IP
主机 ：配有IP地址但是不能进行路由控制的设备
路由器 ：既配有IP地址又能进行路由控制
节点：主机和路由器的统称
IP 协议的核心特点
无连接：发送方发送数据包前，不需要和接收方建立连接；数据包独立传输，彼此无关联（可能走不同路径、乱序到达）。
不可靠：IP 协议不保证数据包的传输成功 ------ 不提供重传机制、不保证顺序、不检测数据损坏（仅头部有校验和，不校验数据部分）。
补充：可靠性由上层协议（如 TCP）实现，IP 只负责 "尽力投递"。
面向数据包：数据被分割成固定格式的 "IP 数据报"（数据包）独立传输，不关心数据的具体内容。
跨网络性：通过 IP 地址区分 "网络标识" 和 "主机标识"，支持不同类型网络（局域网、广域网等）的互联互通。
网段划分
网段划分的核心原理：借位子网划分
IPv4 地址默认分为 5 类（A/B/C/D/E），其中 A/B/C 类是常用的单播地址（可分配给设备），默认网络位长度固定：
IP 地址分类详解
| IP 地址类 | 范围（点分十进制） | 默认网络位长度 | 默认子网掩码 | 示例 |
|---|---|---|---|---|
| A 类 | 1.0.0.0 ~ 126.255.255.255 | 8 位（第 1 段） | 255.0.0.0（/8） | 10.0.0.5/8 |
| B 类 | 128.0.0.0 ~ 191.255.255.255 | 16 位（前 2 段） | 255.255.0.0（/16） | 172.16.3.20/16 |
| C 类 | 192.0.0.0 ~ 223.255.255.255 | 24 位（前 3 段） | 255.255.255.0（/24） | 192.168.5.30/24 |
网段划分的本质是「借主机位作为网络位」：默认网络位长度固定，通过从主机位中 "借 n 位" 作为额外的网络位，从而拆分出更多子网。
例如：C 类地址 192.168.1.0/24（默认网络位 24 位，主机位 8 位），借 2 位主机位作为网络位后：
新的网络位长度：24 + 2 = 26 位（CIDR 后缀 /26）；
新的子网掩码：255.255.255.192（二进制前 26 位为 1）；
子网数：2² = 4 个（借 n 位，子网数 = 2ⁿ）；
每个子网的主机位长度：8 - 2 = 6 位，可用主机数 = 2⁶ - 2 = 62 个。
路由
路由（Routing）是 网络中数据从「源设备」到「目标设备」的 "路径选择与转发过程" ------ 简单说，路由就是给数据包找 "高速公路"，让它能跨网段、跨网络到达目的地。
路由器（Router）：路由的 "执行者"
路由器是实现路由功能的核心硬件 / 设备，本质是「连接多个子网 / 网络，并转发数据包的智能设备」，核心能力：
连接多网络：一个路由器有多个网口（如 WAN 口、LAN 口），每个网口连接一个子网 / 网络（如 WAN 口连互联网，LAN 口连家里的子网）；
存储路由表：路由器内部有一张「路由表」（核心数据结构），记录了 "不同目标网络对应的转发路径"；
路径选择与转发：收到数据包后，解析目标 IP 地址，查询路由表，找到下一跳（Next Hop），把数据包转发出去。
路由表（Routing Table）：路由的 "地图"
路由表是路由器的 "导航地图"，记录了到达各个目标网络的关键信息，每条记录（路由条目）包含以下核心字段：
路由表字段详解
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| 目标网络（Destination） | 要到达的目标子网/网络（如 192.168.2.0/24、0.0.0.0/0 表示默认路由） |
| 子网掩码（Subnet Mask） | 区分目标网络的网络位和主机位（与目标网络配套） |
| 下一跳（Next Hop） | 数据包要转发到的下一个设备 IP（如路由器的另一网口 IP、上级路由器 IP） |
| 出接口（Interface） | 数据包从路由器的哪个网口转发出去（如 eth0、WAN 口） |
| 度量值（Metric） | 路径优先级（如跳数、带宽），度量值越小，路径越优（用于选最优路径） |
数据链路层
功能：在同一本地网络（或同一个广播域）内，实现两个直接相连的设备之间的可靠、高效的数据帧传输。
核心功能与关键技术
数据链路层通常被划分为两个子层：逻辑链路控制（LLC） 和 介质访问控制（MAC）。
成帧
将网络层传下来的数据包（如IP数据报）封装成"帧"，添加帧头和帧尾，使其成为数据链路层可识别的单元。
帧结构：
帧头：通常包含目标MAC地址、源MAC地址和类型/长度字段。
数据载荷：来自上层（网络层）的数据包。
帧尾：通常包含用于差错检测的帧校验序列（FCS）。
常见的成帧方法：
字符计数法：在帧头用一个字段标明帧内的字符数。（已很少使用）
字节填充的标志字节法：用特殊的标志字节（如 01111110）标识帧的开始和结束。如果数据中出现标志字节，就在前面插入一个转义字节。
比特填充的首尾标志法（HDLC协议常用）：同样用 01111110 作为开始和结束标志。在数据中，每当发送方连续遇到5个"1"，就自动插入一个"0"。接收方则进行反向操作，在连续收到5个"1"后，删除紧随其后的"0"。这保证了标志位序列在数据区中不会出现。
物理层编码违例法：利用物理信号中无效的编码序列来表示帧的边界。（如曼彻斯特编码中的高-高或低-低电平）
差错控制
确保接收方收到的帧是正确的。主要使用检错而非纠错。
核心机制：
发送方：对帧的数据部分进行特定计算，生成一个循环冗余校验（CRC） 值，并将其放入帧尾的FCS字段。
接收方：对收到的数据执行同样的CRC计算，将结果与收到的FCS值比较。
如果一致，认为帧正确，通常会回复一个确认（ACK）。
如果不一致，认为帧出错，将其丢弃，并可能回复一个否定确认（NAK） 或不回复。
后续动作：当发送方收到NAK或超时未收到ACK时，会重传该帧。这个"重传"机制是实现可靠传输的关键，它通常由更高层的协议（如数据链路层的ARQ协议或传输层的TCP）来完成。
流量控制
协调发送方和接收方的速度，防止"淹没"接收方。
核心协议：
停止等待协议：发送方每发完一帧，就停止并等待接收方的确认。收到确认后再发下一帧。简单但效率极低。
滑动窗口协议：
发送方和接收方各维护一个"窗口"，窗口大小代表了无需等待确认就能连续发送的帧的最大数量。
发送方每收到一个ACK，发送窗口就向前"滑动"。
这是最常用、最高效的机制。TCP也借鉴了此思想。
介质访问控制（MAC）
这是数据链路层的下半部分，专门解决"多路访问"问题：当多个设备连接在同一个广播信道上时，如何协调它们之间的通信，避免冲突？
静态划分信道：
频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、波分复用（WDM）、码分复用（CDM）。
优点：无冲突。缺点：资源利用率低，不够灵活。
动态分配信道：
随机访问（冲突不可避免，但有机制解决）：
ALOHA：想发就发，冲突了就随机退避后再发。
CSMA：先听再说。发送前先检测信道是否空闲。
CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）：以太网（Ethernet） 使用的经典协议。"边说边听"，一旦检测到冲突，立即停止发送，并等待一个随机时间后重试。
CSMA/CA（载波侦听多路访问/冲突避免）：Wi-Fi 使用。由于无线网络难以在发送时检测冲突，所以采用"预约信道"的方式来尽量避免冲突，如RTS/CTS机制。
受控访问：
轮询：有一个主设备依次询问每个从设备是否要发送数据。
令牌传递：一个特殊的"令牌"在网络中循环，只有拿到令牌的设备才能发送数据。
MAC地址
概念：一个48位的全球唯一标识符，固化在网卡的ROM中，也称为物理地址。格式如：00-1A-2B-3C-4D-5E。
作用：在本地网络内，用于标识唯一的网络接口。数据链路层通过MAC地址来寻址，决定将帧交付给哪个设备。
与IP地址的区别：
IP地址：逻辑地址，用于网络层在不同网络之间进行寻址，标识设备的网络位置。它是可以变的。
MAC地址：物理地址，用于数据链路层在同一网络内部进行寻址，标识设备的物理身份。它通常是固定的。
ARP地址
ARP（地址解析协议） 是数据链路层和网络层协同工作的一个关键协议，它完美地体现了这两层之间的"粘合剂"作用
核心问题：为什么要用 ARP？
想象一下，在网络层（IP层），你的电脑（比如 192.168.1.10）想要发送一个 IP 数据包给同一局域网内的另一台电脑（192.168.1.20）。
网络层只知道目标设备的 IP 地址（192.168.1.20）。IP地址是逻辑的，用于在不同网络间寻址。
但是，数据最终要交给数据链路层来封装成帧，才能在物理网络（如以太网）上传输。而数据链路层只认 MAC 地址（如 08-00-27-0a-6c-ef），因为它是在本地网络内进行物理寻址的。
这就产生了一个核心矛盾：我知道你要去哪（IP地址），但我不知道你的物理地址（MAC地址），所以我的数据帧没法投递。
ARP 就是为了解决这个问题而生的：根据已知的 IP 地址，查询其对应的 MAC 地址。
ARP 查询（广播）
1.检查缓存：主机 A 首先查看自己的 ARP 缓存表，看是否已经有 192.168.1.20 对应的 MAC 地址。
2.构造 ARP 请求包：如果缓存中没有，主机 A 会构造一个 ARP 请求报文
3.封装与发送：主机 A 将这个 ARP 请求包封装到一个数据链路层的帧中。
目标MAC地址：设置为 FF-FF-FF-FF-FF-FF（广播地址）。
源MAC地址：主机 A 自己的 MAC 地址。
然后将这个广播帧发送到网络上。
ARP 响应（单播）
1.全员接收：局域网内的所有设备都会收到这个广播帧。
2.检查并回应：
其他设备（如 192.168.1.30）看到请求的 IP 地址不是自己，就会忽略这个请求，但可能会将主机 A 的 IP-MAC 对应关系缓存下来。
主机 B (192.168.1.20) 发现请求的 IP 地址正是自己，于是它准备响应。
3.构造 ARP 响应包：主机 B 构造一个 ARP 响应报文，可以理解为：
"单独回信"： "嗨 192.168.1.10！我是 192.168.1.20，你要找的我的 MAC 地址是 BB-BB-BB-BB-BB-BB。"
4.封装与发送：主机 B 将这个 ARP 响应包封装到一个帧中。
目标MAC地址：直接使用主机 A 的 MAC 地址 (AA-AA-AA-AA-AA-AA)。
源MAC地址：主机 B 自己的 MAC 地址 (BB-BB-BB-BB-BB-BB)。
这是一个单播帧，直接发送给主机 A。
缓存结果
1.主机 A 收到 ARP 响应后，就从报文中获取到主机 B 的 MAC 地址。
2.主机 A 将这个 IP-MAC 对应关系 存入自己的 ARP 缓存表中，并设置一个有效期（通常为 2-20 分钟）。
3.现在，主机 A 就可以用主机 B 的 MAC 地址作为目标地址，正常封装数据帧并发送了。