计算机网络层（1）

目录

1.网络层：

2.路由器：

3.IP协议

4.IP地址的分类：

5.子网划分：

6.ip路由汇总

7.ip报文包格式

8.路由器的工作原理

9.路由器数据包封装过程

10.ping命令的过程：

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1.网络层：

网络层介于传输层和数据链路层之间，主要是实现两个网络系统之间的数据传输，，不同的2网络之间的通信需要路由器的转发，同一个网络之间可以直接通信。

2.路由器：

路由器是一种网络设备，当数据从一个子网传输到另一个子网时，可以通过路由器的路由功能来完成。

3.IP协议

ip协议：Internet Protocol,网际协议

是TCP/IP体系中两个最重要的协议之一，是最重要的互联网标准协议。通俗讲就是互联网上传输数据的一种规则。。

4.IP地址的分类：

A类ip地址：
A类地址=8个网络位+24个主机位

A类的ip地址范围：1~127，（10.0.0.0~10.255.255.255是私有地址，私有地址不能在互联网上使用）

 全球有127个A类地址，一个A类地址能容纳2^24-2个主机，主机位全0表示子网号，全1表示广播。

B类ip地址:

B类地址=16个网络位+16个主机位，
B类ip地址范围：128~191（172.16.0.0~172.31.255.255是私有地址）

C类ip地址：
C类地址=24个网络位+8个主机位

C类IP地址范围：191~239（192.168.0.0~192.168.255.255是私有地址）

一个c类网络能容纳254个主机，一个c类网络只够一个小型的公司使用。

D类IP地址：范围：224~239，D类地址是公网上用于组播使用的地址

E类ip地址：范围：240~255，E类ip地址是保留用于科学研究使用的

子网掩码：用来确定ip的网络，由32个二进制数表示，ip地址和子网掩码作逻辑与运算就得到了子网范围。

A类子网号：255.0.0.0

B类子网号：255.255.0.0

C类子网号：255.255.255.0

5.子网划分：

将一个大的网络划分成很多个小的网络就是子网划分，私有网络内不需要划分子网，在公有网络内就需要划分子网，划分子网提高了网络的安全性。

子网划分的本质是网络向主机借位，增加网络的个数，但是网络内能容纳的主机数就会减小

子网的个数=2^n(n是网络向主机借的位数)

主机位数：2^m（m是剩余的主机位数）

6.ip路由汇总

将小的子网合并成一个大的网络，用于简化路由配置

将ip地址网络部分相同的位数找出，相同的合并成同一个子网

如图所示，R1能容纳10.0.0.0/24和10.0.1.0/24的网段主机，R2能容纳10.0.16.0/24和10.0.17.0/24网段的主机，R2能容纳10.0.4.0/24、10.0.5.0/24、10.0.6.0/24、10.0.7.0/24网段的主机，同理R4能容纳10.0.32.0/24和10.0.33.0/24网段的主机。

7.ip报文包格式

一个IP报文总共20个字节

版本号：是指该报文是ipv4还是ipv6的报文，占0.5个字节

首部长度：ip包头部长度，占0.5个字节

优先级与服务类型：提供三层的QOS（Quality of Service， 服务质量）， web、mail的包设置不同的优先级，优先转发，占1个字节

总长度：ip数据总长度， 占2个字节

标识符、标志、段偏移量：上层来到数据到ip层会被分段，这几个字段用来对数据包进行表示，使在数据到达目的端重组的时候不会乱序。共占4个字节

TTL：（Time To Live, 生命周期）,IP包每经过一个路由器ttl的值就会减1，防止数据包一直在网络上传输，消耗网络带宽，路由器收到ttl值为0的时候就会丢弃这个数据包，不予转发， 占1个字节

协议号：协议字段，用来表示封装的上层数据是udp还是tcp，udp是17，tcp是6，占一个字节

首部校验和：对方在拿到我们的数据包的时候通过首部校验和校验包是否被修改的，占两个字节

源地址，占四个字节

目的地址，占四个字节

8.路由器的工作原理

路由：跨越从源主机到目的主机的一个互联网络来转发数据包的过程

路由器：是西安跨网段通信的工具

网关：网络的关口，本质上就是路由器的一个lan口（网关的ip地址是子网内有效的ip地址的任意一个，一般情况下我们使用第一个或者最后一个ip地址作为网关）

路由表：路由器或者其他互联网网络设备上存储的表，该表中存有到达特定网络终端的路径

 linux查看路由命令：ip route

windows查看路由表命令：route print

路由类型：根据路由器学习路由信息、生成并维护路由表的方法包括直连路由(Direct)、静态路由(Static)和动态路由(Dynamic)。直连路由：路由器接口所连接的子网的路由方式称为直连路由；非直连路由：通过路由协议从别的路由器学到的路由称为非直连路由；分为静态路由和动态路由（来自百度百科）

1.直连路由：给路由器接口配置ip地址、接口激活，形成直连路由

2.静态路由：由管理员手工配置，缺乏灵活性，适合小型网络

静态路由配置：ip route 192.168.10.0 255.2255.255.0 192.168.21.1

                                         目标网段   目标网段子网掩码  下一跳地址

下一跳地址：对方路由器的ip地址

路由器相连的接口，对方ip和自己的ip地址是同一个网段

3.动态路由：是路由器相互学习路由条目，自动在路由表里生成，不需要人工去添加，适合大网络

4.默认路由：当路由器在路由表中找不到目标网络的路由条目是，路由器把请求转发到默认路由接口，默认路由属于特殊的静态路由，如果在默认路由中都找不到合适的路劲就丢弃

ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.20.2

              任意ip地址  任意网关 对方路由器ip地址

路由器优先级：直连路由-》静态路由-》动态路由-》默认路由

9.路由器数据包封装过程

1.A主机pingB主机的时候封装源mac地址是本机的mac地址，目的mac地址是路由器的mac地址，而不是目的主机的mac地址，因为源主机和目的主机不在同一个网段，A主机的数据包无法直接到达B主机，需要先将包发送扫到路由器，由路由器进行转发，路由器拿到A主机的数据包的时候会解析header的目的ip地址，查看路由表，是否有要到达的主机的网段，如果有就将目的mac改为对方主机的路由器地址，由对方路由器将A主机的数据包转发给B主机。（ip地址是全局唯一的，mac地址是在局域网里面使用的）

10.ping命令的过程：

hostApinghostB

1.hostA拿b主机的ip地址和子网掩码进行与运算，得到网段号192.18.2.0

2.hostA主机会到自己的路由表里面去寻找是否可以到达192.18.2.0网段， 发现有一条默认路由可以走，就选择走默认路由

3.查询默认路由表的下一条地址（网关ip）， 然后就到arp缓存里寻找网关192.168.1.1的mac地址

4.先封装ip包源hostA，目的HostB

5.封装帧的时候，源mac地址使用自己的，目的mac使用网关的

4 packages transmitted 表示发送四个请求报文

4 received 表示收到四个回复报文

0% packet loss 表示丢包率为0

time 3017ms 表示一共花费时间3017毫秒 

min表示最短收到回复的报文时间

max表示收到回复报文的最长时间

avg表示收到报文的平均给时间

avg时间越短说明网速越快，丢包率越低说明网咯越稳定

11.网络故障排查的方法：

分层检查：

从物理层检查，查看端口状态来排除接口、线缆问题

查看ip地址和路由器是否配置正确

分段检查：

将网络划分成很多个小段，逐段ping来排除错误