网络层

网络层提供的两种服务

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（也就是IP数据报）独立发送，与其后面的分组无关（不进行编号）。网络层不提供服务质量的承诺。

对比的方面 虚电路服务 数据服务
思路 可靠通信应当由网络来保证 可靠通信应当由用户主机来保证
链接的建立 必须有 不需要
终点地址 仅在链接建立阶段使用，每个分组使用短的虚电路号 每个分组都有终点的完整地址
分组的转发 属于同一条虚电路的分组均按照同一路由进行转发 每个分组独立选择路由进行转发
当结点出故障时 所有通过故障的虚电路均不能工作 出故障的节点可能会丢失分组，一些路由可能发生变化
分组的顺序 总是按发送顺序到达终点 到达时间不一定按照发送顺序
端到端差错处理和流量控制 可以由网络负责，也可以由用户主机负责 由用户主机负责

网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与之配套使用的还有三个协议：

  • 地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）
  • 网际控制报文协议 ICMP （Internet Control Message Protocol）
  • 网络组管理协议 IGMP（Internet Group Management Protocol）

虚拟互联网络

将网络互相链接起来要使用一些中间设备。根据中间设备所在的层次，可以有以下四种不同的中间设备。

  • 物理层：转发器
  • 数据链路层：网桥或桥接器
  • 网络层：路由器
  • 网络层以上：网关，用网关链接连个不兼容的系统需要在高层进行协议转换。

分类的IP地址

IP地址：给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。
IP地址的编址方法：

  1. 分类的IP地址
  2. 子网的划分
  3. 构成超网

分类IP地址：每一类地址都是由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号，它标志主机（或路由器）所链接到的网络。第二个字段是主机号，它标志该主机（或路由器）。主机号在前面网络号所指明的范围是唯一的。

地址类别 地址前缀 网络号长度 可指派网络号 每个网路号可指派的地址
A类地址 0 8 126 (27-2)包括全0和127(环回地址) 16777214 (214-1)
B类地址 10 16 16383 (214-1) 65534 (216-2)
C类地址 110 24 2097151 (221-1) 254 (28-1)
D类地址 1110 多播地址 - -
E类地址 1111 保留为今后使用 - -

IP地址放在IP数据的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及以上使用的是硬件地址。

地址解析协议ARP

为了解决：已经知道一个机器（主机或路由器）的IP地址，需要找出其相应的硬件地址。

解决方法：在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常动态更新（新增或动态删除）。

过程：

  1. 广播发送ARP请求分组
  2. 在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组
  3. 如果有一个主机的IP与查询IP一致，则就收下这个ARP请求，并发送ARP响应分组。不一致则不理睬，所以ARP响应是单播。
  4. 源主机收到ARP响应分组后，在ARP高速缓存中写下主机B的IP地址到硬件地址的映射。

IP数据报的格式

一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。首部的后面一部分是可选字段，长度可变。