网络层简介

虚拟互联网

在介绍网络层之前，我们需要了解一下，什么是虚拟互联网？

虚拟互联网，简单的来说，就是“网络的网络”，他利用路由器将不同的网络连接起来，形成了一个大的网络。

网络层的任务

介绍完什么是虚拟互联网，就能理解网络层的任务：保证了相同或不同网络中的计算机之间的连接与通信。

IP协议

IP的简介

IP存在的目的，是为了分辨不用网络中的不同主机，我们可以使用不同的IP来标明不同的主机。

IP地址：32位（四个字节）二进制组成（IPV4）

IP分类和特殊IP

• A类地址，前八位，1~126
• B类地址，前八位，128~191
• C类地址，前八位，192~223
• D类地址，多播
• E类地址，留作今后使用

特殊IP：

• 网络地址：网络号+全0，表示这个网络
• 广播地址：网络号+全1，表示这个网络的广播地址
• 环回地址：习惯上采用127.0.0.1作为环回地址，命名为localhost。
• 路由地址： 192.168.1.1属于保留IP，专门用于路由器设置

虚拟互联网的总体结构

ARP协议

ARP协议可以将目的主机的IP地址解析为MAC地址。 所谓地址解析（address resolution）就是主机在发送帧前将目标IP地址转换成目标MAC地址的过程。

另外，当发送主机和目的主机不在同一个局域网中时，可能不知道对方的MAC地址，并且两者也不能直接通信，必须经过路由转发才可以。所以此时，发送主机通过ARP协议获得的将不是目的主机的真实MAC地址，而是一台可以通往局域网外的路由器的MAC地址。

每一台主机都有一个ARP高速缓存，里面有该局域网中，各个主机的ip地址和MAC地址映射表，并且这个表是动态更新的。

IP数据报

1. 版本号：占用4位二进制数，表示该IP数据报使用的IP协议版本。目前Internet中使用的主要是TCP/IP协议族中版本号为4的IP协议。
2. 首部长度：占用4位二进制位，此域指出整个报头的长度（包括选项），该长度是以32位二进制数为一个计数单位的，接收端通过此域可以计算出报头在何处结束及从何处开始读数据。普通IP数据报（没有任何选项）该字段的值是5（即20个字节的长度）。
3. 总长度：占用16位二进制位，总长度字段是指整个IP数据报的长度（报头区+数据区），以字节为单位。利用头部长度字段和总长度字段就可以计算出IP数据报中数据内容的起始位置和长度。
4. 标识：当传输数据过大时，就会进行数据的分片，会形成很多个IP数据报，如果IP数据报拥有相同的标识，那么说明这些IP数据报是同一个数据分片而来的。
5. 标志：共站3位，第一位保留，目前只有后两位有意义
   1. 第二位MF：0表示这个是最后一片，1表示还有分片
   2. 第三位DF：0表示允许分片
6. 片偏移：用于表示当前片数据在原数据中的相对偏移位置

IP层的数据报转发流程

待完善

子网和超网

什么是子网？

我们平常用的IP可以分为A类，B类，C类等，这三类主机号位数是一定的，比如：

• A类IP的网络号是8位，主机号是24位
• B类IP的网络号是16位，主机号是16位
• C类IP的网络号是24位，主机号是8位

网络号的位数决定了网络的个数；而主机号的位数，决定了网络中主机的个数；

但是这些ABC类IP的位数也只是人为规定的，如果我们把这些较大的网络段，分为较小的网络段，那么这些就是子网，例如：我们可以把0010x分为00100和00101。

为什么要分为子网

• A类拥有超过65535台主机
• B类拥有介于255~65535台主机
• C类拥有小于255台主机

这种分类却又几个很明显的缺陷：

• IP地址空间的利用率有时候很低，地址浪费大：只有两、三台主机的网络，也至少要一个C类IP地址，A、B类浪费更严重，少有达上万台主机的大型IP网络。

• 不够灵活：企业有很多部门，每个部门可能需要各自独立的网络，这怎么办呢？再申请网络？可是人数又不多，怎么办呢？划分子网刚好可以解决这个问题，而且便于管理。

如何划分子网

划分子网时，需要利用子网掩码

子网掩码是一个应用于TCP/IP网络的32位二进制值，1代表网络号，0代表主机号。它可以屏蔽掉ip地址中的一部分，从而分离出ip地址中的网络部分与主机部分，基于子网掩码，管理员可以将网络进一步划分为若干子网。

例如常见的255.255.0.0转换为二进制就是1111 1111.1111 1111.0000 0000.0000 0000，这就是B类网的默认子网掩码。

无分类编址CIDR

路由选择协议RIP协议

• 距离等于16表示不可达
• 下一跳相同选新的
• 下一跳不同选近的