网络层三大组件
- IP协议
- ICMP互联网控制报文协议
- RIP、OSFP、BGP选路协议
IP协议
IP编址
首先指定IP地址是32位bit组成，可取2^32个，约40亿个取值，IP地址书写采用点分十进制
每个接口都必须要分配一个唯一的IP（除了NAT后面的接口），接口的IP也不能随意选取，都是由其所连接的子网决定的
接口：主机和物理链路的边界，路由器和链路的边界
为何接口要有IP？因为主机和路由器都能收发IP数据表自然要有源/目的IP
- 子网（subnet）
连接多台主机到一台路由器接口的独立以太网络，或者是路由器之间相连的独立网络
- 子网如何确定
分开主机和路由器的每个接口，产生了几个分离的网络岛。而接口端连接了这些独立的网络岛的端点，这些独立的网络都是一个子网
- IP编址会为每一个子网分配一个地址（形如223.1.1.0/24，/24称为子网掩码 subnet mask），则子网中主机和接口的IP都是223.1.1.xxx的形式
子网掩码定义了子网地址，如/24，表明IP前24位bit全1，后8位全0就是子网地址
前x为bit也通常称为前缀（prefix，网络前缀）
因特网的地址分配策略被称为无类别域间选路（CIDR）
路由器在转发数据报时，仅考虑前x bit（最长匹配），寻找所其属组织(可能包含多个子网)；只有组织内部路由器转发分组时，才考虑后面的bit。可以减少路由器转发表的长度
好比江西省南昌市XXX这个地址，先找到江西省南昌市这个组织，之后又若干个县镇，就在组织内部比较后xxx位。如果不是南昌市，匹配到江西省后就组织外部转发寻找其他市
分类编址 classful addressing
- A类：(/8)，可容纳2^24-2台主机，以下类似
- B类：(/16)
- C类：(/24)
减去两个特殊的地址，全0的子网地址，全1的广播地址
- 这样分会产生问题，地址空间利用率低
系统管理员向ISP申请手动配置路由器和主机的IP
ISP：网络服务提供商
动态主机配置协议 DHCP
DHCP是应用层协议，服务器端口号67，客户机端口号68。（基于UDP）
主机每次连接网络时都能得到一个相同的IP，或者分配到一个临时IP。DHCP也被称为即插即用协议（plug-and-play protocol）
每当主机加入或离开网络时，DHCP会更新其可用IP地址表。加入时，任意分配一个可以IP；离开时，回收地址
DHCP服务器发现
新到的主机要先寻找DHCP服务器，借助DHCP发现报文，在UDP分组中向端口67号发送数据报，源IP地址指定0.0.0.0，目的IP使用广播地址255.255.255.255DHCP服务器提供
因为接收到发现报文的DHCP服务器可能有多台，所以DHCP服务器在接收到发现报文后，仍旧使用广播地址向客户机发送DHCP提供报文。提供报文中包含收到的发现报文的事务ID、向客户机推荐的IP地址、网络掩码、IP地址租用期(有效的时间量)，客户机可以选择其中一个服务器DHCP请求
新到的主机选择了某个服务器后，发送一个DHCP请求报文对选中的服务器响应，回显配置参数- DHCP ACk
服务器用DHCP ACk响应，证实所要求的参数
网络地址转换 NAT
它能解决网络地址不够用问题，分配地址的方法更简单
先说明一种特殊地址————用于专用网络或具有专用地址的地域（其地址仅对该网络中的设配有意义的网络，如1.0.0.0/24），所有网络都可以用这块地址，但也仅仅是在给定的网络中有意义
NAT就是用来给这些网络中的设配分配一个对外IP和端口的方法，简而言之NAT路由器对于外界而言就好比拥有单一IP地址的设备
NAT路由器上有一张NAT转换表，记录了网络内部的端口号和IP，以便将来接收数据时知道该把数据交付给那台设配
IPv6 及IPv4向IPv6转换
IPv6数据报格式
IPv4向IPv6迁移（双栈、隧道）
IPv6传播速度更快，因为相比于IPv4用的人少，路上不堵当然快
- 双栈（dual-stack）
既是IPv6节点也可以具有完整IPv4实现，所以IPv6/IPv4节点必须具有IPv6和IPv4地址，而且它们可以请求DNS了解一个节点是支持IPv6(IPv6使能)的还是仅仅支持IPv4的
两个IPv6使能节点之间不能相互发送IPv4数据报，向IPv4使能点发送也仅是IPv4数据报。ipv6数据报中有一些特定的字段ipv4中没有的，所以经过双栈传输的IPv6数据报最后到达目的时，如果经过了IPv4节点，最后的数据报和原数据报有差别
- 隧道（tunnel）
两台IPv6路由器间经过的IPv4路由器的集合就成为隧道，应用中就是给IPv6数据报打上一层IPv4的包裹(IPv4数据报本身含有一个完整的IPv6数据报)
ICMP 互联网控制报文协议
用于主机和路由器彼此交互网络层信息，典型应用在差错报告；ICMP报文是源抑制报文，最初目的用于执行拥塞控制，允许拥塞的路由器向主机发送该报文，强制减小主机传输速率
- ICMP报文是承载在IP报文中的，在体系结构上讲它是位于IP之上，但通常被认为属于IP协议一部分
