為什麼要劃分網路層?

　　不用的網路有不同的協議和標準,為了可以在不同網路之間互訪,共享雙方的資源,並且還要保持每個計算機網路本來的獨立性,所以才劃分出了網路層,並制定了專門的協議來負責網路間通訊.

網路層的主要功能:

　　1.遮蔽網路差異,提供透明傳輸.

　　　　為傳輸層提供服務:面向連線的網路服務(虛電路服務)和無連線的網路服務(資料報服務).

　　2.為網路通訊提供路由選擇

　　　　什麼是路由選擇?　

　　　　　　按一定的原則和路由選擇演算法在多個節點的通訊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演算法.

　　3.資料包的封裝和解封裝  

　　4.擁塞控制

　　　　　為了避免網路傳輸路徑中資料的傳輸延遲或死鎖,主要採用預約緩衝區,分組丟棄等方式.

網路層資料交換相關技術:

　　1.虛電路分組交換(類似於電路交換的電話通訊):

　　　　　　虛電路分組交換特點:

　　　　　　　　1.每次分組交換前,在傳送方與接收方之間建立一條邏輯連線

　　　　　　　　2.一次通訊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,源地址等資訊.

　　　　　　　　3.通訊子網中每個節點可以和任意節點建立多條虛電路.每個虛電路支援特定的兩個節點之間的資料傳輸.

　     　虛電路交換過程,分三個階段,1:建立虛電路 2:傳輸資料 3:拆除虛電路

　　2.資料包分組交換

　　　　　　什麼是資料報?就是在資料前部添加了源地址和目標地址資訊欄位的報文分段. 

　　　　　　　資料包分組交換特點:

1. 1. 1.    無需為每次通訊建立獨立的邏輯連線
      2.    傳送報文時,先拆解成若干獨立的帶有序號和地址資訊的資料報,依次傳送給網路節點.
      3. 　網路節點每一個節點提供獨立的路由選擇,無法保證資料報按順序到達目的節點,也無法保證資料報中途不丟失.

　　3.線路交換(又稱電路交換)

　　　　　　最原始的資料交換方式,最常見的例子就是電話交換系統,在網路中利用可切換的物理通訊線路直接連線通訊雙方進行資料交換.

　　4.儲存-轉發

　　　　　　路由器的工作機制就是這種儲存-轉發的資料交換方式,這種資料交換方式的好處有很多,比如當資料傳送到每個節點(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.根據所傳輸的資料單元是報文還是報文分組,可以講儲存-轉發交換方式細分為,報文交換和分組交換兩種.

網路層協議及報文格式:

  　　 1.IP協議(網路層中,最重要的一個協議):

　　　　　　IP協議屬於資料報分組交換的資料交換方式,是一種無連線的服務.IP協議的主要功能就是在原地址和目標地址之間傳送資料報.具體來說就是:定址,資料報的封裝,分段與重組.關於IP資料報的頭部格式,這一篇博文講的比較詳細,http://www.xuebuyuan.com/2038843.html ,下面是一張IP資料報報頭格式的簡圖:

　　　2.ARP協議(地址解析協議):

　　　　　　ARP協議是將IP地址解析為乙太網MAC地址(實體地址)的協議.區域網中,當一臺機器A要向機器B傳送資料時,它必須知道對方的網路層地址,即IP地址,但光知道IP地址是不夠的,因為資料報文歸根結底還是要封裝成幀在物理網路中傳輸,因此傳送方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解決的是同一個區域網中主機(或路由器)上的IP地址和MAC地址的對映問題,如果目的主機和源主機不在同一個區域網內,那麼就要通過ARP找到一個位於當前區域網上某個路由器的MAC地址,把分組傳送給這個路由器,然後這個路由器再把分組轉發到下一個網路,剩下的工作就由下一個網路來完成了.

　　  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訊息,比如網路通不通,主機是否可達,路由是否可用等資訊,這些控制資訊雖然並不傳輸使用者資料,但是對於使用者資料的傳遞也起著重要的作用.

　　　　　　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這樣的診斷程式都是屬於ICMP的內容.

路由和路由演算法

　　路由的概念:把資訊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.優先順序較高 5.適用於小型網路.

　　　　　　靜態路由對於小型且變化不是很頻繁的網路來說是可行的的,比如區域網,但是對於較大的廣域網來說,由於拓撲結構複雜,網路結構經常變動,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.僅可以生成網路間的路由表徑,不能生成到達具體節點或主機的路由表項.

　　路由演算法基礎:

　　　　路由演算法是在給定一組路由器及連線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.　

　　　　路由演算法分為兩大類:非自適應路由演算法和自適應路由演算法 

　　　　　　非自適應路由演算法典型代表就是靜態路由,而動態路由中所使用到的演算法都屬於自適應路由演算法

　　路由表基礎:

　　　　路由表是儲存在路由器或者聯網計算機中的電子表格或類似的資料庫.路由表儲存著指向特點那個網路地址的路徑.

　　　　每個靜態路由表項中至少包含以下資訊:

　　　　　　　1.目的地址的網路IP地址

　　　　　　　2.子網掩碼:用來判斷目的地址所屬的網路

　　　　　　　3.下一跳地址/介面.

　　幾種主要的路由演算法:

　　　　靜態路由演算法:

　　　　　　1.最短路徑路由演算法.
　　　　　　2.擴散演算法

　　　　動態路由演算法:

　　　　　　1.距離向量路由演算法

　　　　　　2.鏈路狀態路由演算法

網路層主要裝置

　　路由器:

　　　　路由器是一種具有多個輸入埠和多個輸出埠的專用計算機，其任務是轉發分組。也就是說，將路由器某個輸入埠收到的分組，按照分組要去的目的地（即目的網路），把該分組從路由器的某個合適的輸出埠轉發給下一跳路由器

　　　　路由器的硬體技術:

　　　　　　ASIC技術:用作包轉發,查路由,對速度有明顯提升

　　　　　　分散式處理技術:

　　　　　　交換式結構和排程演算法:

　　　　　　路由表硬體查詢技術:傳統是使用數或者雜湊演算法,過程緩慢,後來採用了CIDR(無類別域間路由)大大減少了路由表項.

　　　　　　高密度與多埠

　　　　路由器的軟體技術:

　　　　　　VPN(虛擬專用網)技術:VPN是指在公用網路上建立虛擬私有網的一種新型網路技術.

　　　　　　Qos(服務質量)技術:如資料包分類技術,資料流的分類

　　　　　　MPLS(多協議標記交換)技術:

　　　　　　多播技術:同一份資料同時傳送給多個使用者.

　　　　　　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網路,所以三層交換機又稱為IP交換機,而路由器支援多種型別網路之間的互聯.

　　　　　　整體效能上比較的話，三層交換機的效能要遠優於路由器，非常適用於資料交換頻繁的區域網中；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晶片,是硬體,不容易升級,路由器的路由功能是依靠嵌入的網路作業系統,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,三層交換機主要使用者企業IP區域網中不同VLAN或不同子網之間的三層通訊,而路由器主要用於WAN(廣域網)中的網路互連,誰也不能代替誰.

　　　　　　(注:以上只是泛泛的過了一遍網路層的大體知識點,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)