網絡層
負責地址管理與路由選擇，在復雜的通信環境中

IP協議

IP協議頭格式

4位協議版本：IPV4/IPV6
4位頭部長度：表示ip頭有多長，最長60字節，最小20字節
8位服務類型：TOS字段（最小延時，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本）
16位報文長度：報文長度64k，一個udp報文的最大數據段大小64k-20-8
16位標識符：udp數據大小超過MTU大小，但是小于64k-20-8，就會在網絡層進行的分片操作，表示分片數據是哪個udp包 MTU是鏈路層協議，最大傳輸單元，網絡中數據幀最大長度
3位分片標志：標識是否禁止分片，標識分片的結束
13位片偏移：標識每個分片數據相對于完整的udp數據報起始位置的偏移量—事項分片重組
8位TTL：報文最大生命周期，報文在每經過一個路由器跳數-1，為0時丟棄，默認是64
8位上層協議：用于數據分用時選擇上層解析協議
16位校驗和：校驗數據的唯一性
32位地址信息：源IP地址/目的IP地址
40字節選項數據：

地址管理：

IP地址

??IP地址的構成：網絡號+主機號
??網絡號（網段）：標識一個網絡，路由器組建局域網，這個局域網具有一個網絡好，當這個局域網中有主機連接上，路由器就是通過DHCP給該主機分配IP地址，這個IP地址中就包含有這個網絡標識。
??主機號：由于再一個局域網中還有標識每一個主機，所以得給每個主機分配一個局域網中唯一標識的主機號。
??為了避免局域網中的IP地址和互聯網中的IP地址沖突，因此組建局域網必須使用指定的地址，這些地址不能再互聯網中出現，相鄰局域網的網絡地址也不能沖突，否則會造成路由器的選擇困難。
??在之前，有一種劃分網絡號和主機號的方案，把所有的IP地址分為五類

A類 0.0.0.0到127.255.255.255

B類 128.0.0.0到191.255.255.255

C類 192.0.0.0到223.255.255.255

D類 224.0.0.0到239.255.255.255

E類 240.0.0.0到247.255.255.255
??但是隨著Internet的飛速發展,這種劃分方案的局限性很快顯現出來,大多數組織都申請B類網絡地址, 導致B類地址很快就分配完了, 而A類卻浪費了大量地址;針對這種情況，提出了新方案，也就是CIDR（子網掩碼）。引入一個子網掩碼來區別網絡號和主機號，子網掩碼也是一個32位的正整數，通常以一串“0”來結尾。將IP地址和子網掩碼進行“按位與”操作，得到的結果就是網絡號。網絡號和主機號的劃分與IP地址的種類無關。

CIDR

??由于A類的所能派發的網絡號有限，而C類網絡能連接的主機個數有相對較少，所以一般的單位在申請網絡時，都會申請B類網絡，這就導致了B類網絡的嚴重缺乏。所以，開始放棄IP地址的分類，采用任意長度分割IP地址的網絡標識和主機標識，它與ABC類的劃分沒有任何關系。稱為CIDR。它可以不受IP地址分類的限制，自由進行分配。此時的IP地址可以表示為：網絡號+主機號（這個網絡號可以是任意長度的）。當申請到一個任意長度的網絡號之后，也可以在網絡內進行子網劃分。所以對于任一個子網也對應一個子網掩碼。使用方法與上述相同。
??CIDR更有效的利用了當前的IPv4地址，同時也減輕了路由器的負擔。它可以將多個連續C類地址合并為一個網絡（和你寶貴的個數以2,4,8，…呈現）。例如：將兩個C類網絡：192.168.224.0和192.168.225.0合并為一個網絡。此時合并后的網絡中可以連接的主機數增加到2^9-2=510臺。在未合并之前，需要在路由表中占用兩行來表示兩個C類網絡，合并后只需用一行就可以表示。

特殊的IP地址

??將IP地址中的主機號全部設為0，就成了網絡號，代表這個局域網；
??將IP地址中的主機地址全部設為1，就成了廣播地址，用于給同一個鏈路中相互連接的所有主機發送數據包
??以127開頭的IP地址用于環回測試，通常是127.0.0.1
??回環設備：

私有IP地址和公網IP地址

??如果一個組織內部要組建局域網，這個IP地址就只用于局域網內部的通信，而不是直接連到Internet上，
??使用任意的IP地址都可以，但是RFC1918年規定了用于組建局域網的私有IP地址：
??10.前八位是網絡號，共16777216個地址。
??172.16.到172.31.，前十二位是網絡號，共1048576個地址。
??192.168.，前十六位是網絡號，共65536個地址
??包含在以上三個范圍中的地址都為私有IP地址，其余的則稱為全局IP（公網IP）

IP地址路由過程

1、當IP數據包到達主機所在局域網的路由器后，路由器會根據報頭查看目的IP地址。
2、路由器拿著目的IP地址和自己的路由表分析是否在同一網絡中。
3、如果在同一網絡中，則將該IP數據包進行廣播，如果沒有則將IP數據報發送給網關，由網關分析處理進行發送。

IP地址和MAC地址

IP地址和MAC地址的區別

??IP地址：全局唯一性，使用軟件來實現網絡中地址管理。
??MAC地址：本地唯一性，使用硬件實現。

有了IP地址為什么還要MAC地址

??1、IP地址一般情況下容易修改和變動，具有隨意性，不能在網絡上固定標識一臺設備。
??2、MAC地址一般情況出廠時有廠家燒錄到網卡中，不容易被修改，在局域范圍內容易唯一定位一臺設備。
??3、從拓撲結構和分層上分析，IP地址屬于網絡層，主要功能在廣域網范圍內路由尋址，選擇醉解路由，而MAC地址在數據鏈路層，要形成適合于網絡媒體上傳輸的數據幀。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的网络层（学习笔记）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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