TCP/IP各層講解 - 網絡層（上）

網絡層基礎

網絡層主要負責的是兩個終點節點的通訊，也叫做點對點通訊。

網絡層與數據鏈路層的關係

數據鏈路層主要負責鏈接同一種數據鏈路得兩個節點進行傳遞，若是須要跨過多種數據鏈路，則須要網絡層的幫助。

舉個例子，在旅途當中須要乘坐火車、汽車和飛機，而乘坐這些交通工具的順序得依照行程表。而乘坐火車或則飛機的票只能在特定的交通工具（區別）內使用，而這個交通工具就是如今所指得數據鏈路層，而後行程表就是網絡層。

簡單的說，數據鏈路提供的只是兩個直連設備之間的通訊，而網絡層負責的是沒有直連的兩個網絡之間的通訊。

總結一下兩個層之間功能的區別：

網絡層：

• 異構網絡互聯（兩個不直連的網絡通訊）
• 路由與轉發（指路由器根據轉發表將用戶的IP數據報從合適的端口轉發出去）

數據鏈路層：

• 鏈路鏈接的創建，拆除，分離
• 幀定界和幀同步
• 順序控制，指對幀的收發順序的控制
• 差錯檢測和恢復

IP地址

IP地址由32位正整數表示，在計算機中則以二進制的方式處理，但廣泛以十進制進行展現，如圖

IP地址主要被分配到每個鏈接到互聯網的網卡上，一般一個主機擁有一個網卡即一個IP地址，而路由器則擁有兩個網卡即兩個IP地址。

IP地址組成

IP地址中主要由網絡標識和主機標識所組成。在同一個網段裏面網絡標識必須相同，而主機標識必須不一樣。同時在兩個不一樣的網段，網絡標識必須不一樣，這樣就能夠保證鏈接網絡的設備IP地址的惟一性。

識別網絡標識和主機標識的有兩種方法，第一種是固定好分類，而第二種則是根據子網掩碼的方式。

先說第一種方式：

• A類地址，前8位是網絡標識，後24位是主機標識，即0.0.0.0 ~ 127.0.0.0是A的網絡地址。
• B類地址，前兩位爲10的地址，從1到16位都是網絡地址，然後16位是主機地址。即128.0.0.0 ～ 191.255.0.0 是B的網絡地址。
• C類地址，前三位爲110的地址，從1到24位都是網絡地址，然後8位是主機地址。即192.168.0.0 ～ 239.255.255.0 是C的網絡地址。
• D類地址，前四位爲1110的地址，從1到32位都是網絡地址，然後8位是主機地址。即224.0.0.0 ～ 239.255.255.255 是D的網絡地址。經常使用於多播。

第二種方式：

一個IP地址的網絡標識和主機表識不受類別所限制，而是一個子網掩碼的識別碼經過子網網絡細分出粒度更小的網絡。

子網掩碼也是一個32位正整數，它對應的網絡標識部分所有爲1，而主機部分爲0。

例子以下：

子網掩碼也可用/區分，例如172.20.0.0/16則前16位爲網絡標識。

網絡層傳輸

在進行通信的時候對端必須擁有相似地址的識別碼才能進行通信，在數據鏈路層中擁有者MAC地址，而在網絡層中有着IP地址。

多跳路由

IP地址的傳輸全靠路由的控制，而IP路由也叫多跳路由。所謂多跳路由是指每一次傳輸IP包的時候，並不會把最終地址的全部地址列出來，而是經過每個區間在轉發的時候才指定下一跳的動做，直到跳到最終地址。

兼容數據鏈路層

網絡層傳輸的時候還必須兼容各類數據鏈路，舉個例子，在FDDI中傳輸可傳輸4352個字節，而在MTU上只能傳輸1500個字節，而當二者同時傳一個IP包的時候，IP包就會進行一個分片處理。把大的IP包分紅幾個小的IP包，到了對端再把他們合成送到上一層處理。

面向無鏈接

IP是面向無鏈接的。在傳輸的時候並不須要與對端創建鏈接，不管對端是否存在，數據包仍是會發送出去。

IP採用面向無鏈接主要是由於簡化鏈接和提速，面向有連接的每個鏈接都是至關負責的，若是每一次通信都要創建起鏈接就會下降處理速度。

面向有鏈接

面向鏈接的服務（connection-oriented service）就是通訊雙方在通訊時,要事先創建一條通訊線路,其過程有創建鏈接、使用鏈接和釋放鏈接三個過程，後面講到的TCP就是一種這樣的協議。

廣播

廣播是同一個數據鏈路裏面互相發送數據包，而廣播的地址就是把主機地址所有改成1後的地址。而廣播分爲直接廣播和本地廣播。

本地廣播：

在網絡地址是192.168.0.0/24的狀況下，廣播地址就是192.168.0.255/24，而這個地址的IP包會被路由器所攔截，因此不會傳播出去。

直接廣播：

直接廣播就是192.168.0.1/24 的地址發送一個包給192.168.1.255/24。當路由器接收到這個包的時候會把包分別派到192.168.1.0/24 ～ 192.168.1.254/24上。

多播

因爲廣播會給一個不須要接收信息的終端帶來影響，因此出現了一個多播的方式。對於多播，全部的主機都必須聽從多播地址，由路由器去複製多播的包派發。

全局地址和私有地址

隨着網絡發展，IP地址日漸不足，而解決這個問題有着兩個解決辦法，IPv6和IPv4配合NAT技術（私有地址）。

全局地址

簡單來講就是除了私有地址外都是全局地址。

私有地址

私有地址並非固定的，而是再接入互聯網的時候才分配，因此私有地址能夠在不一樣的網段內相同，但在同一網段內的網絡標識是有所限制的。私有地址範圍以下：

• 10.0.0.0 ～ 10.255.255.255（10/8）
• 172.16.0.0 ～ 172.31.255.255（172.16/12）
• 192.168.0.0 ～ 192.168.255.255（192.168/16）

若是這些私有地址須要接入互聯網，必須使用NAT技術。

寫在最後

開始新的網絡層咯！！！

圖解TCP/IP

這會做爲最近的一個長期目標不按期更新。