网络层的基本知识

     网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与IP协议配套使用的还有四个协议“

• 地址解析协议ARP----------------------Address Resolution Protocol
  
• 逆地址解析协议RARP-----------------Reverse Address Resolution Protocol
  
• 网际控制保温协议ICMP---------------Internet Control Message Protocol
  
• 网际组换里协议IGMP------------------Internet Group Management Protocolr

    如图分布：

                  

      为了扩大网络的范围需要一些中间设备，根据设备所在的层次，可以有四种不同的中间设备

• 物理层使用的中间设备叫做转发器------------------------将信号整形、矫正（AD转换）
• 数据链路层使用的中间设备叫做网桥或者桥接器-------扩大范围、有目地转发；连接在同一个局域网内
• 网络层使用的中间设备叫做路由器-------------------------连接不同的子网、根据协议寻找路径
• 在网络层以上使用的中间设备叫做网关------用王国连接两个不兼容的系统需要在高层进行转换

      网关：网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互联，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI 7层协议的顶层--应用层。

     那么网关到底是什么呢？网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩码（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机（如附图所示）。网络A向网络B转发数据包的过程。

     IP地址：IP地址现在由因特网名字与号码指派公司ICANN进行分配，他经过三个阶段：1、分类的IP地址； 2、子网的划分；3、构成超网

 1：  “分类的IP地址”-----将IP分成若干类，每一个类由固定的两部分构成：网络号、主机号。两级的IP地址可以记为：                 IP地址   ：：={<网络号>，<主机号>}

   IP地址中网络号字段和主机号字段

              31         23 24        16  15                  8 7   

A 类地址  | 0 网络号|                                  主机号                                     |

B 类地址  |10 网络号                   |                主机号                                   |

C 类地址  |110 网络号                                            |           主机号             |

D类地址   |1110  多播地址                                                                         |

E类地址    |1111                            保留为今使用                                        |

批注：

• 对于A、B、C类地址是单播地址（一对一通信）；对于网络号字段为全0的IP地址是保留地址，意思是“本网络”，网络号为127保留作为本地软件环回测试本主机进程之间的通信。
• 对于IP分级：地址管理机构在分配IP地址时只分配IP地址的网络号；路由器仅根据住据的我那刚落号来转发分组，使得路由表的项目减少；不同网络号的局域网必须使用路由器进行连接
• IP地址是一种逻辑地址，是在网络层和以上各层使用的地址，物理地址是数据链路层和物理层使用的地址。IP地址放在IP数据报的首部，而硬件地址放在MAC帧的首部。

ARP 和 RARP 协议：

• ARP协议-------根据物理地址求得物理地址，在局域网中有效；RARP协议-------根据物理地址求得IP地址
• ARP实现的原理：在主机ARP高速缓存中应存放一个IP地址到物理地址的映射表，并且这个映射表还需要经常动态更新   
  

  2：划分子网

       由于IP地址空间的利用率有时很低；给每个物理网络分配一个网络号会使得路由表变得太他因而是网络性能变坏；两级IP地址不够灵活。---------------------->划分子网。IP地址::={<网络号>,<子网号>,<主机号>}。但是划分子网使得路由器的负担加重。使用子网划分后，路由表必须包含以下三项内容：目的网络地址、子网掩码、下一跳地址。

 3：网际控制报文协议:为了更有：效的转发IP数据包和提高交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议ICMP，ICMP 允许主机或路由器报告产错情况和提供异常情况的报告.ICMP 报文分为：ICMP 差错控制和ICMP询问报文。 对于Ping、traceroute使用ICMP报文

     ICMP 差错报告分为五种：终点不可达、源点抑制、时间通过、参数问题、改变路由

 4：IP 首部中有：

• TTL字段（生存时间）---表示数据报可以经过最多数目的路由器，在传输数据的过程中每经过一个路由器，TTL减一，如果为0后就将数据报就丢弃。
• 目的IP地址：它就可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该路由表中的标志字段来决定
• 下一站路由器的目的地址或者直接连接的网络IP地址
• 标志：用来标志目的IP是网络地址还是主机地址
• 为数据报的传输指定的一个网络端口。

5：IP路由表主要完成以下功能：

• 搜索路由表，寻找能与目的IP地址完全匹配（网络号、主机号）的表目，如果没有找到则将报文转发到该表目指定的下一个路由器或直接连接的网络接口
• 搜索路由表，寻找能与目的网络号匹配的表目。如果找到则把报文发送给该表目指定的下一个路由器或者直接连接的网络接口
• 搜索路由表，寻找标志为“默认”表目，如果找到，将数据报发送给表项指定的下一站路径
• 如果上述失败了，则无法转发