【计算机网络入门】初学计算机网络(十)(重要)

目录

[1. 网络层的作用](#1. 网络层的作用)

[2. IPV4](#2. IPV4)

[2.1 IP 数据报格式](#2.1 IP 数据报格式)

[2.2 IP地址分类方案](#2.2 IP地址分类方案)

[2.3 数据的转发](#2.3 数据的转发)

[2.4 特殊用途的IP地址](#2.4 特殊用途的IP地址)

[3. 子网划分和子网掩码](#3. 子网划分和子网掩码)

[3.1 子网划分](#3.1 子网划分)

[3.2 子网掩码](#3.2 子网掩码)


1. 网络层的作用

按照教学五层模型,应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层,应用层的单位是报文,经由传输层切割为报文段,在网络层给报文段加了一个IP首部,就变成了IP数据报(分组),经由数据链路层封装成帧,再由物理层以比特的形式进行传输。

2. IPV4

2.1 IP 数据报格式

首部固定部分(20字节) + 可变部分(0-40字节)

当IP数据报过于大的时候,会将数据进行分片,我们通过最低位MF和次低位DF,可以了解到分片的信息。假如有一段IP数据报不允许分片,但是这段IP数据报过于大了,那说明这段IP数据报没有办法传给目的网络。

片偏移是指数据在分片之前所处的位置,以8B为一个单位。

ip数据报头结构还包含着生存时间(TTL),当每经过一个路由器就会减1,就丢弃分组,如果减到0就会向主机发送一个ICMP报文。

发送和接收方的地址各占32bit。

2.2 IP地址分类方案

最初的时候,我们使用IPV4协议,有32bit,也就是说最多能表示2的32次方 = 42亿个地址,当时只有政府、学校、军队才会有机会使用互联网,所以42亿完全够用。

2.3 数据的转发

每一个路由器都是一个网关,维护同一类的ip地址;当有数据进行转发的时候会根据路由转发表进行转发。

①当一个IP数据报需要进行发送的时候,首先会查看头部的源地址和目的地址,判断是否是同一类网络(比如B类网络需要比对前16个bit位),如果属于同一类网络那就不需要经过路由器的转发。

②数据链路层把数据分组封装成MAC帧,根据ARP协议将目的地址的MAC地址找到,根据目的地址的MAC地址由交换机、集线器不断转发最终找到目标;目标收到MAC帧之后,把MAC帧的控制信息拆掉,最后得到的是真正的IP数据报。

2.4 特殊用途的IP地址

①主机号全0,既不能用于发送地址也不能用于目的地址。

②C类广播:x.x.x.255(主机号全为1),对x.x.x进行广播。

③0.0.0.1只能做源地址。

④0.0.0.0本网络的本主机。暂时没有IP地址。此时需要发送DHCP报文从而获得地址。

⑤255.255.255.255本网络进行广播。

⑥127.x.x.x回环地址,表示主机本身。当我们在本地开发服务端和客户端,我们需要测试通信,就可以把源地址和目的地址设置成127.0.0.1,由于网络号是127,网络层接收之后会发给自己。

3. 子网划分和子网掩码

3.1 子网划分

如果是B类网址,我们有16位主机号,我们可以从16位主机号中拿出一位作为子网号,就可以把这一个网分成两个子网。简单的说就是把原本的主机号划出一部分作为子网号,划分为不同的子网从而提高资源的利用率。

每个子网地址的主机地址不能全0(子网本身),全1(就是广播地址)。只有网络号+子网号相同的地址才算是同一个子网。

3.2 子网掩码

本机IP地址和子网掩码做与运算,可以得到本机网络号和子网号;目的主机也是如此,这样一来我们可以判断目的地址和本地地址是否属于同一个子网。如果支持子网划分,那么该路由器的路由转发表就会增加子网掩码。目的IP地址和子网掩码做按位与运算,再和目的网络号+子网进行对比找到对应的转发接口进行转发。

加上了子网掩码,数据该怎么发送呢?首先我们将目的地址和源地址对自己的子网掩码进行按位与,得到网络号和子网号,如果网络号和子网号相同就说明是同一个子网,就不需要进行转发,此时我们直接把数据报封装成MAC帧,直接找到目的地址的MAC地址,数据就发送过去了;

但是如果网络号和子网号不同,说明不属于一个子网,需要进行路由器的转发,通过ARP协议知道网关的MAC地址,所以发送给网关(路由器),在数据链路层中,路由器把MAC帧的首部尾部拆除之后交给网络层,网络层根据目标地址来决定数据的去向。

对于没有进行子网划分的网络,例如C类网络会给一个默认的子网掩码:255.255.255.0;

对于路由表没有记载的路由,会有一个默认路由,当ip地址和默认路由的子网掩码按位与,我们会得到默认路由0.0.0.0就会从指定接口进行转发。

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