网络层的作用
IP地址
地址管理
路由选择
1.网络层的作用
首先网络层是为了地址管理和路由选择，通过对地址的管理能够保证数据从一台主机上到另一台主机上，并且选择合适的路径进行传输。
主机:就是PC，也就是我们的计算器或者服务器，或者是路由器
路由器：实现中间数据转发的设备
节点：再网络中每一个设备都是一个节点
2.IP地址
- 4位版本：就是我们选择的协议IPV4或者是IPV6
- 4位首部长度：就是表示我们头部长度的大小，最大时60字节，最小时20字节
- 8位服务类型：3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0). 4位 TOS分别表示: 小延时, 大吞吐量, 高可靠性, 小成本. 这四者相互冲突, 只能选择一个. 对于 ssh/telnet这样的应用程序, 小延时比较重要; 对于ftp这样的程序, 大吞吐量比较重要.
- 16位总长度（字节数）：IP数据包整体占据的字节数
- 16位标识：唯一的标识住居发送的报文，如果IP报文再数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个id都是相同的
- 3位标志字段：第一位保留（保留就是现在不用，但是还没想好，说不定以后会使用），第二位置为1表示禁止分片，这时候如果报文长度唱过MTU，IP模板就会丢弃报文，第三位表示更多分层，如果分片了，最后一个分片置为1，其他是0，类似于一个结束标记
- 13为分片偏移：是分片相对于原始IP报文开始处的便宜，其实就是再表示当前分片再原报文中处在那个位置，实际便宜的字节数是这个值*8得到的，因此，除了最后一个报文之外，其他报文长度必须是8的倍数。
- 8位生存时间：这个由称为跳数，没经过路由的时候这个生存时间就-1，直到找到或者等于0的时候等于0的时候就表示没有找到，这个时候此数据就会被丢弃。
- 8位协议：表示上层协议的类型
- 16位头部校验和：使用CRC进行校验，来鉴别头部是否损坏
- 32位源地址和32位目的地址：表示发送端和接收端的IP地址
- 选项字段：不定长（最多为40字节），着也是我们头部长度为什么最大时60，最小时20.当选项没有的时候就为20字节。当为最大的时就为60字节。
3.地址管理
当前大多数时使用的IPV4，但是我们使用的人已经远远超过了IPV4的最大数量，所以可能会导致数据的二义性。为了避免网络中IP地址的分配混乱。导致二义性，无法实现数据传输。因此每个路由器都会组件自己的局域网中的主机分配地址时都需要带上自己局域网的网络标识：这就被称为网络号（区分网络）
再局域网中也需要自己唯一标识号：就被称为主机号（区分网络中的主机号）。
一个IP地址就分为网络号和主机号。
相邻的网络不能使用相同的网络号，相邻的网络分配的IP地址就不会冲突（因为只有相邻的网络中网络号相同时，才造成地址冲突导致路由不知道如何转化）。
网段划分：在早期的网段划分为5大类IP地址
A类：0~127 0+网络号（7位）+主机号（24位）
B类：128~191 10+网络号（14位）+主机号（16位）
C类：192~223
D类：224~239
E类：240~247
因为在早期的网段太过于粗糙，浪费比较多，因此现在被淘汰了，引入了新的方案（CIDR）
CIDR：子网掩码引入
子网掩码：由一段连续的二进制组成
子网掩码的功能：
- 子网掩码于IP地址&得到我们的网络号
- 子网掩码取反后得到最大主机号（范围）
在一个网络中不是所有的都可以分配给主机
- 主机号全为0：用于标识网络
- 主机号全为1： 用于广播
在linux上可以ifconfig查看我们的广播地址（broadcast就是广播地址）
特殊的IP地址：
- 127.0.0.1：本地回环网卡（虚拟网卡），用于本地测试使用
公网和私网
如果一个组织内部组件局域网，IP地址只用于局域网内的通信，而不是直接连到internet上，理论上使用任意的IP地址都可以，但是RFC1918规定了用于组件局域网的私有IP地址 - 10.*,前8位是网络号,共16,777,216个地址
- 172.16.到172.31.,前12位是网络号,共1,048,576个地址
- 192.168.*,前16位是网络号,共65,536个地址 包含在这个范围中的, 都成为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公网IP）
4.路由交换
- 认识路由器
路由器都由WAN口和LAN口，一个路由器可以配置两个IP地址，一个WAN口的IP，一个LAN口的ＩＰ（子网IP），路由器LAN口链接的主机，都从属于当前这个路由器的子网中。不同的路由器，子网IP其实都是一个的（通常都是192.168.1.1），子网内的主机IP地址不能重复，但是子网之间的IP地址就可以重复了。每一个加用的路由器，其实又作为了运营商路由器的子网中的一个节点，这样运营商的路由器可能会又很多级，最外层的运营商路由器，WAN口IP就是一个公网IP了。 - 路由
路由就是在复杂的网络结构中找出一条通往终点的路线。
简单图形表示，每次都通过路由器去寻找最佳的路径到达下一个路由器。但是路由器中怎样去寻找一个路径了，这里就包含了路由表和路由算法，在路由器中存储网卡的IP和mask，也就是路由表中存储的数据。又兴趣的童鞋可以找找路由算法来看看（路由与交换最重要的就是路由算法）
当查找不到的时候就发送到上层（通过网关发送） - 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转发即可
- 路由表中的最后一个主要由下一跳地址和发送接口两部分组成，当目的地址与其他地址都不匹配的时候就按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳的地址
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