目录

1. 网络层的作用

2. IPV4

2.1 IP 数据报格式 

2.2 IP地址分类方案

2.3 数据的转发

2.4 特殊用途的IP地址

3. 子网划分和子网掩码

3.1  子网划分

3.2 子网掩码

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1. 网络层的作用

        按照教学五层模型，应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层，应用层的单位是报文，经由传输层切割为报文段，在网络层给报文段加了一个IP首部，就变成了IP数据报（分组），经由数据链路层封装成帧，再由物理层以比特的形式进行传输。

2. IPV4

2.1 IP 数据报格式 

首部固定部分（20字节） + 可变部分（0-40字节）

        当IP数据报过于大的时候，会将数据进行分片，我们通过最低位MF和次低位DF，可以了解到分片的信息。假如有一段IP数据报不允许分片，但是这段IP数据报过于大了，那说明这段IP数据报没有办法传给目的网络。

片偏移是指数据在分片之前所处的位置，以8B为一个单位。

ip数据报头结构还包含着生存时间（TTL），当每经过一个路由器就会减1，就丢弃分组，如果减到0就会向主机发送一个ICMP报文。

发送和接收方的地址各占32bit。

2.2 IP地址分类方案

        最初的时候，我们使用IPV4协议，有32bit，也就是说最多能表示2的32次方 = 42亿个地址，当时只有政府、学校、军队才会有机会使用互联网，所以42亿完全够用。

2.3 数据的转发

        每一个路由器都是一个网关，维护同一类的ip地址；当有数据进行转发的时候会根据路由转发表进行转发。

①当一个IP数据报需要进行发送的时候，首先会查看头部的源地址和目的地址，判断是否是同一类网络（比如B类网络需要比对前16个bit位），如果属于同一类网络那就不需要经过路由器的转发。

②数据链路层把数据分组封装成MAC帧，根据ARP协议将目的地址的MAC地址找到，根据目的地址的MAC地址由交换机、集线器不断转发最终找到目标；目标收到MAC帧之后，把MAC帧的控制信息拆掉，最后得到的是真正的IP数据报。

2.4 特殊用途的IP地址

①主机号全0，既不能用于发送地址也不能用于目的地址。

②C类广播：x.x.x.255（主机号全为1），对x.x.x进行广播。

③0.0.0.1只能做源地址。 

④0.0.0.0本网络的本主机。暂时没有IP地址。此时需要发送DHCP报文从而获得地址。

⑤255.255.255.255本网络进行广播。

⑥127.x.x.x回环地址，表示主机本身。当我们在本地开发服务端和客户端，我们需要测试通信，就可以把源地址和目的地址设置成127.0.0.1，由于网络号是127，网络层接收之后会发给自己。

3. 子网划分和子网掩码

3.1  子网划分

        如果是B类网址，我们有16位主机号，我们可以从16位主机号中拿出一位作为子网号，就可以把这一个网分成两个子网。简单的说就是把原本的主机号划出一部分作为子网号，划分为不同的子网从而提高资源的利用率。

  每个子网地址的主机地址不能全0（子网本身），全1（就是广播地址）。只有网络号+子网号相同的地址才算是同一个子网。

3.2 子网掩码

        本机IP地址和子网掩码做与运算，可以得到本机网络号和子网号；目的主机也是如此，这样一来我们可以判断目的地址和本地地址是否属于同一个子网。如果支持子网划分，那么该路由器的路由转发表就会增加子网掩码。目的IP地址和子网掩码做按位与运算，再和目的网络号+子网进行对比找到对应的转发接口进行转发。

        加上了子网掩码，数据该怎么发送呢？首先我们将目的地址和源地址对自己的子网掩码进行按位与，得到网络号和子网号，如果网络号和子网号相同就说明是同一个子网，就不需要进行转发，此时我们直接把数据报封装成MAC帧，直接找到目的地址的MAC地址，数据就发送过去了；        

        但是如果网络号和子网号不同，说明不属于一个子网，需要进行路由器的转发，通过ARP协议知道网关的MAC地址，所以发送给网关（路由器），在数据链路层中，路由器把MAC帧的首部尾部拆除之后交给网络层，网络层根据目标地址来决定数据的去向。

        对于没有进行子网划分的网络，例如C类网络会给一个默认的子网掩码：255.255.255.0；

        对于路由表没有记载的路由，会有一个默认路由，当ip地址和默认路由的子网掩码按位与，我们会得到默认路由0.0.0.0就会从指定接口进行转发。