网络层

4.1 功能

只提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力交付的数据报服务

4.1.1 异构网络互连

网络互联：两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一些中间设备（又称中继设备），互相连接起来，以构成更大的网络系统。
物理层：转发器，集线器
数据链路层：网桥或交换机
网络层：路由器
网络层以上：网关
优点：互联网上主机通信，就如同在一个网络上通信，看不到互联网各个网络具体异构细节。

4.1.2 路由与转发

路由选择：根据特定的路由选择协议构造路由表，同时按照复杂的分布式算法，经常/定期和相邻路由器交换路由信息而不断更新维护路由表，从而动态地改变所选择的路由。
分组转发：路由器根据转发表查询，将用户的IP数据报从合适的端口转发出去

4.2 路由算法

4.2.1 距离-向量路由算法

所有结点定期将自己的路由表发送给与之相邻的结点，相邻结点收到后，根据自己的路由表和收到的路由表，更新自己的路由表，然后再将自己的路由表发送给与之相邻的结点，如此循环，直到所有结点的路由表都不再发生变化。
选择表包括： 路径目的地 ， 路径代价（距离）
实质：迭代计算一条路由中的站段数或延迟时间，从而达到一个目标的最短通路。

4.2.2 链路状态路由算法

测试所有直接链路状态，然后定期将所得状态广播发送给网上其他所有结点；链路状态发生变化，利用 Dijkstra算法 计算出最短路径。

4.3 IPv4

4.3.1 IPv4分组格式

一个IP分组由首部和数据部分组成：首部前一部分长度固定：20B，所有IP分组必须有。

首部重要字段：

版本 ：4位，IP协议的版本，IPv4为 4 ，IPv6为 6 ，目前广泛使用的版本号是 4
首部长度 ：4位，以32位为单位，最大值为 15×4B=60B ，最常用首部长度为20B
区分服务（TOS） ：8位，服务类型，用于区分不同的服务，包括 3 位的优先权字段（取值可以从 000−111 所有值）， 4 位的TOS子字段和 1 位的未用位但必须置 0
总长度 ：16位，IP分组的总长度，即首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报最大长度为 216−1=65535B
标识 ：16位，计数器，产生数据报就加一。用于数据报分片时标识分组，以便分组重组。
注：标识不是序号，因为IP是 无连接 的，不保证数据报的顺序。
标志 ：3位，目前只有两位有效，最低位 MF（More Fragment） 和第二位 DF（Don’t Fragment） ，用于数据报分片。
片偏移 ：13位，分片后某片的偏移量，片偏移以 8B 为偏移单位。除最后一个分片外，每个分片的长度都是 8B的整数倍
生存时间（TTL） ：8位，数据报在网络中可通过路由器的最大值，标识分组在网络中的寿命，确保分组不会在网络中永远循环；经过一个路由器之前，TTL减一，当TTL为0时，分组被丢弃。
协议 ：8位，协议字段，即分组的数据部分上交给哪个协议进行处理，如 6 代表 TCP ， 17 代表 UDP ， 1 代表 ICMP 。
首部校验和 ：16位，用于检验首部是否出错
源IP地址 ：32位，用于标识发送方主机
目的IP地址 ：32位，用于标识接收方主机

4.3.2 IP数据报分片

一个链路层数据报能承载的最大数据量称为 最大传送单元MTU
链路层的MTU严格地限制着IP数据报的长度，各段链路可能使用不同的链路层协议，故其MTU也不同，例如以太网MTU为 1500B ，许多广域网的MTU不超过 576B
当IP数据报总长度大于MTU时，就需要对数据报进行分片，以便于传输；较小的数据报就称为片
每个数据片都要添加相应的首部；其标识号为原始的标识号，片偏移量为该片相对于原始数据报的偏移量。
在标志位中，DF=0，表示可以分片；DF=1，表示不允许分片；MF=0，表示最后一个分片；MF=1，表示不是最后一个分片