網絡層（一）

網絡層向上只提供簡單靈活的，無鏈接，盡最大努力交付的數據報服務。網絡在發送分組時不須要先創建鏈接，每個分組獨立發送，與其先後分組無關。網絡層不提供服務質量的承諾。

網際協議IP
與IP協議配套使用的協議還有ARP（地址解析協議），RARP（逆地址解析協議），ICMP（網際控制報文協議），IGMP（網際組管理協議）


ARP和RARP是最下面的，IP常用這兩個協議。ICMP，IGMP在IP的上面，他們常用IP協議。

網絡互連須要一些中間設備，根據中間設備所在的層次。分爲：
1物理層使用轉發器
2數據鏈路層使用網橋或橋接器
3網絡層使用路由器
4網絡層以上網關，網關鏈接兩個不兼容的系統須要在高層進行協議的轉換。

當中間設備是轉發器或網橋的時候，僅僅是把一個網絡擴大了，從網絡層的角度，還是一個網絡。路由器實際上是一臺專用計算機，用來在互聯網中進行路由選擇。

TCP/IP 體系在網絡互連上採用的作法是在網絡層採用了標準化協議，但相連的網絡能夠是異構的。

主機H1把一個IP數據報發送給目的的主機H2，主機H1首先查找本身的路由表，看目的主機是否在本網絡上，若是在就直接交付，若是不是，把IP數據報發送給某個路由器R1，R1在查找本身路由表後，知道應該把數據報轉發給R2進行間接交付。這樣一直轉發下去，最後路由器R5知道本身是和H2鏈接在同一個網絡上，就不須要再轉發了，直接交付H2。R1到R4之間的三個網絡能夠是任意類型的網絡，互聯網能夠由多種異構網絡互連組成。

整個因特網是一個單一的，抽象的網絡，IP地址是因特網每個主機的每個接口分配的惟一的32位標示符。

IP地址編碼經歷三個歷史階段
1分類的IP地址
2子網的劃分
3構成超網

IP地址 ：：={<網絡號>,<主機號>}

IP地址分類

A類地址網絡號佔一個字節，只有七位，第一位固定爲0，能夠指派網絡號是126個（2^7-2），-2的緣由，第一，IP地址中全爲0的IP地址是保留地址，意義爲本網絡。第二，網絡號127保留做爲環回測試。若主機發送一個目的地址爲127.0.0.1,的IP數據報，則主機中的協議軟件處理數據報中的數據，不會把數據報發送到任何網絡。A類主機號佔3個字節，所以每一個A類網絡中最大主機數爲2^24-2個。-2的緣由，全0主機號表示IP地址是本主機接收到的單個網絡地址。全1表示的全部的，所以全1的主機號字段，表示該網絡上的全部主機。


B類地址網絡號有2個字節，前面10已經固定，剩下14位，這裏不存在-2的狀況，由於任何組合也不會出現全1和全0的狀況。但128.0.0.0是不指派的。可指派的最小網絡地址是128.1.0.0。B類的可指派數爲2^14-1。B類最大主機數爲2^16-2



C類地址有3個字節的網絡號，前面是110，有21位能夠分配。C類的192.0.0.0也是不可指派的。可指派的最小網絡地址是192.0.1.0所以，C類地址可指派的網絡總數是2^21-1。


IP地址特色：
1，每一個IP地址都由網絡號主機號組成。IP地址管理機構在分配IP地址只分配網絡號，剩下的主機號自行分配。路由器僅根據目的主機所鏈接的網絡號轉發分組，使路由表的項目大幅度減小，減小路由表佔的儲存空間以及查路由表的時間。
2，IP地址是標誌一個主機和一條鏈路的接口。當一個主機同時鏈接到兩個網絡上時，該主機就必須同時具有兩個IP地址，網絡號必須是不一樣的。這主機稱爲多歸屬主機。因爲一個路由器至少應當鏈接到兩個網絡，所以路由器至少應當有兩個不一樣的IP地址。
3，一個網絡是指具備相同網絡號net-id的主機的集合，所以，用轉發器或網橋鏈接起來的若干局域網仍爲一個網絡。
4，在IP地址中，全部分配到網絡號的網絡都是平等的。

1，同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡號必須是同樣的。
2，網橋互連的網段仍然是一個局域網，只能有一個網絡號。
3，路由器老是有兩個或兩個以上的IP地址。
4，兩個路由器相連，在連線的接口處，能夠分配也能夠不分配IP地址。


IP地址與硬件地址

物理地址是數據鏈路層和物理層使用的地址，IP地址是網絡層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址。

發送數據，數據從高層下到底層，使用IP地址的IP數據報一旦交給數據鏈路層，就被封裝MAC幀，MAC幀源地址和目的地址都是硬件地址。寫在MAC幀首部。接受MAC幀的時候，看不見MAC幀數據中的IP地址，只有當剝去MAC幀的時候才能夠看到。
IP地址在IP數據報的首部，硬件地址放在MAC幀的首部，在網絡層和網絡層以上，使用IP地址，數據鏈路層及如下使用硬件地址。在數據鏈路層中MAC幀看不見IP數據報，它只是MAC幀的數據。

1，IP層抽象的互聯網上只能看到IP數據報
2，雖然在IP數據報首部有源站IP地址，但路由器只根據目的站的IP地址的網絡號進行路由選擇。
3，在局域網的鏈路層，只能看見MAC幀。


ARP地址解析協議主要是解決經過IP獲得物理地址，在主機ARP高速緩存中存放一個從IP地址到硬件地址的映射表，而且這個映射表還常常更新。

當主機A要向局域網中的B發送IP數據報時，在ARP緩存中查看是否有B的IP地址，若是有，在ARP高速緩存中查出它的硬件地址，把地址寫入MAC幀，經過局域網把該MAC幀發送此硬件地址。也可能查不到，多是B才入網，也多是主機A剛剛加電，緩存是空的。這樣A自動運行ARP，按照如下步驟找B的硬件地址。
1，ARP進程在本局域網廣播發送一個ARP請求分組。
2，在本局域網上的全部主機上運行的ARP進程都收到此請求分組。
3，主機B在ARP請求分組中見到本身的IP地址，向主機A發送ARP相應分組，寫入本身的硬件地址。其他的不理睬這個請求。
4，主機A收到主機B的ARP響應分組後，在ARP高速緩存中寫入主機B的IP地址到硬件地址映射。

爲了減小網絡上的通訊量，主機A發送ARP請求分組，就把本身的IP地址到硬件地址的映射寫入ARP請求分組。

ARP把保存在高速緩存中的每個映射地址項目都設置生存時間。超過生存時間的項目就從高速緩存中刪掉。

ARP是解決局域網上的主機或路由器的IP地址映射。若是不在同一個局域網，H1就沒法解析出主機2的硬件地址。

ARP四種狀況
1發送方是主機，把IP數據報發送給本網絡另外一臺主機，用ARP找到目的主機的硬件地址。
2發送方是主機，把IP數據報發送到另外一個網絡的主機，用ARP找到另外一個路由器的硬件地址，剩下由路由器完成。
3發送方是路由器，把IP數據報發送到本網絡的主機，用ARP找到目的主機硬件地址。
4發送方是路由器，把IP數據報發送另外一個網絡的主機，ARP找到本網絡上的路由器硬件地址，剩下由路由器處理。