网络层

在这里插入图片描述

IP协议

虚拟互联网络

IP协议使得复杂的实际网络变为一个虚拟互连的网络
IP协议使得网络层可以屏蔽底层细节而专注网络层的数据转发
IP协议解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题

IP地址

IP地址长度为32位，常分成4个8位
IP地址常使用点分十进制来表示(0-255.0-255.0-255.0-255)

数据格式

在这里插入图片描述

IP数据报格式
前六行为IP首部，前五行固定部分，每行数据32位比特位，即4位字节，固定部分有20字节
版本：占4位，指的是IP协议的版本，通信双方的版本必须一致，当前主流版本是4，即IPv4，也有IPv6
首部位长度：占4位，最大数值为15，表示的是IP首部长度，单位是“32位字”（4个字节），也即是IP首部最大长度为60字节（4x15=60字节）
总长度：占16位，最大数值为65535，表示的是IP数据报总长度（IP首部+IP数据）
标识：用来标识数据报，占 16 位。IP 协议在存储器中维持一个计数器。每产生一个数据报，计数器就加 1，并将此值赋给标识字段。当数据报的长度超过网络的 MTU，而必须分片时，这个标识字段的值就被复制到所有的数据报的标识字段中。具有相同的标识字段值的分片报文会被重组成原来的数据报
标志：占 3 位。第一位未使用，其值为 0。第二位称为 DF（不分片），表示是否允许分片。取值为 0 时，表示允许分片；取值为 1 时，表示不允许分片。第三位称为 MF（更多分片），表示是否还有分片正在传输，设置为 0 时，表示没有更多分片需要发送，或数据报没有分片。
片偏移：占 13 位。当报文被分片后，该字段标记该分片在原报文中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位。所以，除了最后一个分片，其他分片的偏移值都是 8 字节（64 位）的整数倍。
TTL：占8位，表明IP数据报文在网络中的寿命，每经过一个设备，TTL减1，当TTL=0时，网络设备必须丢弃该报文
协议：占8位，表明IP数据所携带的具体数据是什么协议的（如：TCP、UDP等）
首部校验和：占16位，校验IP首部是否有出错
源IP地址
目的IP地址

IP协议转发流程

逐跳（hop-by-hop）

路由表

计算机或者路由器都拥有路由表

转发流程

数据帧每一跳的MAC地址都在变化
IP数据报每一跳的IP地址始终不变

网络层转发流程

A发出目的地为C的IP数据报，查询路由表发现下一跳为E
A将数据报发送给E
E查询路由表发现下一跳为F，将数据报发送给F
F查询路由表发现目的地C直接连接，将数据报发送给C

网络层加数据链路层转发过程

A发出目的地为C的IP数据报，==查询路由表发现下一跳为E ==
A将IP数据报交给数据链路层，并告知目的MAC地址是E（ARP协议）
数据链路层填充源MAC地址A和目的MAC地址E
数据链路层通过物理层将数据发送给E
E的数据链路层接收到数据帧，把帧数据交给网络层
E 查询路由表，发现下一跳为F
E 把数据报交给数据链路层，并告知目的MAC地址为F（ARP协议）
E的数据链路层封装数据帧并发送
F的数据链路层接收到数据帧，把帧数据交给网络层
F == 查询路由表，发现下一跳为C ==
F == 把数据报交给数据链路层，并告知目的MAC地址为C（ARP协议）==
F的数据链路层封装数据帧并发送

IP地址子网划分

分类的IP地址

在这里插入图片描述

理论的网络数量
存在特殊主机号与网络号，实际的网络数量

特殊的主机号

◆ 主机号为全1表示广播地址，向当前网络段所有主机发消息
◆ 主机号全0表示当前网络段，不可分配为特定主机
1.2.3.4 1.0.0.0
1.255.255.255

特殊的网络号

◆ A类地址网络段全0(00000000)表示特殊网络
◆ A类地址网络段后7位全1(01111111:127)表示回环地址
◆ B类地址网络段(10000000.00000000:128.0)是不可使用的
◆ C类地址网络段(192.0.0)是不可使用的

本地回环地址

127.0.0.1，通常被称为本地回环地址(Loopback Address)，不属于任何
一个有类别地址类。它代表设备的本地虚拟接口，所以默认被看作是永远
不会宕掉的接口。在Windows操作系统中也有相似的定义，所以通常在
安装网卡前就可以ping通这个本地回环地址。一般都会用来检查本地网络
协议、基本数据接口等是否正常的。

特殊分类

在这里插入图片描述

划分子网

问题1：某公司拥有100名员工，每人配备一个计算机，请问该公司应该申请哪种网络段？
- C类的主机号有2**8-2 = 254
- 可以申请193.10.10.0的网络段，浪费254-100=154个地址
- 通过子网划分193.10.10.128，浪费126-100=26个地址，可以大大节省IP地址
问题2：某公司拥有256名员工，每人配备一个计算机，请问该公司应该申请哪种网络段？
- 申请B类，190.17.0.0，但是会造成很大的地址空间浪费
问题3：子网号这么多，有没有办法快速判断某个IP的网络号？
- 子网掩码