计算机网络概述---网络层

网络层提供的服务

网络层只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务，不负责失败重传，不负责编号、排序；

 

网络层如何转发数据包

发送端

1.应用层准备要传输的数据

2.传输层将文件分段并编号

3.网络层添加目标IP地址和源IP地址

4.网路链路层 两种情况 使用自己的子网掩码 判断自己在那个网段

　　　　　　　　　　使用自己的子网掩码 判断目标地址在那个网段

　　　　　　　　　　如果是同一网段 ARP地址解析协议全网广播寻找mac地址  目标主机返回自己的mac地址

　　　　　　　　　　如果不是同一个网段，则发送给路由器

 

网路层协议

ARP协议：通过广播目标IP地址，目标的MAC地址是FF-FF-FF-FF-FF-FF，然后解析目标IP地址的MAC地址。

每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
　　当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。 

　　主机是通过在本局域网上广播，对应主机响应并确认的方式，获取ARP 高速缓存的映射。

　　为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。
　　当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。

　　注意：ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。
　　　　　如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。
　　为什么我们不直接使用硬件地址进行通信？

　　由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。
　　连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。

网际控制报文协议ICMP：

为了提高 IP 数据报交付成功的机会，在网际层使用了网际控制报文协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)。
　　ICMP 允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告。
　　ICMP 报文作为 IP 层数据报的数据，加上数据报的首部，组成 IP 数据报发送出去。

　　

　　ICMP 报文的种类有两种，即 ICMP 差错报告报文和 ICMP 询问报文。

　　ICMP 差错报告报文共有5种：

　　　终点不可达、源点抑制(Source quench) 、时间超过、参数问题、改变路由（重定向）(Redirect)  
　　常用的 ICMP 询问报文：

　　　回送请求和回答报文、时间戳请求和回答报文

　　ICMP 应用举例：

　　　1. PING 用来测试两个主机之间的连通性。
　　　PING 使用了 ICMP 回送请求与回送回答报文。
　　　PING 是应用层直接使用网络层 ICMP 的例子，它没有通过运输层的 TCP 或UDP。
　　　2. tracert 用来跟踪一组从源点到终点的路径，通过依次增加TTL，并返回ICMP 时间超过报文 来实现。

 IP报文：

版本：指IP协议的版本。

首部长度：首部的长度

服务类型：如下图

其中优先级用来区别优先级别不同的IP报文。

D表示要求有更低的时延。

T表示要求有更高的吞吐量。

R表示要求有更高的可靠性。

 

总长度：报文的长度。

标识：由于数据报长度超过传输网络的MTU（最大传输单元)而必须分片，这个标识字段的值被复制到所有数据报分片的标识字段中，使得这些分片在达到最终的目的地时可以依照标识字段的内容重新组成原先的数据报。

标志：最低位是MF，MF=1时，表示后面还有分片。

           中间位的DF，DF=1时，表示不能分片。

片偏移： 和前面的数据分片相关，是本分片在原先数据报文中相对首位的偏移位。

生存时间：数据报在网络中存活的时间，所允许通过的路由器的最大数量，没通过一个路由器，该值自动减一，如果数值为0，路由器就可以把该数据报丢弃。

协议： 指出数据报携带的数据是使用何种协议，以便目的主机的IP层能知道次数据报上交到哪一个进程（不同协议有一个专门不同的进程处理）。

首部校验位和：对首部进行校验运算。

                          校验方法 ： 在发送端，将IP数据报首部划分为多个16位的二进制序列，并将首部校验和字段置为0，用反码运算将所有16位序列对位相加后，将得到多的

                                               和的反码写入首部校验和字段。接收端接收到数据报后，将数据报首部的所有字段组织成多个16位的二进制序列，再使用反码运算相加

                                               一次，将得到的结果取反。如果结果为0代表没出错，否则出错。

 

源地址：发送数据报的节点地址。

目的地址：接受数据报的节点地址。