网络层的作用

如果不设置网络层，那么转发数据时只有数据链路层。由于数据链路层使用的是MAC地址，并且不同设备的MAC地址格式不同(厂家不同并且人们需求不同)所以在寻址时不方便。而使用网络层可以把不同的网络看成一个虚拟互连网络(所以网络层讨论的是多个网络互连的情况，讨论分组从一个网络通过路由器转发到另一个网络)，在这个虚拟互连网络中主机使用统一的IP地址。由于IP地址是二进制数(计算机计算二进数时很快 )，并且格式相同。所以可以使用统一的IP地址表示不同的网络(划分前缀)，这样在转发数据时就可以很方便的找到下一个网络。

使用IP地址时，需要使用ARP找到MAC地址(由计算机软件自动进行)。

 此外，IP地址存放在IP数据报的首部中。所以IP数据报首部的主要功能就是保存源主机IP和目的主机IP以便路由器可以进行前缀匹配，然后转发分组。此外，IP数据报首部还有切片、限制跳数TTL(防止兜圈子)、检验首部等功能。和IP数据报首部功能对应的有ICMP网际控制协议，当TTL=0,首部参数出错等情况，会向源主机或路由器发送差错情况。

此外，需要IP地址由IPV4过渡到IPV6。（IPV4不够用）

计算机网络：网络层概述_IP

网络层的作用：所以网络层的作用就是在这个虚拟互连网络中转发分组。具体来说，

使用路由器连接不同的网络（网络号不同），路由器使用特定的路由选择协议构造转发表来转发分组。如果目的IP地址和源地址在同一个网络，直接使用ARP协议找到目的主机的MAC地址，然后交付给数据链路层。如果目的IP地址和源地址不在同一个网络，根据路由器的转发表转发到其他网络。

路由表的转发表由路由器根据路由转发协议生成。互联网采取分层次的路由转发协议，划分较小的自治系统，在自治系统内部采取内部网关协议IGP，在自治系统之间采取外部网关协议EGP。

内部网关协议有RIP(基于距离向量的路由选择协议)和OPSF(基于链路状态的协议)。

网络层应该向运输层提供怎么样的服务？

无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。

网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组独立发送，与其前后的分组无关。

网络层不提供服务质量的承诺（可能出错、丢失、重复、失序、超时）。

由主机中的运输层负责可靠通信。

路由器之间传送的信息：

(1)源主机和目的主机之间所传送的数据。

源主机所发送的数据，从一个路由器转发到下一个路由器，最后把分组传送到目的主机。

(2)传送路由信息：

根据路由选择协议所使用的路由算法，彼此不断地交换路由信息分组，目的是为了在路由器中创建路由表。

网路层的两个层面：
数据层面

   数据层面关注于数据包的实际转发。这一层面上，每个路由器维护着一个转发表（Forwarding Table），用于直接指导数据包的下一步转发路径。

（1）转发表是从路由表中衍生出来的，通过简化路由表中的信息，使其更适合快速查找和转发。每个表项通常包含目的网络地址及其对应的输出接口。

（2）为了提高效率，现代路由器普遍采用专用硬件（如TCAM、ASIC芯片）来执行快速转发决策，这使得数据包的处理速度远超软件处理。硬件转发基于查表操作，一旦匹配到表项，即可立即将数据包从正确的接口转发出去，无需CPU介入。

控制层面

（1）控制层面负责网络层的策略制定和路由信息的管理，其核心任务是发现网络拓扑、计算最佳路径，并据此更新路由器的路由表。这一过程涉及复杂的路由协议，如RIP、OSPF、BGP等。

（2）不同的路由选择协议依据特定的路由算法来计算最合适的路径。这些算法考虑了多种因素，包括跳数、带宽、延迟、可靠性等，以确定到达目标网络的最佳路径。

（3）控制层面要求路由器之间定期或按需交换路由信息，这一过程称为路由通告或路由更新。通过这种方式，每个路由器能够获知整个网络或其自治系统内的可达性信息，从而动态调整其路由表。

（4）路由表的动态更新：随着网络状况的变化（如链路故障、新路径的发现），控制层面会及时调整路由表，确保数据转发的连通性和效率。这种动态性对于应对网络的不稳定性和变化至关重要。