计算机网络基础学习笔记--网络层

1.网络层提供的服务

计算机网络中的5层协议，每一层都要为上一层提供服务，物理层为数据链路层提供服务，数据链路层为网络层提供服务，网络层为传输层提供服务，传输层为应用层提供服务。那网络层提供什么样的服务呢？路由器工作在网络层，能够通过地址进行转发数据，两主机h1,h2之间发送数据，h1应用层产生数据，交给传输层进行分段并且编号，网络层负责在每段数据前加上目标地址和源地址形成数据包。数据包交给路由器，路由器通过目标地址选择路径进行传输。由传输层将数据分成不同段的数据再交由网络层形成数据包下发到达h2不是一定按顺序的。如果传输过程中产生丢失，网络层也不负责。网络层负责在不同网段之间选择路径进行传输数据，不负责丢包重传也不负责数据包到达的先后顺序。故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，也不负责到达顺序。

（子网掩码是告诉计算机那部分是网络部分例如10.0.0.0 子网掩码 255.0.0.0 则网络10为网络部分192.168.0.0 子网掩码为255.255.255.0则192.168.0为网络部分.每个网络中第一地址通常是网关地址分配给路由器，比如10.0.0.0 子网掩码 255.0.0.0 网段网关为10.0.0.1，192.168.0.0 子网掩码 255.255.255.0 网段网关为192.168.0.1）

2.数据发送和osi参考模型之间的关系



3.ARP协议

主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源(百度百科)。cmd中通过arp -a进行查询arp缓存。

4.ARP欺骗

ARP通过在同一网段内发送arp协议广播包解析目标ip地址的mac地址，此时网络内所有主机都能收到广播包，目标主机收到广播包以后会返回自己的mac地址，而此时发送arp广播包的主机也无法验证返回的mac地址是否为真正的目标主机mac。若发送端在收到目标mac地址后，局域网内又有主机向其发送另一mac地址，则发送端会删掉上一mac地址转而存储新的mac地址。

5.ICMP网际控制报文协议

ARP协议是负责将IP地址解析成物理地址，ip地址负责将数据包从一个网段转到另一个网段，而ICMP协议负责测试网络层是否畅通，若网络层出现故障则进行报告，ICMP中使用命名最多的是ping(Packet Internet Groper)命令，在ping通是返回的数据中TTL是指数据包的生存时间，数据包每过一个路由器TTL的时间会减一，TTL是为防止数据包在网上循环，当TTL为0时，数据包则会消失。通常对于不同的操作系统TTL初始时间不一样，一般Linux 64 Windows 128 Unix 255，pathping可用来跟踪路径和丢包率。tracert只是追踪路径不计算丢包率。

(ICMP详解http://www.2cto.com/net/201108/100201.html）

6.IGMP互联网组管理协议

单播”（Unicast）、“多播”（Multicast）和“广播”（Broadcast）

1)单播：网络节点之间一对一的通信，此时信息的传递和接收只在两个节点之间进行。网络上的绝大多数数据是以单播的数据进行的。例如收发带女子邮件、浏览网页，必须与邮件服务器、web服务器建立连接，此时使用的就是单播数据传输方式,但是通常使用点对点方式替代单播。

2)多播：”多播”也成为”组播”，网上视频会议、网上视频点播特别适合采用多播方式。如果采用单播方式，逐个节点传输，有多少个目标节点，就会有多少次传送过程，这种方式显然效率极低，是不可取的；如果采用不区分目标、全部发送的广播方式，虽然一次可以传送完数据，但是显然达不到区分特定数据接收对象的目的。采用多播方式，既可以实现一次传送所有目标节点的数据，也可以达到只对特定对象传送数据的目的。IP网络的多播一般通过多播IP地址来实现。多播IP地址就是D类IP地址，即224.0.0.0至239.255.255.255之间的IP地址。

3）广播：主机之间一对所有的通讯模式，网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发，所有主机都可以接收到所有信息（不管你是否需要），由于其不用路径选择，所以其网络成本可以很低廉。

(来自http://www.cnblogs.com/rogerroddick/archive/2009/08/31/1557228.html)

IGMP协议通常绑定到路由器上，用来周期性扫描本网段中，有哪些计算机绑定了多播地址，若网段中没有计算机绑定多播地址，则网段中不会有多播流。IGMP具有三种版本，即IGMP V1、V2、V3。v1版本主机可以加入多播组，没有离开信息，路由器利用超时去发现其成员不关注的组。v2版本包含离开信息，允许迅速向路由协议报告组成员终止情况，这对高带宽组播组或易变型组播组成员非常重要。v3版本允许主机指定它要接受通信流量的主机对象，来自网络中其它主机流量被隔离。同时也支持主机阻止那些来自非要求的主机发送的网络数据包。

(来自http://www.dgzj.com/article/tongxin/20160957643.html)

7.IP数据报具有的结构

一个IP数据报是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。网络层支持数据包最大长度为65535个字节，数据链路层支持数据最大长度为1500个字节，如果网络层过来的数据过大，则在数据链路层就要进行分片，在IP数据报中的固定长度20字节中有一个标识位（2个字节）和一个标志位，其中标志位来说明该数据包是完整数据包还是分片数据包，而标识位则用来进行标识分片数据包，同一个包的不同分片包的标识位是相同的。如果要IP数据报在数据链路层进行传输的时候不进行分片，则最大数据应该是1480个字节。正常情况下标志位(3位)全为010，即没有分片数据包