计算机网络-第四章之网络层

网络层

每种协议都有自己的数据包格式？

一、网络层提供的服务

网络层负责在不同网络之间尽力转发数据包，基于数据包的IP地址转发。
不负责丢失重传，也不负责顺序。

1、数据包在互联网中的传送

路由器是三层设备

2、注意

网关就是你局域网的第一个地址一般，这样发送数据的时候，就知道去找哪个出口去转发数据出去了。

虽然上面的广域网到广域网(两个路由器之间)可以通，局域网到局域网也可以通，但是10.0.0.2到12.0.0.3不通，这是因为到了11.0.0.1之后，不知道怎么走，因为它两边是10.x.x.x和11.x.x.x，它不知道12.x.x.x怎么走，所以要自己指定或者添加路由表，这样下一个路由器就能找到12.0.0.3怎么走了。

二、网络设备和OSI参考模型关系

计算机通信的过程 本网段通信和跨网段通信

1、发送端

• 应用程序准备要传输的文件
• 传输层：将文件分段并编号
• 网络层：添加目标IP地址和源IP地址
• 数据链路层： 使用自己的子网掩码判断自己在哪个网段，然后再使用自己的子网掩码判断目标地址在哪个网段。如果是在同一个网段，直接使用arp协议广播解析目标IP地址的MAC地址。如果不是一个网段， 那么就使用arp协议广播网关的MAC地址。

IP地址决定起点和终点，物理地址决定下一跳给谁。
集线器只负责传递比特流，不做任何判断。

在上面的图片中从路由器到路由器因为是使用的PPP协议，属于点到点传输，所以物理地址是FF，固定，因为写什么都一样。
交换机能看懂数据链路层的地址，进行转发，所以交换机是两层设备,交换机看不懂IP，路由器可以看懂，同理路由器是三层设备。换句话说，对于路由器来说看到的就是数据包的流动，对于交换机来说，看到的就是数据帧的流动，对于集线器来说，就是bit流的流动。

三、网络层协议

四个：ARP、IP、ICMP、IGMP
图片下面的为图片上面的提供服务。

1、ARP(负责把ip地址转成物理地址)

ARP功能：
使用自己的子网掩码判断自己在哪个网段，然后再使用自己的子网掩码判断目标地址在哪个网段。如果是在同一个网段，直接使用arp协议广播解析目标IP地址的MAC地址。如果不是一个网段， 那么就使用arp协议广播网关的MAC地址。

网络中的计算机怎么知道其他计算机的MAC地址的，这就需要有一个协议解析对方的MAC地址，一次解析之后，就会缓存MAC地址，一段时间不用可能就删掉，这就是网络层的arp协议，arp解析得到物理地址是数据通信之前的工作，所以arp协议为IP协议提供服务。

ARP欺骗

就是当询问MAC地址的时候，其他的主机(不是目标机器)发送自己的MAC地址给询问机器，这样的话，每次发消息都会发送到这个主机，而不是目标主机。

arp绑定ip和MAC命令：
arp -s ip地址 mac地址
查看缓存：
arp -a
清除缓存：
点击本地连接 修复就能清除掉

2、IP协议(所有让路由器学习到路由表的协议统称为IP协议)

负责把数据包从一个网段转发到另外一个网段
数据包选择路径的协议都属于IP协议，后面讲的动态路由协议KIP、ospf都属于IP协议。

静态路由和动态路由

在转发的时候是怎么知道怎么走的呢，根据什么选择路径的呢？

• 通过路由表，路由表怎么有的呢，一种是通过管理员告诉， 这叫静态路由，还有一种是路由器通过某种协议相互学到到各个网段怎么走，比如RIP等，这叫动态路由。

静态路由适合小的网络，不能够自动调整路由。

RIP协议

周期性广播路由表给其他路由器，选择最佳路由的标准是跳数少，30秒更新一次。
最大跳数15跳，超过15跳就认定为不可到达，不适合网络规模大的公司企业等。

OSPF

选择最佳路径的依据是带宽，而不是过了几个路由。

网络畅通的条件

数据包有去有回，这就要求计算机要配网关，路由器要知道下一跳给谁了(不管去还是回来)。

3、ICMP(网际控制报文协议)

测试网络是否畅通、网络是否有故障。
ping命令底层就是ICMP协议

使用ICMP协议的命令

ping命令：

• time可以查看延时 TTL 生命周期，初始有初始值，每经过一个路由器就减去1，减到0的时候数据就丢失，用于防止数据在网上循环。
• TTL初始值可以用于判断对方是什么系统。因为Linux初始64，Windows初始128，Unix初始255。
• -i 表示设置初始的TTL，写1如果不够 那么第一个路由器会传回来数据说明TTL不够，同理…，可以通过不断的增加TTL来判断经过了哪几个路由器。换句话说就是通过更改数据包TTL时间，就能够跟踪数据包途径的路由器。
• -t表示一直ping下去

QQ能上网，网页打不开，可能是DNS解析不正确，可以多配几个DNS解析服务器。

pathping命令：

• 跟踪数据包路径，计算丢包情况。

(windows上)tracert命令：

• 跟踪路径 不计算丢包情况
• Unix上是traceroute命令，比如traceroute www.baidu.com。

4、IGMP(Internet组播管理协议)

点到点
广播：比如机房前面的电脑放东西，下面的电脑都能看到，数据发一份，所有计算机全接收。
组播=多播 (可以跨多个网段)

IGMP配置在路由器接口上，路由器周期性扫描本网段中哪些计算机绑定了多播地址。

四、IP数据包结构

1行32位 4个字节，所以前面5有行是固定的。

• 版本：用来表示TCP/IP是哪个版本的，如v4、v6。
• 首部长度：首部一共多大。
• 区分服务：控制数据包先发还是后发。
• 标识：标识相同的最后到了之后重组。
• 标志：用来标记收到的数据包是一个分片还是一个完整的数据包。
• 片偏移：
• 生存时间TTL：每过一个路由器就会减去1
• 协议：标志IP数据包里面的数据部分是什么数据，是UDP还是TCP、OSPF…,指明了数据交给谁处理。ICMP协议号1；ICMP：2；UDP：17；IPv6:41；OSPF：89。TCP：6
• 首部检验和用于检验数据是否正确。

在前面讲的数据链路层最大是1500字节，IP数据包最大为2^16-1=65535字节，所以发现了IP数据包反倒比帧大，这样的话就要分片传送。

从上图可以看出数据包最大为1500字节，包含20字节头部，所以数据部分最大为1480字节，所以如果不分片，数据包数据最大不超过1480字节。

数据包分片

分片加IP、MAC地址，到了目的地之后，重组。