计算机网络:网络层（虚电路服务，数据报服务，互连网络与虚拟互连网络，IP协议，子网掩码的作用）

网络层提供的两种服务

网络层关注的是如何将分组从源端沿着网络路径送达目的端
在计算机网络领域，网络层应该向运输层提供怎样的服务（“面向连接”还是“无连接”）曾引起了长期的争论。
争论焦点的实质就是：在计算机通信中，可靠交付应当由谁来负责？是网络还是端系统（现在是端系统）
就好比如现在的快递服务，如果是两个人之间直接交易还能确保物品的正确交换，但是如果是像快递一样，客户和商家之间只是发货和收货，那么在物品传输的过程中出现的问题怎么办？如果是网络提供可靠交付，那么就是每一个快递传送站点都要检查快递是否没有出现问题，这样无疑效率很低，所以是端系统提供可靠交付，快递站默认传输的东西都是没有问题的，到达客户后再由客户看看有没有问题，有问题就让商家重发，快递重新送

两种服务：网络层应该向运输层提供怎样的服务

虚电路服务

虚电路表示这只是一条逻辑上的连接，分组都沿着这条逻辑连接按照数据报操作方式传送，而并不是真正建立了一条物理连接。
注意，电路交换的电话通信是先建立了一条真正的连接。因此分组交换的虚连接和电路交换的连接只是类似，但并不完全一样。

H1发送给H2的所有分组都沿着同一条虚电路传送，如果这条线路断开了，那么H1和H2就是不通的了

数据报服务

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（即IP数据报）独立发送，与其前后的分组无关（不进行编号）。
网络层不提供服务质量的承诺。即所传送的分组可能出错、丢失、重复和失序（不按序到达终点），当然也不保证分组传送的时限。

尽最大努力交付的好处：
“由于传输网络不提供端到端的可靠传输服务，这就使网络中的路由器可以做得比较简单，且价格低廉（与电信网的交换机相比较）。
如果主机（即端系统）中的进程之间的通信需要是可靠的，那么就由网络的主机中的运输层负责（包括差错处理、流量控制等）。
采用这种设计思路的好处是：网络的造价大大降低，运行方式灵活，能够适应多种应用。
因特网能够发展到今日的规模，充分证明了当初采用这种设计思路的正确性。

H1发送给H2的分组可能沿着不同的路径传送，就算里面有一条路线是断开了，那么数据包就会走其他的路线进行传送，两台主机不会无法连接

网际协议IP

虚拟互联网

网络互连的设备

中间设备又称为中间系统或中继（relay）系统。
物理层中继系统：转发器（repeater）。
数据链路层中继系统：网桥或桥接器（bridge）。
网络层中继系统：路由器（router）。
网络层以上的中继系统：网关（gateway）。

网络互连的设备：路由器
当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅是一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。
网关由于比较复杂，目前使用得较少。互联网都是指用路由器进行互连的网络。
由于历史的原因，许多有关TCP/IP的文献将网络层使用的路由器称为网关

互连网络与虚拟互连网络

虚拟互连网络的意义
所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用lP协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。使用IP协议的虚拟互连网络可简称为lP网。
使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。

IP协议简介

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一。
与IP协议配套使用的还有四个协议：
地址解析协议ARP（Address Resolution Protocol）
逆地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol）
网际控制报文协议 ICMP（Internet Control Message Protocol）
网际组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol）

IP层次结构

层次化IP地址

比如右边的路由器接收到的地址的前面是192.168.1开头的目的地址，那么就会不理后面的是什么，直接向左边发送出去，为192.168.1的网段在左边
主机地址不能全为0，也不能全为1
主机号全0表示的是网络本身，这个标识一个网络的
主机号全1代表的是向这个网段直接广播的

网络地址

网络地址（也可以称为网络号）唯一指定了每个网络。同一网络中的每台计算机都共享相同的网络地址，并用它作为自己IP地址的一部分。

IP地址就是32位的，A类IP地址将网络地址用8位表示，24位表示主机地址
这样在同一个网段就可以有256256256太机器

B类地址就是16位网络地址和主机地址
C类地址是24位网络地址，8位主机地址，一个网段可以有256台机器

根据上面的二进制和十进制之间转换的特点，网络的设计者可能想使用前面的8位来区分ABCD类地址

以0开头的就是表示A类地址，表示从0-127
而10开头的就是表示B类地址，表示从128-191
而110开头的是表示C类地址，表示从192-223
而1110开头表示D类地址，表示从224-239
下图的最大可指派的网络数
A因为第一位必须是0，还不能是全0和全1，所以就是2^7-2
B因为10，少了两位，还有128.0表示环回，表示本身，通常不指派，所以减去一个1

几个特殊的IP地址

127.0.0.1 本地环回地址
169.254.0.0 计算机在向网络获取IP地址的时候获取不到，就自己产生一个临时地址
保留的私网地址
10.0.0.0
172.16.0.0----172.31.0.0
192.168.0.0----192.168.255.0

(1)  广播地址
    TCP/IP协议规定，主机号全为“1”的IP地址用于广播之用，称为直接广播地址。用以标识网络上所有的主机，例如，192.168.1.10是一个C类地址，广播地址是192.168.1.255。当某台主机需要发送广播时，就可以使用直接广播地址向该网络上的所有主机发送报文。
(2)有限广播地址
    有时需要在本网内广播，但又不知道本网的网络号，于是TCP/IP协议规定，32比特全为“1” 时的IP地址用于本网广播。因此，该地址称为“有限广播地址”，即255.255.255.255。
(3) “0”地址
TCP/IP协议规定，主机号全为“0”时，表示为“本地网络”。例如，“128.20.0.0”表示“128.20”这个B类网络，“192.168.1.0”表示“192.168.1”这个C类网络。
(4) 回送地址
    以127开始的IP地址作为一个保留地址，例如127.0.0.1，用于网络软件测试以及本地主机进程间通信，该地址被称为“回送地址”。

子网掩码的作用

子网掩码（subnet mask）又叫网络掩码、地址掩码，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。
如果一台计算机的IP地址配置为172.16.122.204，子网掩码为255.255.0.0。将其IP地址和子网掩码都写成二进制，进行与运算，即1和1与运算得1，0和1或1和0做与运算都得0。这样经过IP地址和子网掩码做完与运算后，主机位不管是什么值都归零，网络位的值保持不变，这样就得到该计算机所处的网段为172.16.0.0。