# 网络层

网络层的目标：

1. 向上提供的服务应独立于路由器技术
2. 向传输层屏蔽路由器的数量、类型和拓扑关系
3. 传输层可用的网络地址应该有一个统一编址方案

路由算法

1. 最短路径算法
2. 泛洪算法
3. 距离矢量算法（相应的协议成为RIP协议）
4. 链路状态路由算法
   1. 发现它的邻居节点，并了解其网络地址
   2. 设置到每一个邻居节点的距离或者成本度量值
   3. 构造一个包含所有刚刚获知的链路信息包
   4. 将这个包发送给所有的其它的路由器，并接收来自所有其它路由器的信息包
   5. 计算出每个其它路由器的最短路径

路径最大传输单元（MTU，Path Maximum Transmission Unit）

数据包的分段：透明与非透明，透明分段后会重组，非透明不重组

路径发现（Path MTU discovery）

每个IP包发出时在它的头位置设置一个比特，只是不允许对这个包进行分段操作。如果路由器接受的数据包太大，它就生成一个报错数据包并发送给源端，然后丢弃该数据包。当源端接收到报错数据包，它就使用报错数据包携带的信息重新将出错数据包分段，每个段足够小到报错路由器能够处理。如果沿着路径前进又遇到一个MTU更小的路由器，那么重复上述过程。

Internet的网络层

通信过程：传输层获取数据流，并且将数据流拆成段，以便于作为IP数据包发送。理论上，每个数据包最多可以容纳64KB，实际上，数据包通常不会超过1500字节（因为它们正好可以被放到一个以太网帧里）。IP路由器转发每个数据包穿过Internet，沿着一条路径把数据从一个路由器转发到下一个路由器，直到数据包到达目的地。在接受方，网络将数据交给传输层，再由传输层交给接受进程。当所有的数据段最终抵达目标机器时，它们被网络层重新组装还原成最初的数据报，然后该数据包被网络层传输给运输层。

IPv4协议

IP地址

IPv6协议

相比IPv4的改进：

1. IPv6有比IPv4更长的地址。IPv6的地址128位长
2. 对头进行了简化。它只含有7个字段（相比之下，IPv4有13个字段）
3. 更好的支持选项。加快了数据包的处理速度
4. 安全性方面的改进

ICMP——Internet控制消息协议

ICMP，Internet Control Message Protocol。当路由器在处理一个数据包的过程中发生了意外，通过ICMP向数据包的源端报告有关事件。

ARP——地址解析协议

ARP：Address Resolve Protocol。每一块以太网网卡（NIC）都配置了一个唯一的48为以太网地址。NIC根据其48位的以太网地址来发送和接受帧，它们对32为的IP地址一无所知。ARP运行在Internet的大部分的机器上，一旦一台机器运行了ARP，它就会把“IP和以太网”地址的映射保存起来，称为ARP表。

DHCP——动态主机配置协议

DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol。当新的设备加入在局域网中时，该设备在自己的网上广播一个报文，请求IP地址。这个请求报文就是DHCP DISCOVER包，这个包必须到达DHCP服务器。如果DHCP服务器没有直接连接在本地网络，那么必须将路由器配置成能够接受DHCP广播并将该请求报文中继给DHCP服务器，由DHCP服务器来处理DHCP报文。当DHCP服务器收到请求，它就为该主机分配一个空闲的IP地址，并通过DHCP OFFER包返回给主机（这个报文或许也要通过路由中继）。为了在主机没有IP地址的情况下完成此工作，服务器用主机的以太网地址来识别这台设备（主机的以太网地址由DHCP DISCOVERY包携带过来）。