目錄

1. 網絡層的作用

2. IPV4

2.1 IP 數據報格式?

2.2 IP地址分類方案

2.3 數據的轉發

2.4 特殊用途的IP地址

3. 子網劃分和子網掩碼

3.1? 子網劃分

3.2 子網掩碼

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1. 網絡層的作用

? ? ? ? 按照教學五層模型，應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層，應用層的單位是報文，經由傳輸層切割為報文段，在網絡層給報文段加了一個IP首部，就變成了IP數據報（分組），經由數據鏈路層封裝成幀，再由物理層以比特的形式進行傳輸。

2. IPV4

2.1 IP 數據報格式?

首部固定部分（20字節） + 可變部分（0-40字節）

????????當IP數據報過于大的時候，會將數據進行分片，我們通過最低位MF和次低位DF，可以了解到分片的信息。假如有一段IP數據報不允許分片，但是這段IP數據報過于大了，那說明這段IP數據報沒有辦法傳給目的網絡。

片偏移是指數據在分片之前所處的位置，以8B為一個單位。

ip數據報頭結構還包含著生存時間（TTL），當每經過一個路由器就會減1，就丟棄分組，如果減到0就會向主機發送一個ICMP報文。

發送和接收方的地址各占32bit。

2.2 IP地址分類方案

????????最初的時候，我們使用IPV4協議，有32bit，也就是說最多能表示2的32次方 = 42億個地址，當時只有政府、學校、軍隊才會有機會使用互聯網，所以42億完全夠用。

2.3 數據的轉發

????????每一個路由器都是一個網關，維護同一類的ip地址；當有數據進行轉發的時候會根據路由轉發表進行轉發。

①當一個IP數據報需要進行發送的時候，首先會查看頭部的源地址和目的地址，判斷是否是同一類網絡（比如B類網絡需要比對前16個bit位），如果屬于同一類網絡那就不需要經過路由器的轉發。

②數據鏈路層把數據分組封裝成MAC幀，根據ARP協議將目的地址的MAC地址找到，根據目的地址的MAC地址由交換機、集線器不斷轉發最終找到目標；目標收到MAC幀之后，把MAC幀的控制信息拆掉，最后得到的是真正的IP數據報。

2.4 特殊用途的IP地址

①主機號全0，既不能用于發送地址也不能用于目的地址。

②C類廣播：x.x.x.255（主機號全為1），對x.x.x進行廣播。

③0.0.0.1只能做源地址。?

④0.0.0.0本網絡的本主機。暫時沒有IP地址。此時需要發送DHCP報文從而獲得地址。

⑤255.255.255.255本網絡進行廣播。

⑥127.x.x.x回環地址，表示主機本身。當我們在本地開發服務端和客戶端，我們需要測試通信，就可以把源地址和目的地址設置成127.0.0.1，由于網絡號是127，網絡層接收之后會發給自己。

3. 子網劃分和子網掩碼

3.1? 子網劃分

????????如果是B類網址，我們有16位主機號，我們可以從16位主機號中拿出一位作為子網號，就可以把這一個網分成兩個子網。簡單的說就是把原本的主機號劃出一部分作為子網號，劃分為不同的子網從而提高資源的利用率。

? 每個子網地址的主機地址不能全0（子網本身），全1（就是廣播地址）。只有網絡號+子網號相同的地址才算是同一個子網。

3.2 子網掩碼

????????本機IP地址和子網掩碼做與運算，可以得到本機網絡號和子網號；目的主機也是如此，這樣一來我們可以判斷目的地址和本地地址是否屬于同一個子網。如果支持子網劃分，那么該路由器的路由轉發表就會增加子網掩碼。目的IP地址和子網掩碼做按位與運算，再和目的網絡號+子網進行對比找到對應的轉發接口進行轉發。

? ? ? ? 加上了子網掩碼，數據該怎么發送呢？首先我們將目的地址和源地址對自己的子網掩碼進行按位與，得到網絡號和子網號，如果網絡號和子網號相同就說明是同一個子網，就不需要進行轉發，此時我們直接把數據報封裝成MAC幀，直接找到目的地址的MAC地址，數據就發送過去了；????????

????????但是如果網絡號和子網號不同，說明不屬于一個子網，需要進行路由器的轉發，通過ARP協議知道網關的MAC地址，所以發送給網關（路由器），在數據鏈路層中，路由器把MAC幀的首部尾部拆除之后交給網絡層，網絡層根據目標地址來決定數據的去向。

? ? ? ? 對于沒有進行子網劃分的網絡，例如C類網絡會給一個默認的子網掩碼：255.255.255.0；

? ? ? ? 對于路由表沒有記載的路由，會有一個默認路由，當ip地址和默認路由的子網掩碼按位與，我們會得到默認路由0.0.0.0就會從指定接口進行轉發。