计算机网络（谢希仁版）--网络层

网络层：　　

　　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。

　　网络层的协议：

　　　　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三个协议：
　　　　　　地址解析协议 ARP (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)
　　　　　　

　　网络层存在的意义：

　　　　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 IP 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 IP 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地址的编址方式：

　　　　分类的 IP 地址。这是最基本的编址方法，在 1981 年就通过了相应的标准协议。
　　　　子网的划分。这是对最基本的编址方法的改进，其标准[RFC 950]在 1985 年通过。
　　　　构成超网。这是比较新的无分类编址方法。1993 年提出后很快就得到推广应用。

　　常用的三种类别的IP地址：

　　　　网络号全0，表示本网络；主机号全0表示单个网络地址；主机号全1表示该网络上的所有主机

　　地址解析协议 ARP：

　　　　不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
　　　　每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存(ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。
　　　　当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。

　　　　主机是通过在本局域网上广播，对应主机响应并确认的方式，获取ARP 高速缓存的映射。

　　　　为了减少网络上的通信量，主机 A 在发送其 ARP 请求分组时，就将自己的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 请求分组。
　　　　当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。

　　　　注意：ARP 是解决同一个局域网上的主机或路由器的 IP 地址和硬件地址的映射问题。
　　　　　　　如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。
　　　　

　　　　为什么我们不直接使用硬件地址进行通信？

　　　　　　　由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。
　　　　　　　连接到因特网的主机都拥有统一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，因为调用 ARP 来寻找某个路由器或主机的硬件地址都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。

　　IP数据包的格式：

　　　　一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。
　　　　首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。
　　　　在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

　　　　版本号：IPV4--4， IPV6--6

　　　　标识和片偏移：用于数据报分片和组合，一个IP数据报超过链路层的MTU，就要分片

　　　　生存时间（TTL）：一个数据报最多经过多少个路由器

　　　　协议：数据报携带的数据是何种协议

　　IP层转发分组的流程：

　　　　特定主机路由：

　　　　　　这种路由是为特定的目的主机指明一个路由。
　　　　　　采用特定主机路由可使网络管理人员能更方便地控制网络和测试网络，同时也可在需要考虑某种安全问题时采用这种特定主机路由。
　　　　默认路由：

　　　　　　这种转发方式在一个网络只有很少的对外连接时是很有用的。
　　　　　　默认路由在主机发送 IP 数据报时往往更能显示出它的好处。
　　　　　　如果一个主机连接在一个小网络上，而这个网络只用一个路由器和因特网连接，那么在这种情况下使用默认路由是非常合适的。 

　　　　分组转发算法：

　　　　　　(1)  从数据报的首部提取目的主机的 IP 地址 D, 得出目的网络地址为 N。
　　　　　　(2)  若网络 N 与此路由器直接相连，则把数据报直接交付目的主机 D；否则是间接交付，执行(3)。
　　　　　　(3)  若路由表中有目的地址为 D 的特定主机路由，则把数据报传送给路由表中所指明的下一跳路由器；否则，执行(4)。
　　　　　　(4)  若路由表中有到达网络 N 的路由，则把数据报传送给路由表指明的下一跳路由器；否则，执行(5)。
　　　　　　(5) 若路由表中有一个默认路由，则把数据报传送给路由表中所指明的默认路由器；否则，执行(6)。
　　　　　　(6)  报告转发分组出错。

一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。
首部的前一部分是固定长度，共 20 字节，是所有 IP 数据报必须具有的。
在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

计算机网络（谢希仁版）--网络层

原文：http://www.cnblogs.com/qjjazry/p/6657994.html