计算机网络第 4 章：网络层总览
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第 3 章让帧在”一跳”上安全送到。第 4 章回答：分组怎样跨过许多个网络、许多段链路，从源主机走到目的主机。
教材【复习提示】的原话是：本章是历年考试的重中之重，尤其是结合第 3 章、第 5 章、第 6 章出综合题的概率很大。其中 IPv4 以及路由的相关知识点是核心，历年真题都有涉及，因此必须牢固掌握其原理，也要多做题，以便灵活解题。
主线一：网络层只做两件事——路由选择与分组转发。
| 功能 | 属于 | 做什么 | 本章位置 |
|---|---|---|---|
| 路由选择 | 控制平面 | 许多路由器协同，算出路由表 | 4.4 路由算法与 RIP、OSPF、BGP |
| 分组转发 | 数据平面 | 一个路由器查转发表，把分组送出合适的接口 | 4.2.4 转发算法，4.7 路由器的组成 |
SDN（4.1.4）把这两件事拆开放在不同的机器上，路由器的两部分结构（4.7.2）把它们放在同一台机器的两个部件里。
主线二：地址决定一切计算题。
4.2.2～4.2.4 是整个计网计算题最密集的地方：给一个地址和掩码求网络地址、广播地址、可分配范围；给一组需求划分子网；给几个网络聚合路由；给一个目的地址查路由表。动作只有一个：逐位相与。
主线三：IP 地址端到端不变，MAC 地址逐跳改变。
一个分组从 H1 到 H4，IP 首部里的源、目的地址自始至终不变（NAT 除外）；每经过一个路由器，帧就被拆开、按下一跳的 MAC 地址重新封装（4.2.5）。ARP 负责”下一跳的 MAC 地址是什么”，DHCP 负责”我的 IP 地址是什么”，ICMP 负责”出了错告诉谁”——4.2.5～4.2.7 这三个协议都是为这条主线服务的。
另有一条贯穿全章的边界：网络层尽最大努力交付。 分组可能丢失、失序，路由器检验首部只为丢弃出错的分组，不做补救；可靠性交给第 5 章的 TCP（4.1.1）。
章节导航
4.1 网络层的功能 ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.1.1～4.1.2 | 异构网络互连、路由与转发 | 网络互连 = 路由器；网络层以上必须相同；路由表只存下一跳 |
| 4.1.3 | 网络层提供的两种服务 | 虚电路是逻辑连接，不预分配带宽（2020）；数据报不保证有序 |
| 4.1.4 | SDN 的基本概念 | 控制平面集中、数据平面分布；OpenFlow 是南向接口（2022） |
| 4.1.5 | 拥塞控制 | 负载增、吞吐量降；全局 vs 点对点；开环 vs 闭环 |
4.2 IPv4 ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.2.1 | IPv4 分组与分片 | 4B / 1B / 8B 三个单位；每片数据 |
| 4.2.2 | IPv4 地址与 NAT | 特殊地址能否作源、目的，路由器转不转发；NAT 转换表带端口 |
| 4.2.3 | 划分子网、子网掩码与默认网关 | 本章错题最多；默认网关 = 同子网的路由器接口（2022）；变长划分（2019） |
| 4.2.3 | CIDR 与路由聚合 | 二叉树判断子网能否拼成一个网络（2021）；最长前缀匹配 |
| 4.2.4 | 网络层转发分组的过程 | 四步转发算法；同子网直接交付，否则帧发往默认网关 |
| 4.2.5 | 地址解析协议 ARP | 只在本局域网解析；请求广播、响应单播 |
| 4.2.6 | 动态主机配置协议 DHCP | 应用层、UDP；四个报文的源、目的地址；IP 广播而 MAC 单播 |
| 4.2.7 | 网际控制报文协议 ICMP | 5 种差错报告；TTL 减到 0 发时间超过 |
4.3 IPv6 ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.3.1～4.3.2 | IPv6 的特点与基本首部 | 128 位、首部 40B、路由器不分片、无检验和（2023） |
| 4.3.3～4.3.4 | IPv6 地址与过渡 | :: 只用一次；双协议栈 + 隧道（2023） |
4.4 路由算法与路由协议 ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.4.1 | 路由算法 | 距离-向量”把我知道的告诉邻居”，链路状态”把我的邻居告诉所有人”（2021） |
| 4.4.2 | 分层次的路由选择协议 | AS、IGP 与 EGP；只知本区域，其他区域毫不知情 |
| 4.4.3 | 路由信息协议 RIP | 16 不可达（2010）；UDP 520（2017）；下一跳相同无条件替换（2024） |
| 4.4.4 | 开放最短路径优先协议 OSPF | 本节错题最多；洪泛、部分信息、IP 89（2017、2024）；区域与四类路由器 |
| 4.4.5 | 边界网关协议 BGP | 路径向量、TCP 179；eBGP 与 iBGP、热土豆、四种报文（2024） |
4.5 IP 多播 ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.5.1～4.5.4 | IP 多播 | D 类地址只作目的；01-00-5E + 低 23 位；多播转发树避免环路 |
4.6 移动 IP ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.6.1～4.6.2 | 移动 IP | 永久地址与转交地址；能直接发、不能直接收 |
4.7 网络层设备 ✅
| 节 | 页面 | 一句话 |
|---|---|---|
| 4.7.1 | 冲突域和广播域 | 每往上一层多隔离一种域（2010、2020） |
| 4.7.2～4.7.3 | 路由器的组成、路由表与分组转发 | 路由选择处理机算表，交换结构搬分组；标准路由表 4 项（2009、2013、2014） |
错题分布
全章 38 道错题，全部落进了对应页的「错题复盘」框（38 个）：
| 节 | 错题 | 集中在哪条边界 |
|---|---|---|
| 4.1.3 | 3 | 虚电路可存储转发、有 PVC、自带差错控制、不预分配带宽 |
| 4.1.4 | 2 | OpenFlow 不是路由协议；SDN 不是物理网络，控制器不在交换机里 |
| 4.1.5 | 1 | 链路能否拥塞看上游流量之和 |
| 4.2.1 | 3 | 片偏移 8B；DF=1 要报告；每片 776B |
| 4.2.2 | 5 | 默认掩码按类别；127 可作源；受限广播不转发；两个地址网络号不同；IPv6 治本 |
| 4.2.3 | 8 | 主机号跨字节；最多子网留 2 位；/30；变长求最小子网；默认网关；二叉树拼网络 |
| 4.2.4 | 1 | /20 掩码下判断同一子网 |
| 4.2.6 | 1 | DHCP 提供、确认：IP 广播而 MAC 单播 |
| 4.2.7 | 1 | TTL=1 发时间超过 |
| 4.3 | 1 | IPv6 路由器不分片 |
| 4.4.2 | 1 | 分层路由只知本区域 |
| 4.4.4 | 5 | RIP 在应用层；Hello 与 Keepalive；主干路由器可兼区域边界路由器；划分区域使协议更复杂；OSPF 选路计时 |
| 4.5 | 2 | 单播仿真多播时延大；多播转发树防环 |
| 4.6 | 1 | 移动站能直接发、不能直接收 |
| 4.7.2 | 3 | 远程局域网互连要路由器 + 广域网技术；路由选择处理机算路由；路由器不保证不丢失 |
与其他章的接口
| 本章 | 接到哪里 | 接口 |
|---|---|---|
| 4.2.1 MTU、4.2.5 ARP | 3.6.2 以太网 | MTU 1500B 来自以太网帧；ARP 请求用广播 MAC 地址 |
| 4.7.1 冲突域与广播域 | 3.8 网桥与交换机 | 交换机只隔离冲突域，路由器两者都隔离；计数模板在 3.8 |
| 4.7.2 远程局域网互连 | 3.7 PPP | 路由器之间的广域网链路 |
| 4.2.1 协议字段、检验和 | 第 5 章 | 6 = TCP、17 = UDP；IP 只检验首部，数据部分由 TCP/UDP 检验 |
| 4.2.2 NAT、4.6 移动 IP | 第 5 章 | NAT 转换端口号；TCP 连接由 IP 地址和端口确定 |
| 4.1.5 拥塞控制 | 第 5 章 | 真正调速的是 TCP 的拥塞控制 |
| 4.2.6 DHCP、4.3.4 双协议栈 | 第 6 章 | DHCP 是应用层协议；双协议栈靠 DNS 选地址 |
| 4.4.1 链路状态 | 数据结构 6.4 | Dijkstra 最短路径 |
名词库与附录
- 📖 第 4 章名词库——复习主入口，章末有「高频范围限定清单」
- IPv4 子网、CIDR 与分片公式表
- 常用报文字段、协议号与端口速查表（IPv4、IPv6 首部，协议号）
- 常见网络协议与机制辨析表（虚电路与数据报、IPv4 与 IPv6、RIP / OSPF / BGP）
- CRC、校验和与路由算法伪代码（最长前缀匹配、Dijkstra、距离向量、分片）
链接
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