网络层是找到从源IP到目的IP的路径，它有能力跨网络把数据从A主机传输到B主机（TCP指使IP进行传输）

网络层一个常用的协议叫IP协议。

特点/作用：

1.无连接、不可靠

2.建立了物理层和传输层的统一

3.寻址和路由

 

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• 头部长度

  也叫报头长度，有4位，4字节一个单位，分组头最小值为5，表示20字节，最大值为15，表示60字节；和TCP一样

• 服务类型

  4位TOS分别表示最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本，四者冲突只能选择一个。

• 标识

  如果IP报文被分片，那么他们的标识是一样的。用来分片和组装。

• 标志

  第一位保留、第二位表示禁止分片，那么超过MTU就会直接丢弃。第三位表示更多分片，1表示还有分片，0表示这是这个报文分片中最后一个。类似于结束标记。

• 分片偏移

  标记了这个分片报文在原数据中的位置，位置 = 这个数*8；保证报文的连续性。

• 生存时间

  数据到达目的地的最大跳数，一般是64，每经过一个路由器，会减一，减到0还没到就直接丢弃。防止路由循环。

• 协议

  表示上层协议类型，哪个协议发来的

• 首部校验和

  用CRC检验，鉴别头部是否损坏，保证数据的完整性。

• 选项

  不定长，最多40字节。

问题1：上面提到了"分片"，什么是分片？

分片和TCP拆分数据一样，因为IP也有大小限制，而且大小是由MAC协议（1500）也就是链路层协议决定的。

问题2：那各个层之间大小是怎么协定的？

在TCP三次握手中，就已经交换了自己可以接受的最大报文长度（MSS），取双方较小的。

MSS = MTU - IP报头 - TCP报头 = 1500-20-20 = 1460

MTU是由网络类型（链路层）决定的。

 

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1.取消了首部长度，因为IPv6的首部长度是固定40个字节。

2.取消了服务类型，因为流标号和优先级结合起来实现了服务类型的功能。

3.取消了总长度字段，改用为有效载荷长度，有效载荷就是后面的扩展首部加上数据报中的数据。

4.取消了标识，标志和片偏移，因为这些功能都包含在了扩展首部里面。

5.取消了协议字段，改用为下一个首部，功能不变，这样更容易理解。

6.取消了生存时间ttl，改用为跳数限制，功能不变，这样更容易理解，更形象了。

7.取消了首部效验和，这样加快了路由器对数据报的处理速度，在数据链路层中，当我们发现有差错的帧就会抛弃，在运输层中，在udp中，当发现有差错就会抛弃，在tcp中，当发现有差错就会重传，直到传送到目的进程为止。因此在网路层的检测就可以精简掉。

8，取消了选项字段，功能归并在了扩展首部上。了解即可，IPv6并不普遍。

 

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IP = 网络号 + 主机号

每个网络中的主机号不能相同。

自动分配主机号：DHCP技术。一般的路由器都有这个技术，因此一个路由器也可以看作一个DHCP服务器。

划分方法1：

把所有的IP划分为五类

A - 0 -网络号 - 主机号 //0.0.0.0 ~ 127.255.255.255

B -10 -网络号 -主机号 //128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

C -110 -网络号 -主机号 //192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

D -1110 -网络号 -主机号 //244.0.0.0 ~ 239.255.255.255

E -11110 -网络号 -主机号 //240.0.0.0 ~ 247.255.255.255

缺点：A类占有很多IP，但是经常被申请的却是B类，导致大量地址被A浪费。

这些地址不会被Internet分配，他们再Internet上也不会被路由，虽然它们不能直接和Internet网连接，但通过技术手段仍旧可以和 Internet通讯（NAT技术）。

 

划分方法2：

子网掩码划分

为了改进上述简单粗暴的划分方式，提出了新的技术方案，CIDR，Classless Interdomain Rounting

引入一个子网掩码来区分网络号和主机号。通常用一串0结尾。

网络号 = 子网掩码&IP

IP范围： 全0 ~ 全1

每个网段有 16-2（全0全1）=14台主机。

 

特殊的IP地址

(1) 0.0.0.0

严格说来，0.0.0.0已经不是一个真正意义上的IP地址了。它表示的是这样一个集合：所有不清楚的主机和目的网络。这里的“不清楚”是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。对本机来说，它就是一个“收容所”，所有不认识的“三无”人员，一律送进去。如果你在网络设置中设置了缺省网关，那么Windows系统会自动产生一个目的地址为0.0.0.0的缺省路由。

(2) 广播地址（255.255.255.255）

限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内（同一广播域）的所有主机。如果翻译成人类的语言，应该是这样：“这个房间里的所有人都注意了！”这个地址不能被路由器转发。

(3) 环回地址（127.0.0.1）

本机地址，主要用于测试。用汉语表示，就是“我自己”。在Windows系统中，这个地址有一个别名“Localhost”。寻址这样一个地址，是不能把它发到网络接口的。除非出错，否则在传输介质上永远不应该出现目的地址为“127.0.0.1”的数据包。

(4) 165.254.x.x

如果你的主机使用了DHCP功能自动获得一个IP地址，那么当你的DHCP服务器发生故障，或响应时间太长而超出了一个系统规定的时间，Wingdows系统会为你分配这样一个地址。

 

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IP地址是四个字节，差不多就是43亿个IP。随着互联网的普及，IP数量也受到了限制。

CIDR是缓解了这个问题但并没有解决，只是提高了利用率。

 

所以有三种解决方法：

1. 动态分配IP地址。只给介入网络的主机分配IP地址，所以说每次接入获取的IP都不一定相同。

2. NAT技术。网络地址转换，让一个局域网中的主机建立连接时，把报文中的原IP换成局域网路由器的IP。

3. IPv6 。用16个字节表示IP地址，但是还没有普及。

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私有IP可以访问公有IP

公有IP不可以访问私有IP

这时候就需要一个”中间人“—路由器

一个路由有两个IP，WAN口接路由器自己的IP，LAN口连接的主机都是属于这个路由器所在的子网中。

 

NAT技术

协议层：网络层

解决问题：IP地址数量限制

1.私有 -> 公有

就得先将数据发送给路由器，主机A的路由器将原IP替换成WAN口IP，也就是路由器自己的IP，再发送给广域网的所在的路由器WAN口IP处，再发送给目的主机B。

2.公有 -> 私有

在数据返回的时候，传送到目的IP所在网域的路由器后，路由器根据路由地址转化表寻找最初的IP地址并发送数据（NAPT技术）。

 

问题1：假如局域网中同一时间多台主机都访问外部服务器，那么数据返回时，路由器怎么正确地发送回去呢？

• 引入技术NAPT，使用IP+port建立一个关联关系。由NAT路由器自动维护，在TCP建立连接时创建表，断开时自动删除。

 

NAT技术缺陷

NAT技术核心就是这张转换表，也就是说依赖于这张表。

• 这张表的开销是一个缺陷

• 假如NAT设备异常，即使存在备份，也会断开所有TCP连接

• 无法从外部向内部建立连接

 

问题2：这么说来NAT和代理服务器很相似了？

• 并不是，首先它们不在同一个协议层，NAT在网络层，直接对IP协议报文中地址进行修改操作。而代理服务器是工作在应用层，对客户端和服务器之间起一个桥梁作用。

• 在范围上来讲，NAT路由器是局域网的出口，连通了局域网内部和广域网之间的联系。而代理服务器是可以在局域网做（负载均衡），也可以在广域网做（翻墙），还可以跨网。

• 本质上看，NAT一般集成在路由器、防火墙上。而代理服务器就是一个软件程序，需要部署在服务器上。

 

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路由就是在路由器链路上一跳一跳问路的过程。

是MAC地址 -> MAC地址的过程。

 

路由器拿到一个数据包之后，查阅路由表判断这个报的目的IP，有没有能直接发给所管理的网域的主机IP，如果不能，那就按缺省路径发送给下一个路由器。

查看路由表（route命令）

traceroute/tracert命令

打印执行主机到目标主机所经过地所有路由器。

 

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协议里，IP地址在传输过程中基本不变，而MAC地址一直在变化。（路由）

IP地址描述路途的起点终点，MAC地址描述的是途中区间的起点终点。