计算机网络——网络层（四）
前言：
前面我们已经对物理层和数据链路层有了一个简单的认识与了解，现在我们需要对数据链路层再往上的一个层，网络层进行一个简单的学习与认识，网络层有着极其重要的作用，让我们对网络层进行一个简单的认识与学习吧
目录
?
?一、网络层的作用
????????网络层的目的是实现两个端系统之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择、连接的建立、保持和终止等。它提供的服务使传输层不需要了解网络中的数据传输和交换技术——提供端到端服务，单位是分组。
二、网际层协议IP
1.ARP地址解析协议
????????根据IP地址获取物理地址
2.ICMP网际控制报文协议
????????通过ICMP传输控制消息，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，如：ping命令。
3.IGMP网际组管理协议
????????是用于管理网路协议多播组成员的一种通信协议。IP主机和相邻的路由器利用IGMP来创建多播组的组成员。组播方式解决了单播情况下数据的重复拷贝及带宽的重复占用，也解决了广播方式下带宽资源的浪费。
4.RARP反地址解析协议
三、IP地址
1.IP地址的概念
? ? ? ? （1）概念：
????????????????IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异。
? ? ? ? （2）组成：
????????一个IP地址由4个字节，32位组成，一般用点分十进制的方式表现——00000000.00000000.00000000.00000000? ==》? 0.0.0.0
? ? ? ? （3）IP地址和MAC地址的区别
????????????????1.IP地址是一个逻辑地址，MAC地址是物理地址
????????????????2.MAC地址是唯一的但是IP地址不是唯一的
????????????????3.MAC地址主要是工作在第二层，IP地址在网络层
????????????????4.MAC地址是48位，IP地址一般是32位（v6是128位）
????????????????5.IP地址的分配取决于网络拓扑，MAC地址分配取决于制造商。
2.IP地址的组成
????????主机地址和网络地址组成的，4个字节32位，点分十进制
? ? ? ? 例:192.168.1.2的点分十进制为：
????????1100 0000 . 1010 1000 . o000 0001 .0000 0010
? ? ?? ?（1）主机地址/主机号
????????????????标识某一台设备的地址
? ? ? ? （2）网络地址/网络号????????
????????????????标识某一个网段的地址
? ? ? ? （3）子网掩码
????????????????它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
????????????????网络掩码一般与IP地址结合使用，其中值为1的比特对应IP地址中的网络位；值为0的
比特对应IP地址中的主机位，以此来辅助我们识别一个IP地址中的网络位与主机位。即网络掩码中1的个数就是IP地址的网络号的位数，0的个数就是IP地址的主机号的位数。
网络号:网络号代表某一个区域
主机号:在某一个区域中的某一个设备
例子:
????????A栋2401门号????????2501房间、2402房间
????????B栋2401门号
3.IP地址的分类
? ? ? ? （1）A类
????????????????一个A类IP地址是指， 在IP地址的四段号码中，第一段号码为网络号码，剩下的三段号码为本地计算机的号码。A类IP地址中网络的标识长度为8位，主机标识的长度为24位，A类网络地址数量较少，有126个网络，每个网络可以容纳主机数达1600多万台。A类IP地址范围1.0.0.1到127.255.255.254，255.0.0.0。第一个字节为网络号，第一个字节第一位是0
? ? ? ? （2）B类
????????????????一个B类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前两段号码为网络号码。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络，有16384个网络，每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。B类IP地址地址范围128.0.0.1-191.255.255.254，255.255.0.0。前两个字节为网络号，第一个字节前两位是10
? ? ? ? （3）C类
????????????????一个C类IP地址是指，在IP地址的四段号码中，前三段号码为网络号码，剩下的一段号码为本地计算机的号码。C类IP地址中网络的标识长度为24位，主机标识的长度为8位，C类网络地址数量较多，有209万余个网络。适用于小规模的局域网络，每个网络最多只能包含254台计算机。
C类IP地址范围192.0.0.1-223.255.255.254，255.255.255.0。前三个字节为网络号，第一个字节前两位是110
? ? ? ? （4）D类
????????????????D类IP地址在历史上被叫做多播地址，即组播地址。在以太网中，多播地址命名了一组应该在这个网络中应用接收到一个分组的站点。多播地址的最高位必须是“1110”，范围224.0.0.0到239.255.255.255。
? ? ? ? （5）E类
????????????????保留
? ? ? ? （6）特殊地址
? ? ? ? ? ? ? ? 网络地址：主机号为全0的地址
? ? ? ? ? ? ? ? 广播地址：主机号为全1的地址
? ? ? ? ? ? ? ? 回环地址：127.0.0.0
A? ? ? ?0???????1字节+3字节? ? ?大规模的网段? ? 127? ? ? ? ? ? 16777214个? ? ? ? 1~127? ? ? 255.0.0.0? ?
B? ? ? 10? ? ? 2字节+2字节? ? ?中规模的网段? ? 16384? ? ? ? ? ? ? 65534个? ? ?128~191? ? ?255.255.0.0
C? ? ? 110? ? 3字节+1字节? ? ?小规模的网段? ? ?2097151? ? ? ? ? ? ?254个? ? ?192~224? ? ?255.255.255.0
IP地址的分类
1.地址的第一个字节
2.通过网络号进行区分（子网掩码）
4.lPv6?
????????因为IPv4地址满足不了需求，出现匮乏的情况，所以诞生了IPv6地址继续使用。v6地址由128位，16个字节组成，一般表现形式为十六进制。
5.IP地址二进制和十进制转换小技巧
10110101
128????????64????????32????????16????????8????????4???????2 ??????1
128+0+32↓16+0+4+0+1 = 181???
10110101 ==》 181? == 》 181 - 128 = 53 - 32 = 21 - 16 = 5 - 4 = 1??- 1 = 0
四、子网划分
1.子网划分：
? ? ? ? （1）概念：
????????????????因此可以利用子网划分来减少地址浪费，即VLSM (Variable Length Subnet Mask)，可变长子网掩码。将一个大的有类网络，划分成若干个小的子网，使得IP地址的使用更为科学。
? ? ? ?（2）划分：
????????????????通过修改子网掩码，起到更加精细划分网络号和主机号的作用。
? ? ? ?（3）使用：
????????????????网络掩码一般与IP地址结合使用，其中值为1的比特对应IP地址中的网络位；值为0的比特对应IP地址中的主机位，以此来辅助我们识别一个IP地址中的网络位与主机位。即网络掩码中1的个数就是IP地址的网络号的位数，0的个数就是IP地址的主机号的位
数。
例：100台电脑接入
254????????154
主机号上进行子网划分
192.168.1.0000 0000????????24 ????????255.255.255.0????????254
192.168.1.0000 0000????????25? ? ? ? ?255.255.255.1000 0000（255.255.255.128）? ? ? ? 254
192.168.1.1（128）000 0000????????25? ? ? ? ?255.255.255.1000 0000（255.255.255.128）? ? ? ? 254
划分出来的俩个子网：192.168.1.0 25?????????192.168.1.128?25?
（网络号24 + 子网号1）网络号25?+ 主机号7
64+32+16+...+1=127
?
例:
192.168.1.0000 0000????????26????????32+16+8+4+2+1 =63*4
192.168.1.0???????????????????????26????????63
192.168.1.0100 0000????????26
192.168.1.64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?26????????63
192.168.1.1000 0000????????26
192.168.1.128? ? ? ? ? ? ? ? ? ?26????????63
192.168.1.1100 0000????????26
192.168.1.192? ? ? ? ? ? ? ? ? ?26????????63
例：
192.168.1.0????????26????????+6????????32+16+8+4+2+1=63
192.168.1.0????????24????????+8????????128+64+32+16+8+4+2+1=254
2.VLSM：
????????VLSM(可变长子网掩码) 是为了有效的使用无类别域间路由（CIDR）和路由汇聚(route summary)来控制路由表的大小，它是网络管理员常用的IP寻址技术，VLSM就是其中的常用方式，可以对子网进行层次化编址，以便最有效的利用现有的地址空间。
网络地址:主机号为全0
广播地址:主机号全1
192.168.1.0000 0000 /24+3=27??????254????????????????16+8+4+2+1=31
划分? ? ? ?ip地址? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 地址范围? ? ? ? ? ? ? ? 网络地址? ? ? ????????? 广播地址
000????????192.168.1.0 /27 ????????????????0~31? ? ? ? ? ? ? ???????192.168.1.0? ? ? ? ? ? ?192.168.1.31
001 ???????192.168.1.32 /27 ??????????????32~63? ? ? ? ? ? ? ? ? ?192.168.1.32? ? ? ? ? ?192.168.1.63010????????192.168.1.64/27????????????????64~95? ? ? ? ? ? ? ? ? ?192.168.1.64? ? ? ? ? ?192.168.1.95
011 ???????192.168.1.96 /27? ? ? ? ???????96~127? ? ? ? ? ? ? ? ?192.168.1.96? ? ? ? ? ?192.168.1.127
100????????192.168.1.128/27? ? ? ? ? ? ?128~159????????????????192.168.128? ? ? ? ? ??192.168.1.159
101????????192.168.1.160 /27? ? ? ? ? ? 160~191????????????????192.168.1.160? ? ? ? ?192.168.1.191
110????????192.168.1.192 /27? ? ? ? ? ? 192~223????????????????192.168.1.192? ? ? ? ?192.168.1.223
111????????192.168.1.224/27? ? ? ? ? ? ? 244~225????????????????192.168.1.224????????192.168.1.225
子网掩码：27
五、路由：
1.路由：
（1）路由是什么？
????????路由（routing）是指分组从源到目的地时，决定端到端路径的网络范围的进程 。路由是指导报文转发的路径信息，通过路由可以确认转发IP报文的路径。
（2）路由器
????????网络层的基本设备、数据转发、一个端口代表一个网段，路由器中存放着通往各个网段的表格，叫做路由表。
（3）路由表
????????路由表（routing table）或称路由择域信息库（RIB, Routing Information Base），是一个存储在路由器或者联网计算机中的电子表格（文件）或类数据库。路由表存储着指向特定网络地址的路径
（4）网关
????????网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。
（5）路由获取方式
????????直连路由、静态路由、动态路由
2.路由的配置方式：
（1）静态路由：
?????????静态路由：由管理员手工配置、配置方便，对系统要求低，适用于拓扑结构简单稳定的小型网络。
????????缺省路由：是一种特殊的路由，当报文没有在路由表中找到匹配的具体表项时才能使用的路由。
（2）动态路由：
????????动态路由：通过动态路由协议来实现不同网段的路由互通，动态路由协议由自己的路由算法，能够自动适应网络拓扑的变化，适用于具有一定数量的三层设备的网络。
????????动态路由协议：
????????????????RIP*：RIP（路由信息协议）、基于矢量的动态路由协议、适用于中小规模的网络拓扑，最大跳数为15
????????????????OSPF*：OSPF（开放式最短路径优先）、基于链路状态的协议、使用SPF算法，计算最短路径。树形协议。
????????????????BGP：BGP是自治系统间的路由协议。自治系统之间的路由协议。自治系统间的路由协议
????????????????IS-IS：IS-IS（Intermediate System-to-Intermediate System，中间系统到中间系统）与OSPF类似。IS-IS是基于路由路划分区域、OSPF利用接口划分。内部网关协议
????????????????RIP和OSPF的区别：
????????????????????????1.RIP是基于矢量的协议，OSPF是基于链路状态.
????????????????????????2.RIP适用于中小型网络拓扑，OSPF适用于较大规模的网络.
????????????????????????3.OSPF支持可变长度子网掩码（VLSM），RIP不支持.
????????????????????????4.OSPF的收敛速度比RIP的更加迅速.
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