網絡層服務

路由+轉發

數據報網絡和虛電路網絡

數據報(datagram)網絡與虛電路(virtual-circuit)網絡是典型兩類分組交換網絡，數據報網絡提供網絡層無連接服務，虛電路網絡提供網絡層連接服務，類似於傳輸層的無連接服務（UDP）和麪向連接服務（TCP），但是網絡層服務（主機到主機服務，網絡核心實現）。

虛電路網絡

數據報網絡

Internet採用數據包網絡。

IP協議

Internet網絡層

IP數據報分組格式

 版本號字段。佔4位，E.g. 4→IPv4，6 → IPv6
 首部長度字段。佔4位，IP分組首部長度，以4字節爲單位，E.g. 5→IP首部長度爲20(5×4)字節
 服務類型(TOS)字段。佔8位，指示期望獲得哪種類型的服務，1998 年這個字段改名爲區分服務，只有在網絡提供區分服務(DiffServ)時使用，一般情況下不使用，通常IP分組的該字段(第2字節)的值爲00H。
 總長度字段。佔16位，IP分組的總字節數(首部+數據)，最大IP分組的總長度是65535B，最小的IP分組首部20B，IP分組可以封裝的最大數據：65535-20=65515B
 生存時間（TTL ）字段。佔8位，IP分組在網絡中可以通過的路由器數（或跳步數），路由器轉發一次分組，TTL減1，如果TTL=0，路由器則丟棄該IP分組
 協議字段。佔8位，指示IP分組封裝的是哪個協議的數據包，實現複用/分解，E.g. 6爲TCP，表示封裝的爲TCP段；17爲UDP，表示封裝的是UDP數據報
 首部校驗和字段。佔16位，實現對IP分組首部的差錯檢測，計算校驗和時，該字段置全0，採用反碼算數運算求和，和的反碼作爲首部校驗和字段，逐跳計算、逐跳校驗
 源IP地址、目的IP地址字段。各佔32位，分別標識發送分組的源主機/路由器(網絡接口)和接收分組的目的主機/路由器（網絡接口）的IP地址
 選項字段。佔長度可變，範圍在1~40B之間，攜帶安全、源選路徑、時間戳和路由記錄等內容，實際上很少被使用
 填充字段。佔長度可變，範圍在0~3B之間：目的是補齊整個首部，符合32位對齊，即保證首部長度是4字節的倍數

IP分片

網絡鏈路存在MTU (最大傳輸單元)—鏈路層數據幀可封裝數據的上限。 大IP分組向較小MTU鏈路轉發時，可以被「分片」 (fragmented)，1個IP分組分爲多個IP分片。IP分片到達目的主機後進行「重組」(reassembled)。IP首部的總長度、標識、標誌位和片偏移字段用於標識分片以及確定分片的相對順序。

 標識字段。佔16位，標識一個IP分組。IP協議利用一個計數器，每產生IP分組計數器加1，作爲該IP分組的標識。
 標誌位字段。佔3位，DF (Don’t Fragment)，MF (More Fragment)。DF =1，禁止分片，DF =0，允許分片。MF =1，非最後一片，MF =0，最後一片(或未分片)。

 片偏移字段。佔13位，一個IP分組分片封裝原IP分組數據的相對偏移量，片偏移字段以8字節爲單位。

有類IP地址

IP地址 = 網絡號(NetID) + 主機號(HostID)
IP 子網，IP地址具有相同網絡號的設備接口，不跨越路由器（第三及以上層網絡設備）可以彼此物理聯通的接口

子網劃分

無類域間路由(CIDR: Classless InterDomain Routing)

消除傳統的 A 類、B 類和 C 類地址界限，NetID+SubID→Network Prefix，Prefix可以任意長度。可以把多個子網聚合成一個較大的子網，減小路由表，提高路由效率。由於早期設計原因，IP地址不連續，可以對特殊IP地址單獨說明。

DHCP

爲主機動態配置IP地址。略

NAT

內網使用外網資源，內網私有地址需要轉換成外網地址。略

IPv6

略

路由算法

內容太多，暫不研究

參考資料

[1] 中國大學MOOC《計算機網絡》 李全龍 聶蘭順