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一、网络层提供的服务、

应用层产生数据消息，传输层负责给数据分组并实现可靠传输。
而网络层负责在不同网络之间，选择路径并尽力转发数据包，基于数据包IP地址转发。（不负责丢失重传和数据包顺序）

网络层如何转发数据包

网络层

子网掩码 就是道明了 ip地址 的网络部分
不成文规定，网关一般使用网段第一个能用的地址。
广域网接口需要设定时钟频率，这个时钟频率确定了发送的速度
路由器怎么选择路径，是由路由表决定的（直接相连，静态路由配置，动态路由学习）。

二、网络设备和OSI参考模型的关系

计算机通信的过程 - 本网段、跨网段通信的过程

通信的过程

发送端：
① 应用层的程序产生数据
② 传输层将数据分段（分组）
③ 网络层添加源IP地址、目标IP地址
④ 数据链路层添加mac地址，分为两种情况，
先比对子网掩码和网络号是否在同一网段，
本网段通信：通过ARP广播得到目标ip地址的mac地址
跨网段通信：通过ARP广播获得网关的mac地址
（ip地址决定了起始地址，目的地址；而mac地址决定了下一跳谁来接收）
⑤ 物理层传送bit流

发送端封装，接收端解封。

三、网络层协议

同样是网络层协议，也存在分层，ARP给IP提供服务，IP给ICMP和IGMP提供服务。

网络层协议

ARP协议

将ip地址解析成物理地址。
计算机的ARP协议：发送数据的计算机A不知道目的计算机B的mac地址，就发送ARP广播（目标mac地址是FF，全1）。B收到后，给A返回自己的mac地址（同时ARP缓存A的mac地址），A拿到B的mac地址就可以发送数据了（也把B的mac地址放入ARP缓存）。
只能扫描本网段的mac地址。
ARP缓存表（arp -a）
ip地址 mac地址 类型

网际控制报文协议 ICMP

Internet Control Message Protocol，用来测试网络是否畅通，网络是否有故障（ping命令）。
用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。

TTL：Time To Live 生存时间，每过一个路由器就减一。TTL=0就丢弃数据包，防止数据包在网上循环。
判断ping的计算机系统
可以根据返回数据包的ttl粗略判断ping的计算机系统，linux 64 , windows 128 , unix 255（默认）

Ping不通

• 目标主机不可到达（路由器不知道怎么继续走，去的时候TTL为0）
• 请求超时（有可能是数据包回不来，要么是回来时没有路由，要么是回来TTL=0了）

Internet组播管理协议 IGMP

Internet Group Management Protocol

点对点、组播=多播、广播
多播是不建立会话的。

IP数据包格式

一个IP数据包由首部和数据组成。
首部的前一部分是固定长度的，共20字节。ip数据包必须有的。后面可添加可选字段。

数据包格式
ip数据包首部字段

• Version 版本：ip协议版本，ipv4，ipv6
• Header length首部长度：IP数据包首部长度
• 区分服务：数据包优先级（紧急的数据包，不紧急的数据包，通过Qos - Quality of Service）
• 总长度：数据包总的长度（2的16次方-1）。因为一个mac帧最大1500字节（所以分片后的数据包总长度最大也就1500字节），而一个数据包最大65535字节，所以如果超出了需要将数据包分片。如果不分片，数据包最大不超过1480字节（20字节为IP数据包固定头部）。
• 标识：包的标识，如果数据包分片了，不同的片标识一样。
• 标志：标志一个数据包是否是分片。标志位最低位Move Fragment，MF=1代表后面还有分片，MF=0代表是最后一个分片。
• 片偏移：片在数据包的偏移量，以8字节为偏移量单位（否则不够位数表示）
• 生存时间TTL：每经一个路由器会-1
• 协议：表示网络层内的数据部分是什么协议。是TCP、UDP、ICMP、IGMP、OSPF？指出数据部分应该交给前面几个中哪一个进程。（协议号：ICMP-1 IGMP-2 TCP-6 UDP-17 IPv6-41 OSPF-89）
• 首部检验和：检验首部是否有错误。
• 源地址：源ip地址。
  目的地址：目标ip地址。

ipv6的ip数据包首部ip地址部分由32位变为128位，基本报头长度为40字节，没有可变部分（另外有扩展报头）。

IP协议

根据路由表选择路径，一种是静态路由，一种是某种协议学习。
网络畅通的条件：数据包有去，有回。

• 静态路由
  需要网络管理员告诉路由器，没有直连的网络，下一跳应该给谁。
  缺点：适合于小的网络，不能够自动适应网络变化。

• 动态路由
  路由器自己记录学习。

RIP

RIP(Routing Information Protocol,路由信息协议）是一种内部网关协议（IGP），是一种动态路由选择协议。
路由器定时的发广播路由表（到xx网段可以发给我，要经过几个路由器），30秒更新一次路由表。最大跳数是15跳。
最优路径：认为经过的路由器越少（跳数最少），路径越优。

OSPF

开放式最短路径优先协议