计算机网络体系结构及协议之TCPIP的网络层

3.6.3 TCP/IP的网络层
　
　　网络层中含有四个重要的协议:互连网协议IP、互连网控制报文协议ICMP、地址转换协议ARP和反向地址转换协议RARR。
网络层的功能主要由IP来提供。除了提供端到端的分组分发功能外,IP还提供了很多扩充功能。例如,为了克服数据链路层对帧大小的限制,网络层提供了数据分块和重组功能,这使得很大的IP数据报能以较小的分组在网上传输。
网络层的另一个重要服务是在互相独立的局域网上建立互连网络,即网际网。网间的报文来往根据它的目的IP地址通过路由器传到另一网络。

1.互连网协议IP(Internet Protocol)

　　网络层最重要的协议是IP,它将多个网络联成一个互连网,可以把高层的数据以多个数据报的形式通过互连网分发出去。
IP的基本任务是通过互连网传送数据报,各个IP数据报之间是相互独立的。主机上的IP层向运输层提供服务。 IP从源运输实体取得数据,通过它的数据链路层服务传给目的主机的I层。IP不保证服务的可靠性,在主机资源不足的情况下,它可能丢弃某些数据报,同时IP也不检查被数据链路层丢弃的报文。
在传送时,高层协议将数据传给IP,IP再将数据封装为互连网数据报,并交给数据链路层协议通过局域网传送。若目的主机直接连在本网中,IP可直接通过网络将数据报传给目的主机;若目的主机在远地网络中,则IP路由器传送数据报,而路由器则依次通过下一网络将数据报传送到目的主机或再下一个路由器。也即一个IP数据报是通过互连网络,从一个IP模块传到另一个IP模块,直到终点为止。
需要连接独立管理的网络的路由器,可以选择它所需的任何协议,这样的协议称为内部网间连接器协议IGP (Interior Geteway Pmtocol)。在IP环境中,一个独立管理的系统称为自治系统。
跨越不同的理域的路由器(如从专用网到PDN)所使用的协议,称为外部网间连接器协议EGP(Exterior Gateway Protocol),EGP是一组简单的定义完备的正式协议。

2.互连网控制报文协议ICMP

　　从IP互连网协议的功能,可以知道IP提供的是一种不可靠的元连接报文分组传送服务。若路由器或主机故障使网络阻塞,就需要通知发送主机采取相应措施。
为了使互连网能报告差错,或提供有关意外情况的信息,在IP层加入了一类特殊用途的报文机制,即互连网控制报文协议ICMP。
分组接收方利用ICMP来通知IP模块发送方某些方面所需的修改。 ICMP通常是由发现别的站发来的报文有问题的站产生的,例如可由目的主机或中继路由器来发现问题并产生有关的ICMP。如果一个分组不能传送,ICMP便可以被用来警告分组源,说明有网络、主机或端口不可达。ICMP在P也可以用来报告网络阻塞。ICMP是IP正式协议的一部分,ICMP数据报通过IP送出,因此它在功能上属于网络第三层,但实际上它是像第四层协议一样被编码的。

3.地址转换协议ARP

　　在TCPAP网络环境下,每个主机都分配了一个32位的IP地址,这种互连网地址是在网际范围标识主机的一种逻辑地址。为了让报文在物理网上传送,必须知道彼此的物理地址。这样就存在把互连网地址变换为物理地址的地址转换问题。以以太网(Ethernet)环境为例,为了正确地向目的站传送报文,必须把目的站的32位IP地址转换成48位以太网目的地址DAo这就需要在网络层有一组服务将IP地址转换为相应物理网络地址,这组协议即是成P。
　　在进行报文发送时,如果源网络层所给的报文只有IP地址,而没有对应的以太网地址,则网络层广播ARP请求以获取目的站信息,而目的站必须回答该AP请求。这样源站点可以收到以太网48位地址,并将地址放入相应的高速缓存(Cache)。下一次源站点对同一目的站点的地址转换可直接引用高速缓存中的地址内容。地址转换协议ARP使主机可以找出同一物理网络中任一个物理主机的物理地址,只需给出目的主机的IP地址即可。这样,网络的物理编址可以对网络层服务透明。
在互联网环境下,为了将报文送到另一个网络的主机,数据报先定向发送到发送方所在网络的IP路由器。因此,发送主机首先必须确定路由器的物理地址,然后依次将数据报发往接收端。除基本AP机制外,有时还需在路由器上设置代理ARP,其目的是由IP路由器代替目的站对发送方ARP请求做出响应。

4.反向地址转换协议RAPP

　　反向地址转换协议用于一种特殊情况,如果站点初始化以后,只有自己的物理网络地址而没有IP地址,则它可以通过队RP协议,发出广播请求,征求自己的IP地址,而RARP服务器则负责回答。这样,无IP地址的站点可以通过RARP协议取得自己的IP地址,这个地址在下一次系统重新开始以前都有效,不用连续广播请求。RARP广泛用于获取元盘工作站的IP地址。