網絡層負責在不同網絡之間盡力轉發數據包（基于數據包的IP地址轉發）。不負責丟失重傳，也不負責順序（每一個數據包都是單獨選擇路徑）。

可靠傳輸是由傳輸層實現。

網絡設備和OSI參考模型

通過分層，屏蔽了互聯網傳輸中的物理設備和通訊協議的復雜性。
路由器可以看到網絡層的地址，因此稱路由器為三層設備。

子網掩碼的作用：說明網段中網絡部分是哪些，比如說子網掩碼為255.255.0.0，這就意味著這個局域網中的所有計算機（比如說IP地址為x.y.z.w）都有相同的網絡部分x.y，后面的主機部分z.w是可以自己規劃的。

網關：局域網中和外界交換數據的接口（一般是交換機接該局域網的接口），用于說明如果需要向外部傳輸數據需要給哪個接口發送信息。有一個不成文的規定：網關地址為該局域網內第一個可以使用的地址。例如：子網掩碼255.255.0.0，網絡部分11.10.,那么網關的地址一般就是11.10.0.1。

路由器等需要正確配置路由表才能夠進行通訊。

計算機通信的過程

發送端準備

應用程序準備要傳輸的文件

傳輸層將文件分段，并進行編號

網絡層給每一段加上地址

數據鏈路層 :判斷方法：使用自己的子網掩碼對比源IP和目標IP的網絡部分（與運算）

• 相同，目標計算機和自己在同一個局域網內：廣播詢問目標IP的MAC地址（ARP協議）
• 不相同，說明不在一個網段：廣播詢問網關IP的MAC地址（ARP協議）
  將MAC地址加在數據包上，再加上FCS(幀檢驗序列)

物理層將幀轉換為比特流發送

IP地址負責首地址和目的地址，MAC地址負責這一跳和下一跳。交換機等設備只能根據MAC地址進行傳輸。集線器是廣播式傳輸，不會對比特流進行判斷。

集線器和網線都是物理層設備。

交換機進行存儲轉發：會將比特流接收，然后查看目標MAC地址決定如何轉發。即交換機可以看懂數據鏈路層的地址。因此說交換機工作在第二層（數據鏈路層），是二層設備。

路由器：收到數據幀以后檢查是發送給自己的然后將數據幀轉換為數據包（網絡層數據），然后根據目標IP地址和自己儲存的路由表選擇路徑。
（會修改數據包中的生存時間和數據幀中的MAC地址）
點到點通信：使用PPP協議，將數據包重新封裝成數據幀，不寫原MAC地址，只寫目標MAC地址FF（因為不需要判斷，只有一個鏈路）。

因此路由器是網絡層設備（三層設備）

病毒是一種應用程序。在傳送的時候會被應用層切成小段，因此集線器、交換機、路由器都不會中病毒。

但是病毒可能影響網絡通信：
比如在內網不斷發送廣播通信，或者某個計算機占用了過多的流量。

網絡層協議

ARP協議為IP協議提供服務，IP協議為ICMP和IGMP協議提供服務

ARP協議

負責將IP地址解析為MAC地址，是數據通信之前的工作。

假如發送方IP為X，MAC為A，接收方IP為Y
在確定IP地址Y以后，發送廣播（目標MAC地址為全FFF-FF-FF-FF-FF-FF），詢問IP地址為Y的電腦的MAC地址，Y收到廣播后發現是詢問自己的MAC地址，就將自己的MAC地址B告訴X。然后X將Y的MAC地址保存在緩存中，方便下次發送數據（下次發送的時候就不會進行詢問了）

arp -aWindows查看ARP緩存

ARP欺騙

因為ARP協議采取的是廣播通信的方式來獲得目標IP的MAC地址，如果根據這一特性當收到廣播的時候就算不是詢問自己的MAC地址也回應， 就會導致發送方誤以為這個MAC地址是真的（當然目標IP也會發送一個MAC地址，但是后發送的會覆蓋前面的），然后將數據都發給這個惡意回復的電腦，再將數據發給目標IP，通過這種方式獲取本不是發送給自己的數據。

相關軟件：網絡執法官、P2P終結者

ARP欺騙是數據鏈路層故障（因為是MAC地址出錯）

可以用arp -s靜態設置IP地址的MAC地址

但是靜態設置的重新啟動電腦以后就會被清除

可以將命令放在bat文件中，然后運行gpedit.msc(組策略編輯器)添加到開機腳本中
本地連接->修復，會將ARP的緩存清除掉

ICMP協議

在IP協議之上，用來測試網絡層是否暢通，如果有故障還能報告故障。
PING 命令使用 ICMP協議
主要命令PING（Packet Internet Grope），因特網包探索其，用于測試網絡連接量的程序。

ping 局域網的延遲一般小于10ms

TTL 對方發回來的數據包的生存時間（數據包的生存周期），每經過一個服務器，數據包的TTL減一，當數據包的TTL為0的時候將不會再發送該數據包。（通過這種方式防止數據包在網路上循環）

使用TTL可以粗略地估計對方的操作系統：如果ping的時間不長，可以通過TTL的范圍判斷。

• Linux 64
• Windows 128
• Unix 255

參數： /?查看所有的參數
ping -t不斷ping ping -l size IP改變包的大小
ping -i TTL IP改變TTL的大小，能夠跟蹤途徑的服務器

QQ能上網，但是網頁打不開：說明網絡層沒有問題，沒有欠費，沒有ARP欺騙，應該配置DNS服務器。

就算DNS服務器出現問題，QQ能夠登錄的原因是QQ直接使用IP地址，因此不需要解析域名。

ping的時候注意是哪里返回信息

本地返回目標主機不可到達：可能網關錯誤
網關返回目標主機不可到達：路由器沒有設置路由

pathping跟蹤數據包路徑，計算丟包情況（只能夠在windows下使用）

tracert 跟蹤路徑，在路由器上也支持（traceroute）

ping命令使用ICMP協議，雖然可以產生網絡流量，但是是網絡層命令，不是應用層程序（不需要對方安裝什么應用程序）

IGMP協議

Internet 組播管理協議

通信方式

點到點通信：目標地址很明確
廣播通信：在一個網段中實現，目標MAC地址為全一，網段中的所有計算機都能收到。但是無法跨越路由器
組播（多播）：相當于電視頻道，讓一組計算機綁定多播地址接收一個計算機發送的信息

IGMP協議原理

IGMP協議放在路由器上，掃描本網段中哪些計算機綁定多播地址，向上游路由器請求數據包。
多播不建立會話。

IP數據包

一個IP數據包由首部和數據兩部分組成
首部：

• 首部的前一部分是固定長度，共20字節，是所有IP數據報必須具有的
• 在首部的固定部分的后面是一些可選字段，其長度是可變的(大部分數據包都沒有)
  
• 版本 4bit：用來標識TCP/IP協議是哪一個版本的 v4/v6
• 首部長度：4bit，是否有可選字段
• 區分服務：一個字節，設置數據包優先級 QoS
• 總長度：2字節，數據包總共的長度，16bit，最大65535字節（2¹⁶-1），數據鏈路層數據最大1500字節(最大傳輸單元MTU)，因此需要對大的數據包進行分片才能成功發送。因此數據包的數據部分最大為1480字節（1500-20），否則就需要分片
  分片：將數據包中數據部分分割后都加上IP地址和分片的標識 ，傳輸后再組裝成大的包再給網絡層。
  如果有的分片沒有達到，接收方就會等待。（淚滴攻擊）
• 標識：2個字節數據包的標號，同一個數據包的分片有相同的標識
• 標志：占3bit，目前只有兩位有意義。標志字段的最低為是MF(More Fragment)，MF=1標識后面還有分片，MF=0標識這是最后一個分片。標志字段中間一位是DF(Don’t Fragment)，只有當DF=0的時候才允許分片
• 片偏移：該片開始部分在原數據包中數據部分位置/8
• 生存時間：就是ping命令中的TTL，每經過一個路由器就會減一，防止數據包在路由環路上一直傳送
• 協議：傳輸層UDP(17)/TCP(6) 網絡層OSPF(89)/ICMP(1)/IGMP(2) IPv6(41)
• 首部檢驗和：只檢驗數據包的首部，不檢驗數據部分。
  
• 源IP地址32bit 4字節
• 目標IP地址32bit 4字節
• 可變部分：為了增加IP數據包的功能（新的IP版本IPv6沒有可變部分），實際上很少使用

IP協議

讓路由器自動學習路由表的所有協議都是IP協議，有很多。
路由分為兩種：

• 管理員設置的靜態路由（網絡環境比較復雜的時候不太現實）
• 路由器自動學習的動態路由

網絡暢通的條件：數據包有去有回：沿途的路由都知道源IP地址和目標IP地址應該怎么走

靜態路由：需要管理員告訴路由器所有沒有直連的網絡下一跳給誰
適合小的網絡
不會隨著網絡狀態的變化自動調整

動態路由

RIP協議

每個路由器周期性廣播路由表：每隔30秒發一個廣播，告訴自己連接的網段。
如果沒有發送廣播其他路由器就認為沒有到達
判斷路徑的標準：跳數越少越好
周期性更新說明路由器還在工作
如果3個周期（90S)沒有發送消息，鄰居就認為該路由器已經去世
最大跳數15跳。
不適應網絡規模比較大的情況

OSPF協議

根據帶寬選擇最佳路徑

總結

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络【六】网络层协议的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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