第四章是計算機網(wǎng)絡課程的核心章節(jié)，通常聚焦于網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層負責將數(shù)據(jù)包從源主機路由到目的主機，是實現(xiàn)網(wǎng)絡互連的關(guān)鍵。本章內(nèi)容繁多且邏輯性強，是考研復習的重點與難點。
一、網(wǎng)絡層概述
網(wǎng)絡層位于OSI參考模型的第三層，位于數(shù)據(jù)鏈路層之上、傳輸層之下。其主要功能包括：
- 分組轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇：根據(jù)路由表，將分組從輸入鏈路轉(zhuǎn)移到合適的輸出鏈路（轉(zhuǎn)發(fā)），并確定分組從源到目的地所經(jīng)過的路徑（路由）。
- 異構(gòu)網(wǎng)絡互連：通過路由器連接不同的物理網(wǎng)絡（如以太網(wǎng)、Wi-Fi、PPP鏈路等），隱藏底層網(wǎng)絡的差異，向上提供統(tǒng)一的服務。
- 擁塞控制：當網(wǎng)絡中的分組過多導致性能下降時，采取適當措施緩解擁塞。
二、核心協(xié)議：IP協(xié)議
IP（網(wǎng)際協(xié)議）是網(wǎng)絡層最核心的協(xié)議，提供不可靠、無連接的數(shù)據(jù)報交付服務。
- IPv4數(shù)據(jù)報格式：需熟練掌握首部各字段含義，如版本、首部長度、總長度、標識、標志、片偏移、生存時間（TTL）、協(xié)議、首部檢驗和、源IP地址與目的IP地址等。
- IP地址：
- 分類IP地址：A、B、C、D、E五類地址的范圍與結(jié)構(gòu)。
- 子網(wǎng)劃分與子網(wǎng)掩碼：從兩級IP地址（網(wǎng)絡號+主機號）到三級IP地址（網(wǎng)絡號+子網(wǎng)號+主機號）的演變。掌握如何根據(jù)IP地址和子網(wǎng)掩碼判斷網(wǎng)絡地址、直接廣播地址、主機號等。
- 無分類編址CIDR：使用“網(wǎng)絡前綴”代替子網(wǎng)概念，格式為
IP地址/前綴長度。支持路由聚合（構(gòu)成超網(wǎng)），大幅減少路由表項。
- 地址解析協(xié)議ARP：完成IP地址到物理地址（如MAC地址）的映射。掌握ARP工作原理、ARP緩存、ARP請求/應答報文格式及其在局域網(wǎng)內(nèi)的廣播特性。
- IP層轉(zhuǎn)發(fā)分組流程：路由器收到分組后，根據(jù)目的IP地址和路由表進行最長前綴匹配，確定下一跳地址。需理解特定主機路由、默認路由的作用。
三、重要輔助協(xié)議
- 網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP：用于在IP主機、路由器之間傳遞控制信息（如網(wǎng)絡通不通、主機是否可達等）。重點掌握ICMP差錯報告報文（如終點不可達、時間超過、參數(shù)問題等）和詢問報文（如回送請求/應答、時間戳請求/應答）。
ping和traceroute命令基于ICMP實現(xiàn)。 - 網(wǎng)際組管理協(xié)議IGMP：用于管理主機加入或退出多播組，與多播路由協(xié)議協(xié)同工作，實現(xiàn)多播（組播）功能。
四、路由算法與協(xié)議
這是本章的絕對重點，需深入理解各類算法的思想與區(qū)別。
- 路由算法分類：
- 靜態(tài)路由算法（非自適應）：人工配置，簡單可靠，但無法適應網(wǎng)絡變化。
- 動態(tài)路由算法（自適應）：路由器間交換信息，自動更新路由表。
- 自治系統(tǒng)AS：單一技術(shù)管理下的一組路由器。路由協(xié)議分為：
- 內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP：在一個AS內(nèi)部使用，如RIP、OSPF。
- 外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP：用于不同AS之間，主要是BGP。
- 具體協(xié)議詳解：
- RIP（路由信息協(xié)議）：基于距離向量的IGP。使用跳數(shù)作為度量，最大跳數(shù)為15。定期（30秒）與鄰居交換整個路由表。好消息傳得快，壞消息傳得慢（慢收斂問題）。
- OSPF（開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議）：基于鏈路狀態(tài)的IGP。路由器通過洪泛法向AS內(nèi)所有路由器發(fā)送鏈路狀態(tài)信息，各自構(gòu)建完整的網(wǎng)絡拓撲圖，并用Dijkstra算法計算最短路徑樹。支持分層路由（將AS劃分為區(qū)域）。
- BGP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）：基于路徑向量的EGP。尋找可達的、較好的（非最優(yōu)）路由，策略性強。通過TCP連接交換路由信息（BGP報文）。
五、IPv6
為解決IPv4地址耗盡等問題而設(shè)計，需掌握其主要特點：
- 地址長度128位，地址空間巨大。
- 簡化了首部格式（固定40字節(jié)），提高了路由器處理效率。
- 支持即插即用（自動配置）。
- 首部改為8個字段，取消了首部檢驗和字段，將差錯檢查任務交給上層協(xié)議。
- 支持資源預分配，保障服務質(zhì)量（QoS）。
六、IP多播與移動IP
- IP多播：了解多播地址（D類地址）、IGMP協(xié)議的作用以及多播路由選擇（如基于源的樹、共享樹）的基本思想。
- 移動IP：了解其基本原理，包括家鄉(xiāng)代理、外地代理、轉(zhuǎn)交地址、三角路由等概念，實現(xiàn)移動節(jié)點在改變接入點時保持IP地址不變。
七、網(wǎng)絡層設(shè)備：路由器
- 路由器結(jié)構(gòu)：關(guān)鍵組件包括路由選擇處理器（運行路由協(xié)議，生成路由表）、交換結(jié)構(gòu)（在輸入/輸出端口間轉(zhuǎn)發(fā)分組）、輸入/輸出端口。
- 三層設(shè)備與二層設(shè)備的區(qū)別：路由器基于IP地址轉(zhuǎn)發(fā)，是網(wǎng)絡層設(shè)備；交換機/網(wǎng)橋基于MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)，是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。
復習建議：本章內(nèi)容體系龐大，建議以IP協(xié)議和路由協(xié)議為核心構(gòu)建知識框架。多動手畫圖（如數(shù)據(jù)報格式、子網(wǎng)劃分、路由表查找、RIP/OSPF工作過程），并結(jié)合習題深化理解。對于路由算法，務必掌握其核心思想、優(yōu)缺點及典型協(xié)議實現(xiàn)，對比記憶效果更佳。
