网络层协议
网络层协议介绍
网络层协议介绍网络层协议是计算机网络中的一种协议，主要负责实现分组交换和路由选择功能，为上层提供可靠的数据传输服务。
本文将详细介绍网络层协议的定义、功能、常见协议以及其在网络通信中的应用。
一、定义网络层协议是指在计算机网络中，负责将数据包从发送方传输到接收方的协议。
它位于网络协议栈的第三层，上层是传输层协议，下层是数据链路层协议。
网络层协议通过将数据包封装成分组，并为每个分组添加源地址和目的地址等信息，实现数据的可靠传输和路由选择。
二、功能1. 分组交换：网络层协议将数据包封装成分组，每个分组独立传输，从而实现了分组交换的功能。
这种方式相对于电路交换和报文交换更加灵活高效，能够更好地适应不同网络环境和传输需求。
2. 路由选择：网络层协议根据目的地址信息，选择最佳的传输路径，使数据能够快速准确地到达目的地。
路由选择算法可以根据各种因素，如距离、带宽、拥塞情况等，来确定最优路径，以提高网络传输的效率和可靠性。
3. 数据分段与重组：网络层协议可以将较大的数据包分段传输，然后在接收端进行重组。
这样可以提高数据传输的效率，并且能够更好地适应不同网络的传输能力和需求。
4. 差错检测与纠正：网络层协议可以通过添加校验和等机制，对数据包进行差错检测和纠正。
这样可以提高数据传输的可靠性，确保数据在网络中的正确传输。
三、常见协议1. IP协议：Internet协议（IP）是网络层协议中最重要的协议之一，它为互联网上的数据传输提供了基础。
IP协议负责将数据包从源主机传输到目的主机，通过IP地址来标识主机和网络，实现数据的路由选择和分组交换。
2. ICMP协议：互联网控制报文协议（ICMP）是IP协议的补充协议，主要用于在网络中传递控制消息和错误报告。
ICMP协议可以提供网络的健康状态信息，以及网络故障诊断和排除的功能。
3. ARP协议：地址解析协议（ARP）是一种用于将IP地址转换为物理地址的协议。
ARP协议通过查询本地网络上的ARP缓存表，实现IP地址与MAC地址的映射，从而实现数据包的正确传输。
网络层的协议
网络层的协议网络层是OSI模型中的第三层，负责在不同的网络之间进行数据传输和路由选择。
网络层的核心协议是Internet协议（IP），它定义了数据在互联网络中的传输方式和地址分配规则。
在全球范围内，现行的IP协议版本是IPv4和IPv6。
IPv4是网络层的经典协议，它使用32位地址标识互联网络中的主机和路由器。
IPv4的地址分为网络地址和主机地址两部分，由于地址空间有限，IPv4最多支持42亿个不同地址。
IPv4协议还提供了分组交换服务和一些路由选择算法，用于将数据包从源节点传输到目的节点。
由于互联网的快速发展，IPv4的地址空间逐渐不足。
为了解决这个问题，IPv6协议被引入。
IPv6使用128位地址，提供了远远超过IPv4的地址空间。
IPv6还加强了安全性、多播和移动性能力，并进行了一些简化和优化，提高了路由选择效率和网络性能。
除了IP协议，网络层还使用一些辅助协议来完成任务。
其中一个重要的协议是互联网控制报文协议（ICMP），它用于进行网络故障诊断和错误报告。
ICMP消息被发送到源节点，以便告知源节点数据包的状态和错误原因。
还有一个常见的辅助协议是地址解析协议（ARP），它用于将IP地址映射到物理MAC地址。
当网络节点需要发送数据包到目标主机时，它会首先查询目标主机的MAC地址。
ARP协议负责将IP地址转换为MAC地址，并在局域网内广播查询请求，以获取目标主机的MAC地址。
此外，网络层还使用路由协议来选择最佳路径进行数据包传输。
常用的路由协议有开放最短路径优先（OSPF）协议和边界网关协议（BGP）等。
这些协议使用不同的路由算法和策略来决定数据包应该经过哪些路由器以达到目的地。
总之，网络层是OSI模型中的重要一环，负责将数据包从源节点传输到目的节点，并进行路由选择。
IP协议是网络层的核心协议，定义了数据在互联网络中的传输方式和地址分配规则。
辅助协议如ICMP和ARP协议用于故障诊断和地址解析。
网络层协议介绍
网络层协议介绍一、引言网络层协议是计算机网络中的重要协议之一，负责在不同主机之间进行数据传输和路由选择。
本文将详细介绍网络层协议的定义、功能、特点以及常用的网络层协议。
二、定义网络层协议是计算机网络中的一种协议，位于传输层之上，负责将数据包从源主机传输到目的主机。
它提供了一种在不同网络之间进行通信的方式，并负责选择最佳的传输路径。
三、功能1. 数据传输：网络层协议将数据包从源主机传输到目的主机。
它将数据包分成较小的片段，并在传输过程中重新组装这些片段，以确保数据的完整性和可靠性。
2. 路由选择：网络层协议通过路由选择算法选择最佳的传输路径。
它根据网络拓扑和网络负载等因素，选择具有最低延迟和最高带宽的路径，以提高数据传输效率。
3. 网络互连：网络层协议允许不同网络之间进行互连，实现跨网络的通信。
它将数据包从一个网络传输到另一个网络，并确保数据能够正确到达目的主机。
四、特点1. 无连接性：网络层协议是无连接的，即在传输数据之前不需要建立连接。
每个数据包都是独立传输的，它们可以按照不同的路径传输，不受先后顺序的限制。
2. 分组交换：网络层协议采用分组交换的方式进行数据传输。
它将数据包分成较小的片段，每个片段都带有目的主机的地址信息，以便在传输过程中进行路由选择。
3. 异构性：网络层协议支持不同类型的网络之间进行通信，如局域网、广域网、互联网等。
它能够处理不同网络之间的协议转换和数据格式转换等问题。
五、常用的网络层协议1. IP协议：IP（Internet Protocol）协议是互联网中最常用的网络层协议。
它负责将数据包从源主机传输到目的主机，并通过路由选择算法选择最佳的传输路径。
2. ICMP协议：ICMP（Internet Control Message Protocol）协议是IP协议的一个扩展协议。
它用于在网络中传输控制和错误信息，如网络不可达、主机不可达等。
3. ARP协议：ARP（Address Resolution Protocol）协议用于将IP地址转换为物理地址（MAC地址）。
网络7层协议
网络7层协议网络七层协议是指计算机网络通信规范的七个层次，从物理层到应用层依次为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
这七个层次分别负责不同的网络任务，共同建立了对网络通信的完整控制和管理。
第一层是物理层，它负责将用户数据以二进制形式在物理介质上传输，如电缆、光纤等。
物理层没有对数据进行处理或识别，只是负责电信号的传输。
第二层是数据链路层，它负责在两个相邻节点之间的数据传输。
它将数据转换为数据块，每一个块都包含了控制信息和校验信息，确保数据传输的可靠性。
第三层是网络层，主要负责数据包在网络中的传输。
它使用IP地址来确定数据包的目的地，并选择最佳的路由进行传输。
网络层还负责实施路由选择和拥塞控制等功能。
第四层是传输层，它负责数据的有序传输和差错恢复。
传输层有两个主要协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
TCP提供了可靠的数据传输和错误恢复机制，而UDP则提供了快速、无差错的传输。
第五层是会话层，它负责建立和维护两个通信节点之间的会话。
会话层通过建立会话、传递同步信息和管理数据交换等方式，实现了跨网络的数据交换。
第六层是表示层，它负责数据的格式化和数据的加密解密。
表示层可以将用户数据转换为网络传输所需的格式，并进行数据压缩和加密的操作，以保护数据的安全性。
最后一层是应用层，它为用户提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输和远程登录等。
应用层协议有HTTP（超文本传输协议）、FTP（文件传输协议）和SMTP（简单邮件传输协议）等。
七层协议的设计使得每一层都相对独立，可以在适当的时候进行更改和升级，而不需要影响到其他层。
它们共同工作，使得计算机网络能够高效地运行和交换信息。
总之，七层协议定义了网络通信的规范和标准，每一层都有其独立的功能和任务。
只有当各个层次之间进行良好的协调和合作，才能保证网络的正常工作和高效传输。
网络层协议有哪些
网络层协议有哪些网络层协议是指在计算机网络中，负责处理网络数据包在网络中的传输和路由的一种协议。
网络层协议使得不同计算机之间可以相互通信和交换数据。
下面介绍一下几种常见的网络层协议。
IP协议是网络层协议的基础，它负责把数据包从源主机传输到目标主机。
IP协议为每个主机分配一个唯一的IP地址，这个地址用于标识主机的位置。
IP协议采用无连接的方式，每个数据包都是独立传输的。
它将数据分割为较小的数据包，并为每个数据包赋予一个IP头部，包含源IP地址、目标IP地址和其他控制信息。
IP协议使用一种称为IP路由的方式来决定数据包的传输路径。
ICMP协议是用来在主机和路由器之间传递控制信息的协议。
它可以检测和报告网络连接的问题，例如主机不可达、数据包传输超时和网络拥塞等。
ICMP协议通常与IP协议一起使用，以便能够向用户提供网络连接的状态信息。
ARP协议用于将网络层的IP地址映射到物理地址（MAC地址）。
因为在数据链路层的帧中使用的是MAC地址，而IP协议使用的是IP地址。
当主机需要将数据包发送给相同局域网内的其他主机时，它需要知道目标主机的MAC地址。
ARP 协议通过发送ARP请求来获取目标主机的MAC地址，然后将其存储在缓存中以便后续使用。
RARP协议是ARP协议的逆过程。
当一台计算机启动时，它会发送一个RARP请求来获取自己的IP地址，因为计算机在启动时可能不知道自己的IP地址。
RARP服务器会根据计算机的MAC地址来分配一个IP地址给它。
IPsec协议是一种用于提供网络层安全性的协议。
它通过对数据包进行加密和认证来保护数据的机密性和完整性。
IPsec协议可以用于在不受信任的网络中安全地传输数据，例如在互联网上传输敏感信息。
以上是几种常见的网络层协议。
它们共同构成了计算机网络中的网络层，负责处理数据包的传输和路由。
通过使用这些协议，计算机可以相互通信和交换数据，构建一个强大而稳定的网络体系结构。
网络层协议介绍
网络层协议介绍一、引言网络层协议是计算机网络体系结构中的重要组成部分，它负责实现数据包在网络中的传输和路由功能。
本协议旨在介绍网络层协议的基本概念、特点、功能和应用。
二、协议概述网络层协议是计算机网络中的第三层协议，位于传输层和数据链路层之间。
它的主要任务是将数据包从源主机传输到目标主机，并负责选择最佳的传输路径。
网络层协议在不同的网络环境中有不同的实现方式，常见的网络层协议有IP协议、IPX协议、OSPF协议等。
三、IP协议介绍IP（Internet Protocol）协议是最常用的网络层协议之一，它是基于互联网体系结构设计的。
IP协议的主要特点包括：1. IP地址：IP协议使用32位的IP地址来唯一标识网络中的主机和路由器。
IP 地址分为IPv4和IPv6两种格式，其中IPv4地址由四个8位字段组成，IPv6地址由八个16位字段组成。
2. 数据分组：IP协议将数据分为多个数据包进行传输，每个数据包包含源IP 地址、目标IP地址和数据内容等信息。
3. 路由选择：IP协议通过路由选择算法选择最佳的传输路径，以保证数据包能够快速、可靠地传输到目标主机。
四、IPX协议介绍IPX（Internetwork Packet Exchange）协议是Novell NetWare网络操作系统使用的网络层协议。
IPX协议的主要特点包括：1. 地址格式：IPX协议使用48位的MAC地址来唯一标识网络中的主机和路由器。
2. 数据分组：IPX协议将数据分为多个数据包进行传输，每个数据包包含源MAC地址、目标MAC地址和数据内容等信息。
3. 路由选择：IPX协议使用基于距离矢量的路由选择算法，通过比较路径的距离和质量来选择最佳的传输路径。
五、OSPF协议介绍OSPF（Open Shortest Path First）协议是一种开放式的链路状态路由协议，用于在大型网络中选择最佳的传输路径。
OSPF协议的主要特点包括：1. 链路状态数据库：OSPF协议通过交换链路状态信息来构建网络拓扑图，并将其存储在链路状态数据库中。
网络四层协议
网络四层协议在计算机网络通信中，网络四层协议是指TCP/IP协议栈中的四个协议层，分别是网络接口层、网络层、传输层和应用层。
这四个层次分别对应着不同的功能和责任，共同构成了网络通信的基本框架。
首先是网络接口层，它负责将数据包封装成帧，并通过物理介质进行传输。
在这一层，主要使用的协议有以太网、Wi-Fi等，它们定义了数据在物理介质上传输的格式和规则，以确保数据能够正确地发送和接收。
接下来是网络层，它的主要功能是实现数据包的路由和转发。
网络层使用IP协议来定义数据包的格式和寻址方式，通过路由器等设备将数据包从源主机发送到目标主机。
此外，网络层还包括ICMP协议，用于网络故障诊断和错误报告。
传输层是网络四层协议中的第三层，它负责在通信的端到端之间传输数据。
最常见的传输层协议是TCP和UDP。
TCP协议提供可靠的、面向连接的数据传输服务，它能够确保数据的完整性和顺序性；而UDP协议则是一种无连接的传输协议，它更注重传输效率而非数据完整性。
最后是应用层，它是网络四层协议中最高层的协议，负责为用户提供各种网络应用服务。
在这一层，有许多不同的协议，如HTTP、FTP、SMTP等，它们分别用于Web浏览、文件传输、电子邮件等不同的网络应用。
网络四层协议的设计使得网络通信变得更加灵活和高效。
每一层都有着明确的功能和责任，彼此之间相互配合，共同构成了一个完整的网络通信体系。
通过网络四层协议，不同的设备和系统能够在全球范围内进行通信和交流，这为人们的生活和工作带来了巨大的便利。
总的来说，网络四层协议是计算机网络通信中的重要组成部分，它定义了网络通信的基本框架和规则。
了解网络四层协议的工作原理和特点，对于理解网络通信、网络安全等方面都具有重要意义。
希望通过本文的介绍，读者能对网络四层协议有一个更加清晰的认识。
网络层协议有哪些
网络层协议有哪些网络层是计算机网络中的一个重要层次，负责处理数据包的路由和转发。
而网络层协议是一套规则和约定，用于在网络层进行通信和数据传输。
本文将介绍一些常见的网络层协议。
1. IP协议（Internet Protocol）IP协议是互联网上使用的最重要的协议之一。
它定义了数据包在网络中的寻址和路由过程。
IP协议负责将数据包从源主机发送到目标主机，并在传输过程中进行分片和重组。
IP协议使用IPv4或IPv6地址进行寻址，使得数据包能够准确地传输到目标设备。
2. ICMP协议（Internet Control Message Protocol）ICMP协议是IP协议的一个扩展，用于在IP网络中传递控制消息和错误报告。
ICMP协议可以通过发送不同类型的消息来测试主机的可达性、测量网络延迟并报告错误。
例如，Ping工具就利用ICMP 协议进行网络连接测试。
3. ARP协议（Address Resolution Protocol）ARP协议用于将网络层的IP地址映射为链路层的物理地址。
当主机需要发送数据时，需要知道目标主机的物理地址，此时ARP协议会在网络中广播寻找目标主机的MAC地址。
一旦找到目标主机的MAC地址，主机之间就可以通过链路层进行直接通信。
4. RARP协议（Reverse Address Resolution Protocol）RARP协议与ARP协议相反，它将链路层的物理地址映射回网络层的IP地址。
RARP协议常用于无盘工作站或磁盘less服务器，它们无法通过硬盘中的配置文件获得自己的IP地址，因此需要通过RARP协议从服务器获取IP地址。
5. DHCP协议（Dynamic Host Configuration Protocol）DHCP协议用于自动分配IP地址和其他网络配置参数给主机。
在一个网络中有大量主机时，手动分配IP地址是非常耗时且容易出错的，DHCP协议通过服务器自动为主机分配IP地址，大大简化了网络管理工作。
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7.2 路由算法（3）
7.2.2 最短路径路由算法（Shortest Path Routing） 属于静态路由算法 基本思想
- 构建子网的拓扑图，图中的每个结点代表一个路由器， 每条弧代表一条通信线路。为了选择两个路由器间的路 由，算法在图中找出最短路径。
序号循环使用会混淆，解决办法：使用32位序号；
7.2 路由算法（14）
路由器崩溃后，序号重置； 序号出错； 第二、三问题的解决办法：增加年龄（age）域，每 秒钟年龄减1，为零则丢弃。 链路状态包到达后，延迟一段时间，并与其它已到达 的来自同一路由器的链路状态包比较序号，丢弃重复 包，保留新包； 链路状态包需要应答； Fig. 5-16
7.2.4 基于流量的路由算法（Flow-Based Routing） 属于静态路由算法 基本思想
- 既考虑拓扑结构，又兼顾网络负荷； - 前提：每对结点间平均数据流是相对稳定和可预测的； - 根据网络带宽和平均流量，可得出平均包延迟，因此路由选择 问题归结为找产生网络最小延迟的路由选择算法。 - 提前离线（off-line）计算
小结
网络层的地位
- 位于数据链路层和传输层之间，使用数据链路层提供的服务， 为传输层提供服务； - 通信子网的最高层； - 处理端到端传输的最低层。
网络层的作用
- 屏蔽各种不同类型网络之间的差异，实现互连 - 了解通信子网的拓扑结构，选择路由，实现报文的网络传输
网络层的两种实现方式 —— 数据报和虚电路
7.2 路由算法（5）
7.2.3 洪泛算法（Flooding） 属于静态路由算法 基本思想
- 把收到的每一个包，向除了该包到来的线路外的所有输 出线路发送。
主要问题
- 洪泛要产生大量重复包。
解决措施
- 每个包头包含站点计数器，每经过一站计数器减1，为0 时则丢弃该包； - 记录包经过的路径
第七章 网络层协议
主要内容
7.1 7.2 网络层概述 路由算法
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8 最优化原则 最短路径路由算法 洪泛算法 基于流量的路由算法 距离向量路由算法 链路状态路由算法 分层路由 移动主机的路由 拥塞控制的基本原理 拥塞控制算法
7.3
拥塞控制算法
7.3.1 7.3.2
7.4
7.4.1 7.4.2 7.4.3 7.4.4 7.4.5 7.4.6
网络互连
级联虚电路 无连接网络互连 隧道技术 互联网路由 分段 防火墙
7.5
7.5.1 7.5.2 7.5.3 7.5.4
INTERNET网络层协议
IP协议 Internet控制协议 内部网关路由协议：OSPF 外部网关路由协议：BGP
- 都属于分组交换，采用存储转发机制。 - 数据报(datagram)：每个分组被单独路由，分组带有全网唯一 的地址 - 虚电路(virtual circuit)：先在源端和目的端之间建立一条虚电路 ，所有分组沿虚电路按次序存储转发，最后拆除虚电路。在虚 电路中，每个分组无须进行路径选择。
网络层提供的服务
- 面向连接的服务和无连接的服务。
7.2 路由算法（1）
路由算法是网络层软件的一部分
- 子网采用数据报方式，每个包都要做路由选择； - 子网采用虚电路方式，只需在建立连接时做一次路由选 择。
路由算法应具有的特性
正确性（correctness） 简单性（simplicity） 健壮性（robustness） 稳定性（stability） 公平性（fairness） 最优性（optimality）
- 计算到每个其它路由器的最短路径。 • 根据Dijkstra算法计算最短路径；
实用协议
- OSPF - IS-IS
7.2 路由算法（15）
链路状态算法（LS）和距离向量算法（DV）的比较
- 路由信息的复杂性
• LS
路由信息向全网发送 with n nodes, E links, O(nE) msgs sent each exchange between neighbors only
7.6
路由器体系结构和关键技术
7.1 网络层概述（1）
ISO 定义
- 网络层为一个网络连接的两个传送实体间交换网络服务 数据单元提供功能和规程的方法，它使传送实体独立于 路由选择和交换的方式。
网络层是处理端到端传输的最低层。 网络层要解决的关键问题是了解通信子网的拓扑 结构，选择路由。 网络层设计的有关问题
Fig. 5-15
• 链路状态包定期创建或发生重大事件时创建。 - 将这个包发送给所有其它路由器； • 基本思想：洪泛链路状态包，为控制洪泛，每个包包含一 个序号，每次发送新包时加1。路由器记录信息对（源路 由器，序号），当一个链路状态包到达时，若是新的，则 分发；若是重复的，则丢弃；若序号比路由器记录中的最 大序号小，则认为过时而丢弃； • 改进
• DV
• may be routing loops • count-to-infinity problem
7.2 路由算法（16）
- 健壮性: what happens if router malfunctions? • LS
node can advertise incorrect link cost each node computes only its own table DV node can advertise incorrect path cost each node’s table used by others • error propagate thru network
Fig. 5-13
- 测量到每个邻居结点的延迟或开销； • 一种直接的方法是：发送一个要对方立即响应的 ECHO包，来回时间除以2即为延迟。
7.2 路由算法（13）
- 将所有学习到的内容封装成一个包； • 包以发送方的标识符开头，后面是序号、年龄和一个邻居 结点列表； • 列表中对应每个邻居结点，都有发送方到它们的延迟或开 销；
虚电路方式，路由器需要维护虚电路的状态信息； 数据报方式，每个数据报都携带完整的目的/源地址， 浪费带宽
7.1 网络层概述（3）
• 连接建立时间与地址查找时间的权衡
虚电路需要在建立连接时花费时间 数据报则在每次路由时过程复杂
• 虚电路方式很容易保证服务质量QoS（Quality of Service），但比较脆弱
2+e 1+e
测量路径长度的方法
结点数量 地理距离 传输延迟 距离、信道带宽等参数的加权函数
7.2 路由每个结点用从源结点沿已知最佳路径到本结点的距离来标注，标 注分为临时性标注和永久性标注； - 初始时，所有结点都为临时性标注，标注为无穷大； - 将源结点标注为0，且为永久性标注，并令其为工作结点； - 检查与工作结点相邻的临时性结点，若该结点到工作结点的距离 与工作结点的标注之和小于该结点的标注，则用新计算得到的和 重新标注该结点； - 在整个图中查找具有最小值的临时性标注结点，将其变为永久性 结点，并成为下一轮检查的工作结点； - 重复第四、五步，直到目的结点成为工作结点； - 例，Fig. 5-6 - 算法实现，Fig. 5-7。程序与算法的区别是：从目的结点开始。
虚电路方式很容易保证服务质量QoS(Quality of Service)，适用于实时操作，但比较脆弱。 数据报不太容易保证服务质量，但是对于通信线路的 故障，适应性很强。
7.1 网络层概述（4）
网络层为传输层提供的服务
- 面向连接服务：将复杂的功能放在网络层(通信子网)。 - 无连接服务：将复杂的功能放在传输层。 - 通信子网提供的服务（面向连接或无连接）与通信子网 结构（虚电路或数据报）没有必然联系。 - 服务与子网结构的不同组合的例子
7.2 路由算法（12）
7.2.6 链路状态路由算法（Link State Routing） 距离向量路由算法的主要问题
- 选择路由时，没有考虑线路带宽； - 路由收敛速度慢。
链路状态路由算法
- 发现邻居结点，并学习它们的网络地址； • 路由器启动后，通过发送HELLO包发现邻居结点； • 两个或多个路由器连在一个LAN时，引入人工结点；
路由算法分类
- 非自适应算法，静态路由算法 - 自适应算法，动态路由算法
7.2 路由算法（2）
7.2.1 最优化原则 最优化原则（optimality principle）
- 如果路由器 J 在路由器 I 到 K 的最优路由上，那么从 J 到 K 的最优路由会落在同一路由上。
汇集树（sink tree）
- 为传输层提供服务 • 面向连接服务 传统电信的观点：通信子网应该提供可靠的、面向连 接的服务。
7.1 网络层概述（2）
• 无连接服务 Internet的观点：通信子网无论怎么设计都是不可靠 的，因此网络层只需提供无连接服务。 • IP/ATM，Fig. 5-1 - 网络层的内部组织 • 虚电路（virtual circuit） • 数据报（datagram） - 虚电路子网与数据报子网的比较 • Fig. 5-2 • 路由器内存空间与带宽的权衡
7.2 路由算法（6）
选择性洪泛算法（selective flooding）
- 洪泛法的一种改进。将进来的每个包仅发送到与正确方 向接近的线路上。