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

二、网际层协议IP

1.ARP地址解析协议

2.ICMP网际控制报文协议

3.IGMP网际组管理协议

4.RARP反地址解析协议

三、IP地址​编辑

1.IP地址的概念

        （1）概念：

        （2）组成：

        （3）IP地址和MAC地址的区别

2.IP地址的组成

        （1）主机地址/主机号

        （2）网络地址/网络号        

        （3）子网掩码

3.IP地址的分类

        （1）A类

        （2）B类

        （3）C类

        （4）D类

        （5）E类

        （6）特殊地址

4.lPv6 

5.IP地址二进制和十进制转换小技巧

四、子网划分

1.子网划分：

        （1）概念：

       （2）划分：

       （3）使用：

2.VLSM：

五、路由：

1.路由：

（1）路由是什么？

（2）路由器

（3）路由表

（4）网关

（5）路由获取方式

2.路由的配置方式：

（1）静态路由：

（2）动态路由：

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 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           192.168.1.63

010        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.