網(wǎng)絡(luò)層是計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中的核心層次，負責(zé)將數(shù)據(jù)包從源主機跨越多跳網(wǎng)絡(luò)傳送到目的主機。本復(fù)習(xí)筆記將系統(tǒng)梳理網(wǎng)絡(luò)層的關(guān)鍵概念、協(xié)議與技術(shù)要點。
一、網(wǎng)絡(luò)層核心功能與服務(wù)
網(wǎng)絡(luò)層的主要功能包括：
- 路由選擇：確定數(shù)據(jù)包從源到目的地的最佳路徑，涉及路由算法（如距離向量、鏈路狀態(tài)）和路由協(xié)議（如RIP, OSPF, BGP）。
- 分組轉(zhuǎn)發(fā)：根據(jù)路由表將數(shù)據(jù)包從輸入端口轉(zhuǎn)移到合適的輸出端口。
- 擁塞控制：防止網(wǎng)絡(luò)因過載而導(dǎo)致性能下降，通過流量整形、調(diào)度算法等實現(xiàn)。
- 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)：通過IP協(xié)議實現(xiàn)不同物理網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。
二、IP協(xié)議與IP地址
- IPv4地址：32位地址，通常用點分十進制表示（如192.168.1.1）。分為A、B、C、D、E類，支持子網(wǎng)劃分與CIDR（無類別域間路由）以提高地址利用率。
- IPv6地址：128位地址，解決IPv4地址耗盡問題，采用冒號分隔的十六進制表示，支持更高效的路由與安全性。
- IP數(shù)據(jù)報格式：包括首部（版本、長度、生存時間TTL、協(xié)議等字段）與數(shù)據(jù)部分。重點理解分片與重組機制。
三、重要協(xié)議與技術(shù)
- ARP（地址解析協(xié)議）：將IP地址映射為MAC地址，實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)通信。
- ICMP（互聯(lián)網(wǎng)控制報文協(xié)議）：用于網(wǎng)絡(luò)診斷與錯誤報告，如ping和traceroute工具基于ICMP。
- 路由協(xié)議分類：
- 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP）：在自治系統(tǒng)內(nèi)部使用，如RIP（基于距離向量）、OSPF（基于鏈路狀態(tài)）。
- 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（EGP）：用于自治系統(tǒng)間路由，主要是BGP。
- NAT（網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換）：將私有IP地址轉(zhuǎn)換為公有IP地址，緩解地址短缺并增強安全性。
四、關(guān)鍵算法與難點
- 路由算法：
- 距離向量算法（如RIP）：周期性交換路由表，可能遇到“計數(shù)到無窮”問題。
- 鏈路狀態(tài)算法（如OSPF）：泛洪鏈路狀態(tài)信息，每個路由器構(gòu)建完整網(wǎng)絡(luò)拓撲圖，使用Dijkstra算法計算最短路徑。
- 子網(wǎng)劃分與超網(wǎng)：掌握根據(jù)需求計算子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)絡(luò)地址、廣播地址的方法。
- CIDR與路由聚合：通過前綴匹配實現(xiàn)高效路由。
五、典型問題與復(fù)習(xí)建議
- 計算題：IP子網(wǎng)劃分、路由表查找、最短路徑計算（Dijkstra算法）。
- 概念題：比較IPv4與IPv6、路由協(xié)議特點、NAT工作原理。
- 分析題：給定網(wǎng)絡(luò)拓撲，分析數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)路徑或路由協(xié)議交互過程。
復(fù)習(xí)提示：結(jié)合實驗（如Wireshark抓包分析IP數(shù)據(jù)報、配置路由器）加深理解，重點掌握IP編址、路由原理與協(xié)議交互機制。網(wǎng)絡(luò)層是承上啟下的關(guān)鍵，扎實掌握可為傳輸層與應(yīng)用層學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
