第四章 网络层
本章的重要内容：
（1）虚拟互连网络的概念；
（2）IP地址和物理地址的关系；
（3）传统的分类的IP地址（包括子网掩码）和无分类域间路由选择CIDR；
（4）路由选择协议的工作原理。
解答：
（1）虚拟互联网络是逻辑互联网络，它的意思把互联以后的计算机网络看成一个虚拟互联网络，虽然各种物理网络的异构性是客观存在的，但是我们可以利用IP协议讲将这些性能各异的网络在网络层看起来好像是一个统一的网络。这种使用IP协议的虚拟互联网络可简称为IP网。
（2）IP地址就是给互联网上的每一个主机/路由器的每一个接口分配一个全世界范围的唯一的32位的标识符，IP地址结构让我们很容易在互联网中方便寻址。IP地址的重要特点：1.每一个IP地址都由网络号和主机号两部分组成；2.IP地址标志一台主机（或路由器）和一条链路的接口，可拥有两个IP。3.用转发器和网桥连接起来的若干个网络仍为一个网络。
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址，使用IP地址数据报一旦交给数据链路层，就被封装成MAC帧了。MAC帧传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址。1.交换机基于数据帧MAC地址转发数据帧；路由器基于数据报IP地址转发数据报；2.数据包传输过程中不变，但经过网络设备后，数据帧需要用新的物理地址封装；3.MAC帧地址决定下一跳为那个设备，IP地址决定了数据报的起点和终点。ARP协议作用是将网络层使用的IP地址解析为数据链路层使用的硬件地址。
（3）IP地址经历了分类的IP地址、子网划分和构成超网三个阶段。
传统分类的IP地址是最基本的编址方法，就是将IP地址划分为若干类，A类（8位网络号0，24位主机号，范围：0.0.0.0- 127.255.255.255 (0 段和 127 段不使用 )）、B类（16位网络号10，16位主机号，范围：128.0.0.0 - 191.255.255.255）、C类地址（24位网络号110，8位主机号，范围：192.0.0.0 - 223.255.255.255）都是由两个固定长度的字段组成，第一个字段为网络号，标志主机或者路由器所在网络，在互联网范围内唯一；第二个字段为主机号，标志主机或路由器。一个IP地址在整个互联网范围内是唯一的。
子网划分将二级IP地址转换为三级IP地址。IP地址::={<网络号>，<子网号>，<主机号>}；一个拥有许多物理网络的单位，可将所属的物理网络划分为若干个子网，划分子网属于单位内部事情，对外仍表现为一个网络；划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号，在本单位内部变为三级IP地址；从其他网络发给本单位某台主机的IP数据报，根据网络号找到连接路由器，按照目的网络号和子网号找到目的子网，将IP数据报交付目的主机。子网掩码用来查看是否进行了子网划分。子网掩码与收到的数据报的IP地址进行逐位相与操作，得到所要找的子网的网络地址。
无分类编制CIDR（构成超网）的格式为：IP地址::={<网络前缀>,<主机号>}；CIDR的特点：消除了传统的A类、B类、C类地址和划分子网的概念，更有效利用IPV4空间；CIDR将网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。eg:128.14.35.7/20是某CIDR地址块中的地址，其最小地址为128.14.31.0，最大地址为128.14.47.255。斜线记法中，斜线后面的数字是地址掩码中1的个数。将网络前缀左移可扩大当前网络，网络前缀越短，求地址块所包含的地址数越多。
（4）路由算法可分为静态路由选择策略和动态路由选择策略：静态路由选择是非适应路由选择，简单开销小，但不能及时适应网络状态变化，对于较小网络可采用，动态路由选择也叫做自适应路由选择，能较好的适应网络状态的变化，适用于较复杂的大网络。
分层次的路由选择协议主要是自适应的（动态的）、分布式路由选择协议。内部网关协议IGP主要是RIP协议和OSPF协议；外部网关协议EGP使用的协议是BGP协议。
RIP协议是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议，要求网络中的每一个路由器都要维护从它自身到其他每一个目的网络的距离纪录或向量。其特点是：1.仅和相邻路由器进行交换，2.交换的信息是当前路由器所知道的全部信息，即自己现在的路由表；3.按照固定的时间间隔交换路由表。可自行划分区域。
OSPF协议是开放最短路径优先，最主要的特征是使用分布式的链路状态协议。其特点是：1.采用洪泛法向自治系统所有路由器发送信息；2.发送的信息是与本路由器相邻的所有路由器的连接状态；3.只要当链路状态发生变化时，路由器才向所有路由器使用洪泛法发送此消息。
边界网络协议BGP是不同自治系统之间交流路由信息的协议，力求好的路由，而非最佳，采用了路径向量路由选择协议， 每个自治系统有一个BGP发言人，一般是边界路由器，BGP+RIP/OSPF。
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