计算机网络基础之网络层协议

影龙帝皖

于 2025-03-07 15:21:56 发布

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文章标签：计算机网络

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一.网络层的功能

网络层：就是选择数据传输的最佳路径（不同网段之间只能进行路由器进行转发）

1.定义了基于IP协议的逻辑地址

2.连接不同的媒介类型

3.选择数据通过网络的最佳途径

4.网络层负责对子网间的数据包进行路由选择。此外，网络层还可以实现拥塞控制、网际互连等功能

5.基本数据单位为IP数据报

6.包含的主要协议：

IP协议
ARP协议
ICMP协议

二.IP数据包格式

IP数据包格式，分为20字节固定部分（每个IP数据包必须包含）和最长40字节的可变长部分。各字段含义如下：

版本号（4bit）：指IP协议版本，目前常用IPv4，表示为0100，通信双方版本须一致。
首部长度（4bit）：IP数据包的包头长度（不包括数据），单位是32位字（1个32位字长是4字节）。
优先级与服务类型（8bit）：用于表示数据包的优先级和服务类型，实现服务质量要求。
总长度（16bit）：IP数据包的总长度，最长为65535字节，包括包头和数据。
标识符（16bit）：IP对上层数据分片时，给所有分片数据分配一组编号放入该字段，保证分片能正确重组。
标志（3bit）：和标识符一起传递，指示不可以被分片或者最后一个分片是否发出(完整) 。
段位偏移量（13bit）：指示在一个分片序列中各分片的连接顺序。
TTL（time to live）生命周期（8bit）：防止数据包在网络中无限循环转发，每经过一个路由器 -1，值为0时数据包将被丢弃。
协议号（8bit）：指出封装的上层协议，如ICMP为1 、TCP为6 、UDP为17。
首部校验和（16bit）：只检验数据报的首部，不包括数据部分。
源IP （发送方IP地址 32bit），目的IP（接收方IP地址 32bit）及可选项（可变部分，用于实现一些扩展功能，长度可变）。

三.ICMP协议

1.定义与基本概念：

ICMP是TCP/IP协议族的子协议，属于网络层协议。它允许主机或路由器报告差错情况和提供有关异常情况的报告，为网络设备提供了一种标准化机制，用于传送连接和网络状态等重要信息。所有连接到网络的设备，包括路由器和端点设备，都可以处理ICMP消息。它在IP主机、路由器之间传递主机是否可达、路由是否可用等控制消息。并且，ICMP已经过调整，可以同时使用IPv4和IPv6。

2.主要作用：

诊断网络问题：网络管理员可以通过分析ICMP消息来定位网络故障，例如检测链路质量、识别网络延迟或丢包率。ping和tracert这两个常用网络管理命令就是利用ICMP协议来实现网络功能。ping用来测试网络可达性，tracert用来显示到达目的主机的路径。
支持路由选择：某些类型的ICMP消息被用于路由协议中，比如IGP（Interior Gateway Protocols）和EGP（Exterior Gateway Protocols）中的路由更新和维护。
协助网络配置：ICMP重定向消息能够指导主机调整路由表，以更优路径转发数据包。
错误报告：对于具有无连接通信模型的用户数据报协议（UDP）尤其重要。UDP不提供可靠、有序的数据包传输，发送UDP数据包时，数据包可能会丢失，也可能在传送时出现校验和错误等故障。如果发生这种情况，接收方会将ICMP错误报告消息发回给发送方，以通知该问题。