第四章是计算机网络课程的核心章节，通常聚焦于网络层。网络层负责将数据包从源主机路由到目的主机，是实现网络互连的关键。本章内容繁多且逻辑性强，是考研复习的重点与难点。
一、网络层概述
网络层位于OSI参考模型的第三层，位于数据链路层之上、传输层之下。其主要功能包括：
- 分组转发与路由选择：根据路由表，将分组从输入链路转移到合适的输出链路（转发），并确定分组从源到目的地所经过的路径（路由）。
- 异构网络互连：通过路由器连接不同的物理网络（如以太网、Wi-Fi、PPP链路等），隐藏底层网络的差异，向上提供统一的服务。
- 拥塞控制：当网络中的分组过多导致性能下降时，采取适当措施缓解拥塞。
二、核心协议：IP协议
IP（网际协议）是网络层最核心的协议，提供不可靠、无连接的数据报交付服务。
- IPv4数据报格式：需熟练掌握首部各字段含义，如版本、首部长度、总长度、标识、标志、片偏移、生存时间（TTL）、协议、首部检验和、源IP地址与目的IP地址等。
- IP地址：
- 分类IP地址：A、B、C、D、E五类地址的范围与结构。
- 子网划分与子网掩码：从两级IP地址（网络号+主机号）到三级IP地址（网络号+子网号+主机号）的演变。掌握如何根据IP地址和子网掩码判断网络地址、直接广播地址、主机号等。
- 无分类编址CIDR：使用“网络前缀”代替子网概念，格式为
IP地址/前缀长度。支持路由聚合（构成超网），大幅减少路由表项。
- 地址解析协议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缓存、ARP请求/应答报文格式及其在局域网内的广播特性。
- IP层转发分组流程：路由器收到分组后，根据目的IP地址和路由表进行最长前缀匹配，确定下一跳地址。需理解特定主机路由、默认路由的作用。
三、重要辅助协议
- 网际控制报文协议ICMP：用于在IP主机、路由器之间传递控制信息（如网络通不通、主机是否可达等）。重点掌握ICMP差错报告报文（如终点不可达、时间超过、参数问题等）和询问报文（如回送请求/应答、时间戳请求/应答）。
ping和traceroute命令基于ICMP实现。 - 网际组管理协议IGMP：用于管理主机加入或退出多播组，与多播路由协议协同工作，实现多播（组播）功能。
四、路由算法与协议
这是本章的绝对重点，需深入理解各类算法的思想与区别。
- 路由算法分类：
- 静态路由算法（非自适应）：人工配置，简单可靠，但无法适应网络变化。
- 动态路由算法（自适应）：路由器间交换信息，自动更新路由表。
- 自治系统AS：单一技术管理下的一组路由器。路由协议分为：
- 内部网关协议IGP：在一个AS内部使用，如RIP、OSPF。
- 外部网关协议EGP：用于不同AS之间，主要是BGP。
- 具体协议详解：
- RIP（路由信息协议）：基于距离向量的IGP。使用跳数作为度量，最大跳数为15。定期（30秒）与邻居交换整个路由表。好消息传得快，坏消息传得慢（慢收敛问题）。
- OSPF（开放最短路径优先协议）：基于链路状态的IGP。路由器通过洪泛法向AS内所有路由器发送链路状态信息，各自构建完整的网络拓扑图，并用Dijkstra算法计算最短路径树。支持分层路由（将AS划分为区域）。
- BGP（边界网关协议）：基于路径向量的EGP。寻找可达的、较好的（非最优）路由，策略性强。通过TCP连接交换路由信息（BGP报文）。
五、IPv6
为解决IPv4地址耗尽等问题而设计，需掌握其主要特点：
- 地址长度128位，地址空间巨大。
- 简化了首部格式（固定40字节），提高了路由器处理效率。
- 支持即插即用（自动配置）。
- 首部改为8个字段，取消了首部检验和字段，将差错检查任务交给上层协议。
- 支持资源预分配，保障服务质量（QoS）。
六、IP多播与移动IP
- IP多播：了解多播地址（D类地址）、IGMP协议的作用以及多播路由选择（如基于源的树、共享树）的基本思想。
- 移动IP：了解其基本原理，包括家乡代理、外地代理、转交地址、三角路由等概念，实现移动节点在改变接入点时保持IP地址不变。
七、网络层设备：路由器
- 路由器结构：关键组件包括路由选择处理器（运行路由协议，生成路由表）、交换结构（在输入/输出端口间转发分组）、输入/输出端口。
- 三层设备与二层设备的区别：路由器基于IP地址转发，是网络层设备；交换机/网桥基于MAC地址转发，是数据链路层设备。
复习建议：本章内容体系庞大，建议以IP协议和路由协议为核心构建知识框架。多动手画图（如数据报格式、子网划分、路由表查找、RIP/OSPF工作过程），并结合习题深化理解。对于路由算法，务必掌握其核心思想、优缺点及典型协议实现，对比记忆效果更佳。
