计算机网络系统学习精华总结（二）：网络层——2

       前文讲了虚拟互联网络，IP协议头部信息以及ARP协议，现在介绍IP地址的子网划分：32位的IP地址是由网络号和主机号组成的。根据这两个长度的不同，可以分为A、B、C三类地址。

       (1) IP地址的子网划分

       A类地址：8位网络号+24位主机号，其首尾是0。最小网络号位00000001（从1开始，因为0表示特殊网络），最大网络号为01111111（127.  表示回环地址），因此减去两个特殊的，A类地址子网数量是2^7-2个；最小主机号是0.0.1（全为0时表示当前网络段，不可分配为特定主机），最大主机号为255.255.254（主机号全为1的表示表示广播地址，给当前网络断所有主机发消息），因此主机数量为2^24-2个。

        B类地址：16位网络号+16位主机号，前两位是10，最小网络号128.1（B类地址128.0不可用），最大网络号191.255（10111111.11111111），子网数量2^14-1个，最小主机号0.1（全为0时表示当前网络段，不可分配为特定主机），最大主机号255.254（主机号全为1的表示表示广播地址，给当前网络断所有主机发消息），因此主机数量为2^16-2个。

        C类地址：34位网络号+8位主机号，前三位是110，最小网络号192.0.1（C类地址192.0.0不可使用），最大网络号223.255.255，子网数量2^21-1,最小主机号1（全为0时表示当前网络段，不可分配为特定主机），最大主机号254（主机号全为1的表示表示广播地址，给当前网络断所有主机发消息），主机数量为2^8-2个。

         不管是哪类地址，特殊的主机号总是全为0（表当前网络段）和全为1（表广播地址，向当前所有主机发消息）。

         对于网络号，A类地址中00000000表示特殊网络，网络段后7位全是1的表示回环地址（127）；B类地址中128.0不可使用；C类地址中192.0.0不可使用。127.0.0.1通常指本地回环地址（Loopback address），不属于任何一个有类别地址类。

        (2) 子网掩码

        子网掩码和IP地址一样，都是32位，子网掩码由连续的1和连续的0组成，某一个子网的子网掩码具备网络号位数个连续的1。A类地址的子网掩码255.0.0.0（8位1,24位0），B类地址的子网掩码255.255.0.0（16位1,16位0），C 类地址的子网掩码255.255.255.0（24位1,8位0）。

      （3）网络地址转换技术（NAT技术）

       早期的IP地址规划不合理，导致大量的IP浪费了，并且快分配完了，因此人们提出内网地址和外网地址的概念，能不能在网络拓扑边缘部分使用内网地址（内部机构使用，避免与外网地址重复），对外使用统一全球外网唯一的外网地址。这样一个公司、企业、家庭，对外使用全球唯一的外网地址，对内使用内网（可与别的团体的内网地址重复的），这样IP地址利用就能节省很多。但是如果内网设备通过同一个外网IP对外访问，那么外部怎么知道是具体哪个设备在请求？这就要用到NAT技术了。

        NAT技术（发生在本地路由器中）用于多个主机通过公有IP访问互联网的私有网络。NAT表存储着内网IP+端口号与外网IP+端口号的映射关系。

        (4) ICMP(Internet Control Message Protocol)协议

        先回顾下IP协议，IP协议传输真实的数据，ARP协议通过ARP缓存表存储IP地址与MAC地址对应关系，RARP将MAC映射成IP地址。ICMP协议辅助IP协议传输，可以报告错误信息或者异常情况。ICMP协议位于IP数据报的数据部分（IP头部有个8位协议表示IP数据报携带的具体数据是什么协议，为1时表示ICMP协议）。ICMP种类分两种：差错报告报文和询问报文。ICMP协议应用：ping应用和Traceroutr应用（探测IP数据在网络中走过的路径）。

        (5) 网络层的路由概述

         先介绍一个概念——自治系统（Autonomous System）：处于一个管理机构下的设备群，AS内部网络自行管理，AS对外提供一个或多个出入口。

         AS内部路由协议称为内部网关协议（RIP、OSPF），AS外部路由协议称为外部网关协议（BGP）。两个AS系统之间通过BGP联系。RIP（Route Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）、BGP（Border Gateway Protocol），具体的涉及到图论算法这里不介绍了，有需要的自行了解。比较重要的Dijkstra算法。路由算法本质是图论算法。

         至此，网络层的介绍就结束了，下期介绍传输层协议，涉及到计算机网络中最最最重要的TCP协议。