網絡層提供的兩種服務

虛電路服務與數據報服務，下表為二者的對比

網絡層不提供服務質量的承諾，不保證分組交付的時限，所傳送的分組可能出錯、丢失、重複和失序。進程之間通信的可靠性由運輸層負責。

網際協議IP

網際協議IP（Kahn-Cerf協議）是TCP/IP體系中兩個最重要的協議之一，也是最重要的互聯網标準協議之一。

與IP協議配套使用的還有三個協議：

1.地址解析協議

2.ARP網際控制報文協議

3.ICMP網際組管理協議IGMP

在讨論IP之前，我們先了解什麼是虛拟互連網絡。

一、虛拟互連網絡

從一般的概念來講，将網絡互相連接起來要使用一下中間設備，根據其所在的層次，可以有以下四種不同的中間設備。

1. 物理層使用的中間設備叫做轉發器。數據鍊路層使用的中間設備叫做網橋或橋接器。網絡層使用的中間設備叫做路由器。網絡層以上使用的中間設備叫做網關。用網關連接兩個不兼容的系統需要在高層進行協議的轉換。

虛拟互連網絡：

強調：互聯網可以由多種異構網絡互連組成。

二、分類的IP地址

1、IP地址就是給互聯網上的每一台主機或路由器的每一個接口分配一個在全世界範圍内是唯一的32位的标識符。

2、IP地址現在由互聯網名字和數字分配機構ICANN進行分配。

分類的IP地址是最基本的編址方法，就是将IP地址劃分為若幹個固定類，A類、B類、C類地址都由兩個固定長度的字段組成，記為：IP地址 ::={<網絡号>，<主機号>}（“::=”表示“定義為”）網絡号标志主機或路由器所連接到的網絡；主機号标志該主機或路由器。 一台主機号在他前面的網絡号所指明的網絡範圍内必須是唯一的，由此可見，一個IP地址在整個互聯網範圍内是唯一的。

A類：（0.0.0.0-127.255.255.255）

• 網絡号字段為00000000保留地址，表示“本網絡”網絡号字段為01111111保留作為本地軟件環回測試本主機的進程之間的通信之用。每個A類網中最大主機數是2^24^-2

B類：（128.0.0.0-191.255.255.255）

• 128.0.0.0是不指派的，最小從128.1.0.0開始，則可指派的網絡數為2^14^-1每個B類網中最大主機數是2^16^-2(減2是因要扣除全0和全1的主機号)

C類：（192.0.0.0-223.255.255.255）

• 192.0.0.0是不指派的，最小從192.0.1.0開始，則可指派的網絡數為2^21-1每個C類網中最大主機數是2^8-2

得下表：

IP地址的特點：

1.每一個IP地址都由網絡号和主機号兩部分組成（IP地址是一種分等級的地址結構）。好處有二：1、IP地址管理機構隻分配第一級（網絡号），方便管理；2、路由器僅根據目的主機所連接的網絡号來轉發分組，從而減小了路由表所占的存儲空間以及查找路由表的時間。

2.實際上IP地址是标志一台主機或路由器和一條鍊路的接口，一個路由器至少應當有兩個不同的IP地址。

3.用轉發器或網橋連接起來的若幹個局域網仍為一個網絡。

4.在IP地址中，所有分配到網絡号的網絡都是平等（互聯網同等對待每一個IP地址）的。

注意！！

• 在同一個局域網上的主機或路由器的IP地址中的網絡号必須是一樣的。
• 用網橋互連的網段仍然是一個局域網。
• 路由器總是具有兩個或兩個以上的IP地址。
• 兩個路由器直接相連時，在連線兩端的接口處，可以分配也可以不分配IP地址，這段特殊網絡叫做無編号網絡或無名網絡。

三、IP地址與MAC地址

1. 區别：MAC地址是數據鍊路層和物理層使用的地址，IP地址是網絡層和以上各層使用的地址，是一種邏輯地址。
2. IP地址放在IP數據報的首部，MAC地址則放在MAC幀的首部。

強調！！

1. 在IP層抽象的互聯網上隻能看到IP數據報。
2. 路由器隻根據目的站的IP地址的網絡号進行路由選擇。
3. 在局域網的鍊路層中隻能看見MAC幀。
4. 盡管互連在一起的網絡的硬件地址體系各不相同，但IP層抽象的互聯網卻屏蔽了下層複雜的細節，在網絡層上，就使用統一的、抽象的IP地址研究主機和主機或路由器之間的通信。

四、地址解析協議ARP

作用：從網絡層使用的IP地址中，解析出在數據鍊路層使用的MAC地址。

每一台主機都設有一個ARP高速緩存，裡面有本局域網上的各主機和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。每一個映射地址項目都設有生存時間，來解決主機硬件地址的改變。 從IP地址到硬件地址的解析是自動進行的，主機的用戶對這種地址解析過程是不知道的。

過程~~ 當主機A要向本局域網上的主機B發送IP數據報，就先在其ARP高速緩存中查看有無主機B的IP地址，如有，就在ARP高速緩存中查出其對應的硬件地址，再把這個地址寫進MAC幀，然後通過局域網把該MAC幀發往此硬件地址。如果沒有，則按照以下步驟找出主機B的硬件地址。

1. ARP進程在本局域網上廣播發送一個ARP請求分組；
2. 在本局域網上的所有主機運行的ARP進程都收到ARP請求分組；
3. 主機B的IP地址與ARP請求分組中要查詢的IP地址一緻，則收下請求分組并向主機A發送ARP響應分組；
4. 其餘主機則不理睬該請求分組。（廣播發送請求分組，單播發送響應分組）主機A收到響應分組後，就在其ARP高速緩存中寫入主機B的IP地址到硬件地址的映射。

五、IP層轉發分組的流程

1.簡化：從一個路由器轉發到下一個路由器。

2.在路由表中，對每一條路由最主要的是以下兩個信息：

3.（目的物理地址，下一跳地址）

4.IP數據報最終一定可以找到目的主機所在的目的網絡上的路由器。隻有到達最後一個路由器時，才試圖向目的主機進行直接交付。

特定主機路由：對特定的目的主機指明一個路由。默認路由：隻要目的網絡是其他網絡，就一律選擇默認路由。

過程~~ 當路由器收到一個待轉發的數據報，在從路由表得出下一跳路由器的IP地址後，不是把這個地址填入IP數據報，而是送交數據鍊路層的網絡接口軟件。網絡接口軟件負責吧下一跳路由器的IP地址轉換成硬件地址（必須使用ARP），并将此硬件地址放在鍊路層的MAC幀的首部，然後根據這個硬件地址找下一跳路由器。就醬一步一步查找下去，直到最後到達目的網絡。

注：本文轉載自泰鬥實驗室微信公衆号；文内觀點僅供參考。

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