网络层技术详解：IP协议、路由选择和地址转换

网络层与路由技术 网络层是计算机网络的关键部分，它负责将IP分组从源地址传送到目标地址。网络层需要解决的问题是确定IP分组如何路由的。小型网络的路由选择很简单，所以网络层功能很弱。在大型网络中，IP分组需要跨越若干个网络才能到达目标地址，其中的种种问题需要由网络层来解决。 **网络层的主要功能** 网络层的主要功能是把IP分组从一个网络传送到另一个网络。为了达到这个目的，网络层必须屏蔽各种不同网络类型之间的差异，采用统一的数据格式和统一的网络地址，使IP分组在网络之间实现寻址和转发。 **网络层的主要协议** 网络层主要有以下协议：IP（网际协议）、路由选择协议（如RIP、OSPF）、ICMP（因特网控制报文协议）、ARP（地址解析协议）和IGMP（因特网组管理协议）等。 **IP分组格式** IP分组由报头和数据两部分组成。报头中前一部分是固定长度的20个字节，后一部分的长度是可变的可选部分。 **最大数据传输单元长度** 物理层一般要限制每次发送数据帧的最大长度。任何时候IP层接收到一份要发送的IP分组时，它要判断向本地哪个接口发送数据（选路），并查询该接口，获得MTU（最大数据传输单元）长度。IP协议把MTU与IP分组长度进行比较，如果IP分组太大，则需要进行分片。分片可以发生在原始发送端的主机上，也可以发生在中间路由器上。 **IP分组的路由** 路由器在结构上可分为路由选择和分组转发两大部分。路由选择部分也称为控制部分，核心部件是路由表和路由选择处理机。分组转发由三部分组成：交换部件、一组输入端口和一组输出端口。在讨论路由选择原理时，往往不区分转发表和路由表的区别，而是笼统地使用路由表这一名词。 **路由算法的基本流程** 网络层处理IP分组的主要步骤是路由选择和地址转换，路由算法的基本流程如下： （1）从IP分组的头部提取目标站的IP地址D，从中得到目标站的网络号N。 （2）若网络号N与此路由器直接相连，则通过该网络将IP分组交付给目标主机（其中包括将目标主机的IP地址D转换为具体的物理地址，将IP分组封装为MAC帧）；否则，执行（3）。 （3）若路由表中有目的网络的路由信息，则根据路由表选择下一跳路由器，并将IP分组发送到该路由器上。 因此，网络层是计算机网络的关键部分，它负责将IP分组从源地址传送到目标地址，为整个网络的正常运行提供了基础保障。