4.1網絡層與網絡互聯的基本概念
互聯網絡：利用網橋、路由器等互聯設備將兩個及兩個以上的物理網絡相互連接起來構成的系統。
網絡層主要任務:
(1)通過路由選擇算法，爲分組通過通信子網選擇最適當的路徑;
(2)網絡層使用數據鏈路層的服務，實現路由選擇、擁塞控制與網絡互聯等基本功能，向傳輸層的端一端傳 輸連接提供服務。
互聯網絡：
利用網橋、路由器等互聯設備將兩個及兩個以上的物理網絡相互連接起來構成的系統。
中間設備：
中間設備又稱爲中間系統或中繼(relay)系統。
物理層中繼系統：轉發器(repeater)。
數據鏈路層中繼系統：網橋或橋接器(bridge)。
網絡層中繼系統：路由器(router)。
網橋和路由器的混合物：橋路器(brouter)。
網絡層以上的中繼系統：網關(gateway)。
（當中繼系統是轉發器或網橋時，一般並不稱之爲網絡互連，因爲這僅僅是把一個網絡擴大了，而這仍然是一個網絡。 網關由於比較複雜，目前使用得較少。互聯網都是指用路由器進行互連的網絡。由於歷史的原因，許多有關 TCP/IP 的文獻將網絡層使用的路由器稱爲網關。 ）
4.2網絡層提供的兩種服務
網絡層爲接在網絡上的主機所提供的服務可以有兩大類：
無連接的網絡服務（數據報服務）
面向連接的網絡服務（虛電路服務）。
數據報與虛電路：
數據報服務：如果提供的是無連接的服務，那麼所有的數據包（數據包通常又被成爲數據報）都被獨立地注入到網絡中，並且每個數據包獨立路由，不需要提前建立任何設置。這樣的服務成爲數據報服務，對應的網絡爲數據報網絡。
虛電路：如果提供面向連接的服務，那麼在發送數據包之前，必須首先建立起一條從源路由器到目標路由器之間的路徑。這個連接稱爲虛電路，類似於電話系統中建立的物理電路，對應的網絡稱爲虛電路網絡。
(1)連接的建立
虛電路服務：必須有
數據報服務：不要
(2)目的站的地址
虛電路服務：僅在連接建立階段使用，每個分組都有用短的虛電路號；
數據報服務：每個分組都有目的站的全地址；
(3)分組的順序
虛電路服務：總是按發送順序到達目的站
數據報服務：按序發，不一定按序收。
經過實踐最後證明，採用數據報服務更適合Internet的發展，這種服務的好處是：
網絡的造價大大降低
運行方式靈活
能夠適應多種應用
4.3網絡層協議
4.4IP地址分類
IP地址的基本概念
大型的互連網絡中需要有一個全局的地址系統，它能夠給每一臺主機或路由器的網絡連接分配一個全局惟一的地址；
TCP/IP協議的網絡層使用的地址標識符叫做IP地址；
IPv4中IP地址是一個32位的二進制地址；
網絡中的每一個主機或路由器至少有一個IP地址；
在Internet中不允許有兩個設備具有同樣的IP地址；
如果一臺主機或路由器連接到兩個或多個物理網絡，那麼它可以擁有兩個或多個IP地址。
IP地址結構：
每一類地址都由兩個固定長度的字段組成，其中一個字段是網絡號 net-id，它標誌主機（或路由器）所連接到的網絡，而另一個字段則是主機號 host-id，它標誌該主機（或路由器）。
兩級的 IP 地址可以記爲：
IP地址的作用：
發送分組的主機—源主機，源IP地址。
接收分組的主機—目的主機 ，目的IP地址。
分類的IP地址：
地址長度爲32位，點分十進制（dotted decimal）地址；
根據不IP同的取值範圍，IP地址可以分爲五類；
IP地址中的前5位用於標識IP地址的類別：
A類地址的第一位爲0；
B類地址的前兩位爲10；
C類地址的前三位爲110；
D類地址的前四位爲1110；
E類地址的前五位爲11110
A類IP地址的網絡號長度爲7位，主機號長度爲24位；
A類地址是從：1.0.0.0～127.255.255.255；
網絡號長度爲7位，從理論上可以有27=128個網絡；
網絡號爲全0和全1（用十進制表示爲0與127）的兩個地址保留用於特殊目的，實際允許有126個不同的A類網絡；
由於主機號長度爲24位，因此每個A類網絡的主機IP數理論上爲224=16 777 216；
主機IP爲全0和全1的兩個地址保留用於特殊目的，實際允許連接16 777 214個主機；
A類IP地址結構適用於有大量主機的大型網絡。
B類IP地址的網絡IP長度爲14位，主機IP長度爲16位；
B類IP地址是從：128.1.0.0～191.255.255.255；
由於網絡IP長度爲14位，因此允許有214-1=16383(減128.0.0.0，不指派)個不同的B類網絡，；
由於主機IP長度爲16位，因此每個B類網絡可以有216=65536個主機或路由器，實際一個B類IP地址允許連接65534個主機或路由器；
B類IP地址適用於一些國際性大公司與政府機構等中等大小的組織使用。
C類IP地址的網絡號長度爲21位，主機號長度爲8位；
C類IP地址是從：192.0.1.0～223.255.255.255；
網絡號長度爲21位，因此允許有221 -1=2097151（192.0.0.0是不指派的）個不同的C類網絡；
主機號長度爲8位，每個C類網絡的主機地址數最多爲28=256個，實際允許連接254個主機或路由器；
C類IP地址適用於一些小公司與普通的研究機構。
類IP地址不標識網絡;
地址範圍：224.0.0.0～239.255.255.255
用於其他特殊的用途，如多播地址Multicasting；
E類IP地址暫時保留；
地址範圍：240.0.0.0～255.255.255.255；
用於某些實驗和將來使用。
特殊IP地址形式
（1）直接廣播地址：
A類、B類與C類IP地址中主機號全1的地址爲直接廣播地址;用來使路由器將一個分組以廣播方式發送給特定網絡上的所有主機;只能作爲分組中的目的地址;物理網絡採用的是點-點傳輸方式，分組廣播需要通過軟件來實現。
（2）受限廣播地址：
網絡號與主機號的32位全爲1的地址爲受限廣播地址;用來將一個分組以廣播方式發送給本網的所有主機;
分組將被本網的所有主機將接受該分組，路由器則阻擋該分組通過。
（3）“這個網絡上的特定主機”地址：
主機或路由器向本網絡上的某個特定的主機發送分組；網絡號部分爲全0，主機號爲確定的值；
這樣的分組被限制在本網絡內部。
（4）回送地址：
回送地址是用於網絡軟件測試和本地進程間通信；
TCP/IP協議規定：
含網絡號爲127的分組不能出現在任何網絡上；
主機和路由器不能爲該地址廣播任何尋址信息。
IP 地址的一些重要特點：
(1) IP 地址是一種分等級的地址結構。分兩個等級的好處是：
第一，IP 地址管理機構在分配 IP 地址時只分配網絡號，而剩下的主機號則由得到該網絡號的單位自行分配。這樣就方便了 IP 地址的管理。
第二，路由器僅根據目的主機所連接的網絡號來轉發分組（而不考慮目的主機號），這樣就可以使路由表中的項目數大幅度減少，從而減小了路由表所佔的存儲空間。
（2）實際上 IP 地址是標誌一個主機（或路由器）和一條鏈路的接口。
當一個主機同時連接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個相應的 IP 地址，其網絡號 net-id 必須是不同的。這種主機稱爲多歸屬主機(multihomed host)。
由於一個路由器至少應當連接到兩個網絡（這樣它才能將 IP 數據報從一個網絡轉發到另一個網絡），因此一個路由器至少應當有兩個不同的 IP 地址。
(3) 用轉發器或網橋連接起來的若干個局域網仍爲一個網絡，因此這些局域網都具有同樣的網絡號 net-id。
(4) 所有分配到網絡號 net-id 的網絡，範圍很小的局域網，還是可能覆蓋很大地理範圍的廣域網，都是平等的。
在同一個局域網上的主機或路由器的IP 地址中的網絡號必須是一樣的。