收到邻站的LSR分组后，发送【LSU链路状态更新分组】进行更新
6. 更新完毕后，邻站返回一个【LSAck链路状态确认分组】进行确认

只要一个路由器的链路状态发生变化：

1. 洪泛发送【LSU链路状态更新分组】进行更新。
2. 更新完毕后，其他站返回一个【LSAck链路状态确认分组】进行确认
3. 使用Dijkstra根据自己的链路状态数据库构造到其他节点的最短路径

i. OSPF的区域
为了使OSPF能够用于规模很大的网络，OSPF将一个自治系统再划分为若干个更小的范围，叫做区域。每一个区域都有一个32位的区域标识符（用点分十进制表示）。 区域也不能太大，在一个区域内的路由器最好不超过200个。
OSPF直接用IP数据报传送。 有人数说是网络层协议，有人说是传输层协议。莫衷一是

ii. 其他特点

1. 每隔30min，要刷新一次数据库中的链路状态
2. 由于一个路由器的链路状态只牵扯到与相邻路由器的连通状态，因而与整个互联网的规模并无直接关系。因此当互联网规模很大时，OSPF协议要比距离向量协议RIP好得多
3. OSPF不存在坏消息传的慢的问题，它的收敛速度很快。

5. BGP协议

灵魂三问：
一问：和谁交换？
与其他AS的邻站BGP发言人交换信息
二问：交换什么？
交换的网络可达性的信息，即要到达某个网络所要经过的一系列AS
三问：多久交换？
发生变化时更新有变化的部分。

i. 过程
BGP所交换的网络可达性的信息就是要到达某个网络所要经过的一系列AS。当BGP发言人互相交换了网络可达性信息后，各BGP发言人就根据所采用的策略从收到的路由信息中找出到达各AS的较好路由。

BGP是应用层协议，借助TCP发送

ii. 特点
支持CIDR，因此BGP路由表也应当包括目的网络前缀、下一跳路由器，以及到达该目的网络所要经过的各个自治系统序列。
在BGP刚刚运行时，BGP的邻站是交换整个的BGP路由表。但以后只需要在发生变化时更新有变化的部分。这样做对节省网络带宽和减少路由器的处理开销都有好处。

iii. BGP-4的四种报文

1. OPEN（打开）报文
   用来与相邻的另一个BGP发言人建立关系，并认证发送方
2. UPDATE（更新）报文
   通告新路径或撤销原路径
3. KEEPALIVE（保活）报文
   在无UPDATE时，周期性证实邻站的连通性；也作为OPEN的确认
4. NOTIFICATION（通知）报文
   报告先前报文的差错；也被用于关闭连接。

七、IP组播

1. IP数据报的三种传输方式

• 单播——点对点
  单播用于发送数据包到单个目的地，且每发送一份单播报文都使用一个单播IP地址作为目的地址。是一种点对点传输方式。在发送者和每一接收者之间需要单独的数据信道。
• 广播——点对多点
  广播是指发送数据包到同一广播域或子网内的所有设备的一种传输方式，是一种点对多点传输方式。
• 组播（多播）
  当网络中的某些用户需要特定数据时，组播数据发送者仅发送一次数据，借助组播路由协议为组播数据报建立组播分发树，被传递的数据到达距离用户端尽可能近的节点后才开始复制和分发，是一种点对多点的传输方式。
  组播应用UDP，尽最大努力交付，对组播数据报不产生ICMP差错报文，并非所有D类地址都可以作为组播地址
  提高了数据传送率。减少了主干网出现拥塞的可能。组播组中的主机可以是在同一个物理网络，也可以来自不同的物理网络（如果有组播路由器（即，运行组播协议的路由器）的支持）。

2. IP组播地址

IP组播地址让原设备能够将分组发送给一组设备。属于多播组的设备将被分配一个组播组IP地址（一群共同需求的主机的相同标识）
组播地址范围为224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 （D类地址），一个D类地址表示一个组播组。只能用作分组的目的地址。源地址总是为单播地址。

3. 硬件组播

同单播地址一样，组播IP地址也需要相应的组播MAC地址在本网络中实际传送帧。
组播MAC地址以十六进制值01-00-5E打头，余下的6个十六进制位是根据IP组播组地址的最后23位转换得到的。
TCP/IP协议使用的以太网多播地址的范围是：01-00-5E-00-00-00 到 01-00-5E-7F-FF-FF
从组播IP地址到MAC地址映射，有5位是不使用的。 因此，收到多播数据报的主机，还要在IP层利用软件进行过滤，把不是本主机接收的数据报丢弃。

4. IGMP协议（网际组管理协议）

IGMP协议让路由器知道本局域网上是否有主机（的进程）参加或退出了某个组播组。
ICMP和IGMP都使用IP数据报传递报文

两个工作阶段
ROUND 1：
某主机要加入组播组时，该主机向组播组的组播地址发送一个IGMP报文，声明自己要成为该组的成员。
本地组播路由器收到IGMP报文后，要利用组播路由选择协议把这组成员关系发给因特网上的其他组播路由器。

ROUND 2：
本地组播路由器周期性探询本地局域网上的主机，以便知道这些主机是否还是组播组的成员。

只要有一个主机对某个组响应，那么组播路由器就认为这个组是活跃的；如果经过几次探询后没有一个主机响应，组播路由器就认为本网络上没有此组播组的主机，因此就不再把这组的成员关系发给其他的组播路由器。
组播路由器知道的成员关系只是所连接的局域网中有无组播组的成员。

5. 组播路由选择协议

组播路由选择协议目的是找出以源主机为根节点的组播转发树。构造树可以避免在路由器之间兜圈子。
对不同的组播组对应于不同的组播转发树；同一个组播组，对不同的源点也会有不同的组播转发树。

常使用的三种算法

• 基于链路状态的路由选择
• 基于距离-向量的路由选择
• 协议无关的组播（稀疏/密集）

八、移动IP

1. 相关术语

移动IP技术是移动结点（计算机/服务器等）以固定的网络IP地址，实现跨越不同网段的漫游功能，并保证了基于网络IP的网络权限在漫游过程中不发生任何改变。

• 移动结点
  具有永久IP地址的移动设备
• 归属代理（本地代理）
  一个移动结点拥有的旧“居所”称为归属网络，在归属网络中代表移动结点执行移动管理功能的实体叫做归属代理。
• 外部代理（外地代理）
  在外部网络中帮助移动结点完成移动管理功能的实体称为外部代理。
• 永久地址（归属地址/主地址）
  移动站点在归属网络中的原始地址
• 转交地址（辅地址）
  移动站点在外部网络中使用的临时地址。

2. 通信过程

(A刚进入外部网络：)

1. 在外部代理登记获得一个转交地址，离开时注销；
2. 外部代理向本地代理登记转交地址；

(B给A发送数据报：)

1. 本地代理截获数据报
2. 本地代理再封装数据报，新的数据报目的地址是转交地址，发给外部代理（隧道）
3. 外部代理拆封数据报并发给A

(A给B发送数据报：)

1. A用自己的主地址作为数据报源地址，用B的IP地址作为数据报的目的地址。

(A移动到了下一个网络：)

1. 在新的外部代理登记注册一个转交地址；
2. 新外部代理给本地代理发送新的转交地址（覆盖旧的）
3. 通信

(A回到了归属网络：)

1. A向本地代理注销转交地址
2. 按原始方式通信

九、网络层设备——路由器

路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，其任务是转发分组。

1. 路由选择部分

路由选择处理机： 根据所选定的路由选择协议构造出路由表，同时经常或定期地和相邻路由器交换路由信息而不断地更新和维护路由表。

2. 分组转发部分

输入端口中的查找和转发功能在路由器的交换功能中是最重要的。
交换结构： 根据转发表（路由表得来）对分组进行转发。
输出端口中 若路由器处理分组的速率赶不上分组进入队列的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空间而只能被丢弃。

路由器中的输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。

三层设备的区别:

• 路由器
  可以互联两个不同网络层协议的网段
  可以隔离冲突域，可以隔离广播域
• 网桥
  可以互联两个物理层和链路层不同的网段。
  可以隔离冲突域，不能隔离广播域
• 集线器
  不能互联两个物理层不同的网段。
  不能隔离冲突域，不能隔离广播域

3. 路由表与路由转发

路由表根据路由选择算法得出的，主要用途是路由选择，总用软件来实现。
转发表由路由表得来，可以用软件实现，也可以用特殊的硬件来实现。转发表必须包含完成转发功能所需的信息，在转发表的每一行必须包含从要到达的目的网络到输出端口和某些MAC地址信息的映射。