计算机网络——网络层（IP协议）

目录

网络层

地址管理

①动态分配IP

②NAT机制（网络地址转换）

③IPv6

路由选择

---

网络层

主要做两方面内容

1.地址管理 制定一系列规则，通过地址，描述出网络上一个设备的位置

2.路由选择 一个节点到另一个节点之间，存在很多不同的路径，需要通过这种方式，规划出更合适的路径进行数据传输

补充“8位生存时间”

TTL的单位是次数，数据包被构造出来的时候，TTL会被设为一个初始值（32，64，128...），数据包每经过一个路由器转发，TTL就会-1，如果TTL耗尽还没有传输到达，就会被丢弃（如果目的ip不存在，通过生存时间机制就会被合理丢弃）

地址管理

IP地址，是一个32位整数 就是说能表示2^32=42亿九千万个地址，当今的上网设备显然超过这个数，那么如何解决IP地址不够用？

①动态分配IP

一个IP这个设备不用时给另外一个设备使用，提高IP地址的利用率，并没有增加IP地址数目（治标不治本）（是一个过度方案，但仍广泛存在）

②NAT机制（网络地址转换）

本质是让一个IP地址代表一批设备

比如一个大学中的学生收快递都使用同一个大学地址

IP地址分为两个大类

a.内网IP（局域网IP）

10.*或者172.16.*-172.31.*或者192.168.*

同一个局域网内部，内网IP之间不能重复，不同局域网中，内网IP之间可以重复

b.外网IP（广域网IP）

其余的IP

不允许重复，必须唯一

通常一个小区/学校/公司构成一个大的局域网，这样一个局域网就使用一个外网IP即可

NAT如何工作？

NAT机制使得局域网内部的设备可以主动访问外网的设备，外网的设备无法主动访问局域网内部的设备

NAT机制最大的优势就是“纯软件的方案”

当前的网络环境，就是以NAT+动态分配的方式解决IP地址不够用的问题

③IPv6

使用16字节表示IP地址

IPv4 -> 2^32

IPv6 -> 2^128（足够用）

但是目前还没有广泛普及...

IP地址的网段划分

IP地址 = 网络号（标识局域网）+ 主机号（标识局域网中的一个设备）

同一个局域网中的设备，网络号必须相同，主机号必须不同

两个相邻的局域网（通过一个路由器连接的两个局域网），网络号不能相同

IP地址网络号与主机号的划分由子网掩码（32位整数 左侧全1 右侧全0）确定

如果一个IP地址主机号全0，则这个IP就表示网络号（如192.168.100.0   255.255.255.0）（代表一个局域网 不分配给主机）

UDP天然支持广播和这个IP有关

UDP socket给这个地址发送UDP数据报，则局域网中的所有设备都能收到

而TCP无法和这个地址建立连接

环回IP：IP以127开头（常见127.0.0.1）表示设备自己~，主要用于测试工作，能排除网络因素，更好地排查代码中的问题

路由选择

描述了IP数据报转发过程

IP数据包转发的时候，每个路由器只知道与该路由器相连的设备，每个路由器内部有一个数据结构路由表，根据数据报中的目的IP查路由表

一个网络层的数据报，每到达一个路由器，会查该路由器的路由表，如果查到了，就直接按照路由表给定的方向（网络接口）转发；如果没查到，按照路由表中的默认表项（下一跳地址）转发