今天总结一下计算机网络中网络层的知识！！
网络层的设计思路：
网络层向上只提供简单灵活的，无连接的，尽最大努力的交互的数据报服务。 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，与其先后的分组无关。 网络层不提供服务质量的承诺。 也就是说，所传送的分组可能出错，丢失，重复和失序，当然也不保证分组交互的时限。
网际协议IP配合使用的协议：
地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol).
网际控制报文协议ICMP（Internet Control Message Protocol)
网际组管理协议IGMP（Internet Group Management Protocol).
逆地址解析协议RARP（Reverse Address Resolution Protocol，被淘汰).
虚拟互联网络：
一般来讲，将网络互相连接起来要使用一些中间设备。 根据中间设备所在的层次的不同，有以下四种中间设备：
物理层使用的中间设备：转发器。
数据链路层使用的中间设备：网桥或者桥接器
网络层使用的中间设备：路由器
网络层以上使用的中间设备：网关。
当中间设备为转发器或者网桥时，这仅仅是把一个网络扩大了，从网络层的角度看，这仍然是一个网络，一般并不称为网络互联。
TCP/IP协议在网络互联上采用的做法是在网际层采用了标准化协议，但相互连接的网络则可以是异构的。 由于参加互联的计算机网络都是用相同的网际协议IP，因此可以把互联以后的计算机网络看成一个虚拟互联网络。 所谓虚拟互联网络也就是逻辑互联网络，它的意思是互联起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用IP协议就可以使这些性能各异的网络在网络层上看起来好像一个统一的网络。
IP地址：
IP地址由 因特网名字和数字分配机构ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)进行分配。有关IP最重要的文档就是RFC 791,它很早就成为了因特网的正式标准。
任何一个IP地址都是由网络号和主机号构成。
分类的IP地址：
A类,0xxxxxxx(八位网络号)+24位主机号
B类,10xxxxxx xxxxxxxx(16位网络号）+ 16位主机号
C类，110xxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx(24位主机号） + 8位主机号
D类，1110 xxxx(29位多播地址）
E类,1111 xxxxx(29位保留今后使用）。
说明： IP地址实际上标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的IP地址，其网络号必须是不同的。 在互联网核心部分的路由节点应当至少具有两个不同的IP地址。
按照因特网的观点，一个网络是指具有相同网络号net-id的主机的集合，因此，用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍是一个网络，因为这些局域网都具有同样的网络号。具有不同网络号的局域网必须使用路由器连接。
在IP地址中，所有分配到网络号的网络（不管是A类，B类，还是C类）都是平等的。 所谓平等，是指因特网同等的对待每一个IP地址。
MAC地址：
物理地址是数据链路层和物理层使用的地址，而IP地址是网络层和以上各层使用的地址，是一种逻辑地址（称IP地址为逻辑地址是因为IP地址使用软件实现的。）
在发送数据时，数据从高层下到底层，然后在通信链路上传输。 使用IP地址的IP数据报一旦交给数据链路层，就被封装成MAC帧。 MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址。
注意：
1.在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。虽然IP数据报要经过很多的中间路由器转发，但是在当前的IP数据报中源地址和目的地址始终分别是发送时的源IP与目的IP。
2.虽然IP数据报首部由源IP地址，但是路由器只根据目的地的IP地址的网络号进行路由选择。
3.在局域网的链路层，只能看见MAC帧，IP数据报被封装在MAC帧中。 MAC帧在不同的网络上传送时，其MAC帧首部中的源地址和目的地址都要发生变化。也就是说，MAC帧没经过一个路由转发，都要被重写两次MAC帧的源地址与目的地址。 但是这种操作对IP层来说是看不见的。
4.IP层抽象的互联网屏蔽了下层的很复杂的细节。 只要我们在网络层上讨论问题，就能够使用统一的，抽象的IP地址研究主机和主机或路由器之间的通信。 上诉的屏蔽概念是一个很有用，很普遍的基本概念。 如，计算机中广范使用的图形用户界面使得用户只需简单地点击几下鼠标就能让计算机完成很多任务。 实际上计算机要完成这些任务实际上要执行很多条指令。但是这些复杂的过程全被设计良好的图形用户界面屏蔽掉了，使用户看不见这些复杂的操作。
地址解析协议ARP：
IP协议使用了ARP协议，因此通常把ARP协议划给网络层。 但是ARP协议是为了从网络层使用的IP地址解析出在数据链路层使用的硬件地址。
逆地址解析协议RARP，它的作用是根据硬件地址能够通过RARP协议找到其IP地址。 现在的DHCP协议已经包含了RARP协议的功能。
每一个主机都设有一个ARP高速缓存（ARP cache),里面由本局域网上的各主机都和路由器的IP地址到硬件地址的映射表，这些都是该主机目前已经知道的一些地址。 这个映射表还经常动态更新（新增或超时删除）。
当这几种情况下，ARP表的缓冲是查不到硬件地址的：
当某个主机才入网时；
当主机才加电时，其高速缓存还是空的。
ARP进程逻辑运行过程：
ARP进程在本局域网上广播发送一个ARP请求分组，其内容是：我的IP地址是xxx.xxx.xxx.xxx，硬件地址是xx-xx-xx-xx-xx-xx。 我想知道x.x.x.x的主机的硬件地址。！！！
在本局域网上的所有主机运行的ARP进程都收到此ARP请求分组。
具有该IP地址的局域网内的主机收下这个ARP请求分组，并返回ARP响应。： 内容是： 我的IP地址是x.x.x.x,我的硬件地址是xx-xx-xx-xx-xx-xx。 注意，这个ARP响应式普通的单播。
主机收到ARP响应分组后，就在其ARP高速缓存中写入主机的IP地址到硬件地址的映射。
路由表转发：
路由表中只关心目的IP的网络号。当网络号与本地相同，则直接交互。 当不同则查路由表进行下一跳的选择。
路由器可以采用默认路由以减少路由表所占用的空间和搜索路由表所需要的时间。（这种方式在一个网络只有很少的对外连接时是有效的，所谓对外连接，是指对因特网的连接。）
划分子网：
由于两级的IP地址使得利用率不够，因此对主机号进行再次划分。 即采用子网掩码的方式增加了ip地址数。 注意，划分子网并不能改变IP地址原来的网络号。 这就决定了子网掩码也是跟网络地址的类型是相关联的！！！
网际控制报文协议ICMP：
为了更有效地转发IP数据报和提高交互成功的机会，在网络层使用了ICMP。
ICMP报文的种类分为：ICMP差错报文和ICMP询问报文。
ICMP差错报文：包括：终点不可达，源点抑制，时间超过，参数问题，改变路由。
ICMP询问报文包括：会送请求和回答；实践戳请求和回答。
因特网的路由选择协议：
因特网采用的路由选择协议主要是自适应的（动态的），分布式路由选择协议。 因特网将整个互联网划分为需多较小的自治系统（Autonomous system),记为AS。
在目前的因特网中，一个大的ISP就是一个自治系统。 这样，因特网把路由选择协议划分为两大类，即：
内部网关协议：IGP，如RIP和OSPF协议。
外部网关协议：EGP。 如;BGP-4协议。
路由器的组成：
路由器是一种具有多个输入端口和输出端口的专用计算机，任务是转发分组。
数据进入路由器，数据离开路由器，以及交换结构的构成：
IP多播：
在数据链路层学习时已经接触到了多播。 在因特网上的多播就是IP多播。
在因特网上，多播地址的范围是： 224.0.0.0 到 239.255.255.255,每一个地址标志一个多播组。 共有2^28个统多播组。也就是说，同时允许有超过2.6亿的多播组在因特网运行。 其中，224.0.1.0--238.255.255.255为全球范围内都可以使用的多播地址。
IP多播分为两种，硬件多播以及因特网范围内的多播。
多播使用的协议：
IGMP，Internet Group management protocol， 网际组管理协议。 它让连接在本地局域网上的多播路由器知道本局域网上是否有主机（严格讲，是主机上的某个进程）参加或退出了某个多播间组。
多播路由选择协议，包括反向路径广播RPB，隧道技术，基于核心的发现技术等。
虚拟专用网VPN：
为了解决IP地址短缺的问题，RFC指明了一些专用地址，只能用于本地地址而不能用作全球地址。
其中: A类： 10.0.0.0 到 10.255.255.255
B类： 172.16.0.0 到 172.31.255.255
C类： 192.168.0.0 到 192.168.255.255
在因特网的所有路由器，均不对以上目的地的数据进行转发。 其核心是隧道技术。
网络地址转换NAT:
于1994年提出。 它的使用需要在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件。成为NAT路由器，它必须至少具有一个外网IP。 它的作用就是，在专用网内部的一些主机已经具有IP 地址的情况下，需要和因特网通信时的情况。
