网络层

  • 网络层负责在不同网络之间转发数据包，基于数据包的IP地址转发
  • 如果数据包丢失，网络层不负责丢失重传。
  • 网络层不负责数据包到达的顺序。

IP数据报头部长度20到60字节，其中前20字节是固定长度，是所有IP数据报必须有的，后面部分为可选字段，长度可变 image.png

IP地址和子网掩码

  • IP地址由32位二进制组成，分为四段用.隔开，例如192.168.0.1.
  • IP地址分为网络地址和主机地址两部分，网络地址指示网段号，同一网段的计算机IP地址的网络地址部分相同，主机号不同。（路由器转播数据包时就是根据IP地址的网络地址部分进行转发）

IP地址的分类

  • A类地址网络部分占8位， 一个地址内可有 256 256 256个主机地址
  • B类地址网络部分占16位，一个地址内可有 256 * 256个主机地址
  • C类地址网络部分占24位，一个地址内可有 256个主机地址

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子网掩码

用来指示网络号和主机号的划分位置，1的部分指示为网络号，0的部分为主机号。
比如 16.16.16.16 255.0.0.0 或者 16.16.16.16/8 都表示前八位为网络号，后面为主机号

三类常用的IP地址
所以可通过IP地址的第一个 . 之前的数字判断该IP地址的类别。
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一些特殊地址

  • 本地环回地址:127.0.0.1保留指向自己的地址（localhost）;
  • 169.254.0.0 : dhcp获取地址失败后，就会随机在这个B类地址段获取一个地址；
  • 保留的私网地址（公网地址全球唯一，可以访问。私网地址为局域网内的地址。 私网地址在访问 Internet 时会经过NAT技术转换为公网地址再访问 Internet。所以在公网上看不到这些私有地址）
    10.0.0.0 - 10.255.255.255
    172.16.0.0 - 172.31.255.255
    192.168.0.0 - 192.168.255.255

子网划分与超网合并

子网划分

将一个网段划分为多个网段，根据子网的主机地址数目，子网掩码置1位增加（点到点子网掩码最佳252）

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主机地址全0 ：代表网段
主机地址全1 ：代表广播
主机地址为1 ：通常代表网关（向其他网段发送数据首先把数据交给本网段的网关）

超网合并

超网合并与子网划分相反，将多个网段合并为一个网段，根据子网的主机地址数目，子网掩码置1位减少

路由器

  • 路由器是一个三层设备，可以看到数据包的目标IP地址。
  • 路由器收到数据包后根据其目标地址和路由表，将数据包转发。
  • 路由表用来记录送往不同网段的数据包应该送至哪一个端口，由网络管理员设置，也可以通过自动学习的方式更新。

网络层协议

ARP—IP—ICMP—IGMP
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ARP协议

地址解析协议， 用于局域网内实现从 IP 地址到 MAC 地址的映射，即询问目标IP对应的MAC地址。

请求：发送一个ARP请求报文，这个报文包好了发送方的MAC地址和IP地址以及接收方的IP地址。因为发送方不知道接收方的物理地址，所以这个查询分组会在网络层中进行广播。

响应：响应报文包含接收方的IP地址和物理地址

  • 在同一网段内，通过广播目标IP地址解析其MAC地址。

将目标IP地址通过广播（在网段内，以目标MAC地址为全F发送，则会发给网段内每台计算机）目标计算机收到数据包后发现对方索要自己的MAC地址，将自己的MAC地址发送给对方。

  1. 相关命令 
  2. arp -a                             查看arpIP地址绑定MAC地址  
  3. arp -s     IP地址 MAC地址            手动添加静态绑定MAC地址  
  4. arp -d                             清空arp缓存

ICMP协议

  • ICMP协议用于测试网络层是否畅通，传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。
  1. 相关命令  
  2. ping ip地址                     估算网络是否畅通 
  3. trancert ip地址                    跟踪数据包路径
  4. pathping ip地址                    跟踪数据包路径，并计算丢包情况

IGMP协议

  • IGMP协议是一个组播协议

通讯方式

  • 点到点通讯 ： 目标地址唯一
  • 广播 ：向网段内所有计算机发送
    目标IP地址为255.255.255.255，目标MAC地址为全F（广播无法跨越路由器）
  • 多播/组播 ： 向网段内一部分计算机发送数据
    使用多播地址让一组计算机接受数据（多播无法跨越路由器）

IP协议

IP协议是一个统称，能让路由器学习到路由表的协议统称为IP协议。

  • 静态路由：由管理员手动配置，告诉路由器所有没有直连的网络，下一条该给谁。
  • 动态路由：路由器通过某种协议学习路由表。
    RIP协议：最早的动态路由协议，路由器周期性广播自己所能到达的网段给相邻路由器，周期30秒。到达目标网段经过路由器数（跳数）越少，则认为路径越优。
    OSPF协议 ： 动态路由协议，触发式更新路由表，以带宽判断路径优劣。
    BGP协议： 连接不同自制系统（使用不同IP协议的网络系统）的路由协议。

网络层相关技术

VPN技术

属于远程访问技术

通过拨号建立连接，使公网计算机可以达到接入私网的效果，访问私网资源的技术。

NAT技术与PAT技术

  1.   静态NAT是一对一，一个内网地址对一个公网地址
  3.   动态NAT是一对多，可重复利用 (池化技术)
  5.   PAT方式的地址转换是采用了 **地址＋端口 **的映射方式，因此 可以使内部局域网的许多主机共享一个IP地址访问Internet

NAT地址映射 ： 内网访问公网时，将内网地址替换为公网地址的技术，可实现内网可以访问公网上的计算机，但公网无法主动访问内网的计算机，内网地址和公网地址一一对应。

PAT端口映射 ：内网访问公网时，将内网地址替换为相同的公网地址，通过映射目标端口实现不同计算机的映射。可实现公网对内网资源的访问。