為什么要划分網絡層?
不用的網絡有不同的協議和標准,為了可以在不同網絡之間互訪,共享雙方的資源,並且還要保持每個計算機網絡本來的獨立性,所以才划分出了網絡層,並制定了專門的協議來負責網絡間通信.
網絡層的主要功能:
1.屏蔽網絡差異,提供透明傳輸.
為傳輸層提供服務:面向連接的網絡服務(虛電路服務)和無連接的網絡服務(數據報服務).
2.為網絡通信提供路由選擇
什么是路由選擇?
按一定的原則和路由選擇算法在多個節點的通信子網中選擇一條到達目的節點的最佳路徑的過程. 確定路由選擇的策略成為路由算法.
3.數據包的封裝和解封裝
4.擁塞控制
為了避免網絡傳輸路徑中數據的傳輸延遲或死鎖,主要采用預約緩沖區,分組丟棄等方式.
網絡層數據交換相關技術:
1.虛電路分組交換(類似於電路交換的電話通信):
虛電路分組交換特點:
1.每次分組交換前,在發送方與接收方之間建立一條邏輯連接
2.一次通信的所有分組都是通過這條虛電路順序傳送,交換路徑固定,所以不需要每個分組上封裝目的地址,源地址等信息.
3.通信子網中每個節點可以和任意節點建立多條虛電路.每個虛電路支持特定的兩個節點之間的數據傳輸.
虛電路交換過程,分三個階段,1:建立虛電路 2:傳輸數據 3:拆除虛電路
2.數據包分組交換
什么是數據報?就是在數據前部添加了源地址和目標地址信息字段的報文分段.
數據包分組交換特點:
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- 無需為每次通信建立獨立的邏輯連接
- 發送報文時,先拆解成若干獨立的帶有序號和地址信息的數據報,依次發送給網絡節點.
- 網絡節點每一個節點提供獨立的路由選擇,無法保證數據報按順序到達目的節點,也無法保證數據報中途不丟失.
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3.線路交換(又稱電路交換)
最原始的數據交換方式,最常見的例子就是電話交換系統,在網絡中利用可切換的物理通信線路直接連接通信雙方進行數據交換.
4.存儲-轉發
路由器的工作機制就是這種存儲-轉發的數據交換方式,這種數據交換方式的好處有很多,比如當數據發送到每個節點(如路由器),可以進行差錯檢查,糾錯處理,擁塞控制,格式轉發等操作.根據所傳輸的數據單元是報文還是報文分組,可以講存儲-轉發交換方式細分為,報文交換和分組交換兩種.
網絡層協議及報文格式:
1.IP協議(網絡層中,最重要的一個協議):
IP協議屬於數據報分組交換的數據交換方式,是一種無連接的服務.IP協議的主要功能就是在原地址和目標地址之間傳送數據報.具體來說就是:尋址,數據報的封裝,分段與重組.關於IP數據報的頭部格式,這一篇博文講的比較詳細,http://www.xuebuyuan.com/2038843.html ,下面是一張IP數據報報頭格式的簡圖:
2.ARP協議(地址解析協議):
ARP協議是將IP地址解析為以太網MAC地址(物理地址)的協議.局域網中,當一台機器A要向機器B發送數據時,它必須知道對方的網絡層地址,即IP地址,但光知道IP地址是不夠的,因為數據報文歸根結底還是要封裝成幀在物理網絡中傳輸,因此發送方A還必須要知道B的MAC地址.ARR就是實現這個功能的協議.
特別注意: ARP解決的是同一個局域網中主機(或路由器)上的IP地址和MAC地址的映射問題,如果目的主機和源主機不在同一個局域網內,那么就要通過ARP找到一個位於當前局域網上某個路由器的MAC地址,把分組發送給這個路由器,然后這個路由器再把分組轉發到下一個網絡,剩下的工作就由下一個網絡來完成了.
3.ICMP協議(控制報文協議):
這個協議用來在IP主機,路由器之間傳遞控制消息,比如網絡通不通,主機是否可達,路由是否可用等信息,這些控制信息雖然並不傳輸用戶數據,但是對於用戶數據的傳遞也起着重要的作用.
與ARP協議不同,ICMP依靠IP協議來完成其任務,所以ICMP報文中要封裝IP頭部.比如像Ping,和tracert這樣的診斷程序都是屬於ICMP的內容.
路由和路由算法
路由的概念:把信息從源節點傳送到目標節點的行為.
路由的實現:依靠的是路由器或三層交換機中的路由表進行的.
路由的分類:
靜態路由: 1.手動配置 2.路由路徑固定不變 3.單向性,不提供反向路由 4.優先級較高 5.適用於小型網絡.
靜態路由對於小型且變化不是很頻繁的網絡來說是可行的的,比如局域網,但是對於較大的廣域網來說,由於拓撲結構復雜,網絡結構經常變動,就需要使用動態路由了.
動態路由:1.自動生成 2.自動調整 3.自動生成雙向路由 4.僅可以生成網絡間的路由表徑,不能生成到達具體節點或主機的路由表項.
路由算法基礎:
路由算法是在給定一組路由器及連接路由器鏈路的情況下,找出一條由源節點到目標節點的最佳路徑.
路由算法分為兩大類:非自適應路由算法和自適應路由算法
非自適應路由算法典型代表就是靜態路由,而動態路由中所使用到的算法都屬於自適應路由算法
路由表基礎:
路由表是存儲在路由器或者聯網計算機中的電子表格或類似的數據庫.路由表存儲着指向特點那個網絡地址的路徑.
每個靜態路由表項中至少包含以下信息:
1.目的地址的網絡IP地址
2.子網掩碼:用來判斷目的地址所屬的網絡
3.下一跳地址/接口.
幾種主要的路由算法:
靜態路由算法:
1.最短路徑路由算法.
2.擴散算法
動態路由算法:
1.距離矢量路由算法
2.鏈路狀態路由算法
網絡層主要設備
路由器:
路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計算機，其任務是轉發分組。也就是說，將路由器某個輸入端口收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網絡），把該分組從路由器的某個合適的輸出端口轉發給下一跳路由器
路由器的硬件技術:
ASIC技術:用作包轉發,查路由,對速度有明顯提升
分布式處理技術:
交換式結構和調度算法:
路由表硬件查找技術:傳統是使用數或者哈希算法,過程緩慢,后來采用了CIDR(無類別域間路由)大大減少了路由表項.
高密度與多端口
路由器的軟件技術:
VPN(虛擬專用網)技術:VPN是指在公用網絡上建立虛擬私有網的一種新型網絡技術.
Qos(服務質量)技術:如數據包分類技術,數據流的分類
MPLS(多協議標記交換)技術:
多播技術:同一份數據同時發送給多個用戶.
網管系統:
三層交換機:
三層交換機就是具有路由功能的二層交換機,三層交換機的技術就是二層交換機書+三層轉發技術
上圖是一個華為的三層交換機.三層交換機的工作原理如下圖:
三層交換機和路由器的區別?
三層交換機只能實現VLAn之間的互聯,只能適用於TCP/IP網絡,所以三層交換機又稱為IP交換機,而路由器支持多種類型網絡之間的互聯.
整體性能上比較的話，三層交換機的性能要遠優於路由器，非常適用於數據交換頻繁的局域網中；單論路由能力的話,路由器雖然路由能力好於三層交換機.
三層交換機的三層轉發功能主要依靠ASIC芯片,是硬件,不容易升級,路由器的路由功能是依靠嵌入的網絡操作系統,容易升級,更新.
綜上,三層交換機和路由器各有優勢,它們的應用領域不同,三層交換機主要用戶企業IP局域網中不同VLAN或不同子網之間的三層通信,而路由器主要用於WAN(廣域網)中的網絡互連,誰也不能代替誰.
(注:以上只是泛泛的過了一遍網絡層的大體知識點,我是一邊看書一邊看教程總結整理出來的,並且沒有涉及IP地址和子網,其中每一個知識點都是很龐大的,需要深入學習才能掌握,很多東西我也不懂,只能先對概念有一個大體的理解)