計算機網絡---網絡層

網絡層的作用
IP地址
地址管理
路由選擇

1.網絡層的作用
首先網絡層是爲了地址管理和路由選擇，通過對地址的管理能夠保證數據從一臺主機上到另一臺主機上，並且選擇合適的路徑進行傳輸。
主機:就是PC，也就是我們的計算器或者服務器，或者是路由器
路由器：實現中間數據轉發的設備
節點：再網絡中每一個設備都是一個節點
2.IP地址

• 4位版本：就是我們選擇的協議IPV4或者是IPV6
• 4位首部長度：就是表示我們頭部長度的大小，最大時60字節，最小時20字節
• 8位服務類型：3位優先權字段(已經棄用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必須置爲0). 4位 TOS分別表示: 小延時, 大吞吐量, 高可靠性, 小成本. 這四者相互衝突, 只能選擇一個. 對於 ssh/telnet這樣的應用程序, 小延時比較重要; 對於ftp這樣的程序, 大吞吐量比較重要.
• 16位總長度（字節數）：IP數據包整體佔據的字節數
• 16位標識：唯一的標識住居發送的報文，如果IP報文再數據鏈路層被分片了，那麼每一個片裏面的這個id都是相同的
• 3位標誌字段：第一位保留（保留就是現在不用，但是還沒想好，說不定以後會使用），第二位置爲1表示禁止分片，這時候如果報文長度唱過MTU，IP模板就會丟棄報文，第三位表示更多分層，如果分片了，最後一個分片置爲1，其他是0，類似於一個結束標記
• 13爲分片偏移：是分片相對於原始IP報文開始處的便宜，其實就是再表示當前分片再原報文中處在那個位置，實際便宜的字節數是這個值*8得到的，因此，除了最後一個報文之外，其他報文長度必須是8的倍數。
• 8位生存時間：這個由稱爲跳數，沒經過路由的時候這個生存時間就-1，直到找到或者等於0的時候等於0的時候就表示沒有找到，這個時候此數據就會被丟棄。
• 8位協議：表示上層協議的類型
• 16位頭部校驗和：使用CRC進行校驗，來鑑別頭部是否損壞
• 32位源地址和32位目的地址：表示發送端和接收端的IP地址
• 選項字段：不定長（最多爲40字節），着也是我們頭部長度爲什麼最大時60，最小時20.當選項沒有的時候就爲20字節。當爲最大的時就爲60字節。

3.地址管理
當前大多數時使用的IPV4，但是我們使用的人已經遠遠超過了IPV4的最大數量，所以可能會導致數據的二義性。爲了避免網絡中IP地址的分配混亂。導致二義性，無法實現數據傳輸。因此每個路由器都會組件自己的局域網中的主機分配地址時都需要帶上自己局域網的網絡標識：這就被稱爲網絡號（區分網絡）
再局域網中也需要自己唯一標識號：就被稱爲主機號（區分網絡中的主機號）。
一個IP地址就分爲網絡號和主機號。
相鄰的網絡不能使用相同的網絡號，相鄰的網絡分配的IP地址就不會衝突（因爲只有相鄰的網絡中網絡號相同時，才造成地址衝突導致路由不知道如何轉化）。

網段劃分：在早期的網段劃分爲5大類IP地址
A類：0~127 0+網絡號（7位）+主機號（24位）
B類：128~191 10+網絡號（14位）+主機號（16位）
C類：192~223
D類：224~239
E類：240~247
因爲在早期的網段太過於粗糙，浪費比較多，因此現在被淘汰了，引入了新的方案（CIDR）
CIDR：子網掩碼引入
子網掩碼：由一段連續的二進制組成
子網掩碼的功能：

• 子網掩碼於IP地址&得到我們的網絡號
• 子網掩碼取反後得到最大主機號（範圍）

在一個網絡中不是所有的都可以分配給主機

• 主機號全爲0：用於標識網絡
• 主機號全爲1： 用於廣播
  在linux上可以ifconfig查看我們的廣播地址（broadcast就是廣播地址）

特殊的IP地址：

• 127.0.0.1：本地迴環網卡（虛擬網卡），用於本地測試使用
  公網和私網
  如果一個組織內部組件局域網，IP地址只用於局域網內的通信，而不是直接連到internet上，理論上使用任意的IP地址都可以，但是RFC1918規定了用於組件局域網的私有IP地址
• 10.*,前8位是網絡號,共16,777,216個地址
• 172.16.到172.31.,前12位是網絡號,共1,048,576個地址
• 192.168.*,前16位是網絡號,共65,536個地址 包含在這個範圍中的, 都成爲私有IP, 其餘的則稱爲全局IP(或公網IP）

4.路由交換

• 認識路由器
  
  路由器都由WAN口和LAN口，一個路由器可以配置兩個IP地址，一個WAN口的IP，一個LAN口的ＩＰ（子網IP），路由器LAN口鏈接的主機，都從屬於當前這個路由器的子網中。不同的路由器，子網IP其實都是一個的（通常都是192.168.1.1），子網內的主機IP地址不能重複，但是子網之間的IP地址就可以重複了。每一個加用的路由器，其實又作爲了運營商路由器的子網中的一個節點，這樣運營商的路由器可能會又很多級，最外層的運營商路由器，WAN口IP就是一個公網IP了。
• 路由
  路由就是在複雜的網絡結構中找出一條通往終點的路線。
  
  
  簡單圖形表示，每次都通過路由器去尋找最佳的路徑到達下一個路由器。但是路由器中怎樣去尋找一個路徑了，這裏就包含了路由表和路由算法，在路由器中存儲網卡的IP和mask，也就是路由表中存儲的數據。又興趣的童鞋可以找找路由算法來看看（路由與交換最重要的就是路由算法）
  當查找不到的時候就發送到上層（通過網關發送）
• 路由表可以使用route命令查看
• 如果目的IP命中了路由表就直接轉發即可
• 路由表中的最後一個主要由下一跳地址和發送接口兩部分組成，當目的地址與其他地址都不匹配的時候就按缺省路由條目規定的接口發送到下一跳的地址