网络层

(1)网络层

基本概念
网络层是OSI参考模型中的第三层，介于传输层和数据链路层之间，它在数据链路层提供的两个相邻端点之间的数据帧的传送功能上进一步管理网络中的数据通信，将数据设法从源端经过若干个中间节点传送到目的端，从而向传输层提供最基本的端到端的数据传送服务。所以网络层的主要功能就包含了路由和转发，把数据包发送给互联在一起的不同网络中的主机。
全世界存在很多不同的网络，为了使这些不同的网络互联在一起，并且可以正常通信，那就需要制定标准协议，和网络层相关的协议有很多，其中IP协议就是较为熟知的一种。另外，为了让不同的网络进行互联，就必须使用中继设备，和网络层相关的硬件设备就是路由器！
路由器（Router）是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。它能够理解不同的协议，比如某个局域网使用的以太网协议，或者因特网中使用的TCP/IP协议。
这样，路由器可以分析各种不同类型网络传来的数据包的目的地址，把非TCP/IP网络的地址转换成TCP/IP地址，反之，再根据选定的路由算法把各数据包按最佳路线传送到指定位置。所以路由器可以把非TCP/IP网络连接到因特网上
所以不管是OSI七层模型还是TCP/IP四层模型，实际负责传输数据报的是网络层而不是传输层。

路由转发
只知道对方的IP地址是无法直接和对方主机通信的。通信的前提是双方主机处于同一个网络下，如果处于不同网络，则需要通过路由器进行数据包转发，直到找到对方主机所在的网络，然后再根据通信主机在该网络中的位置，把数据包发给该主机。

在路由器进行数据包转发时还需要利用路由算法进行路径规划，根据路由选择算法生成路由表，如果目标主机不在当前网络，就需要进行分组转发，转发需要转发表，转发表由路由表得到。

相关协议
在网络层中最常用的协议是IP协议（Internet Protocol），上面学习的IP地址的分类就是IP协议标准中规定好的。IP协议是互联网中最基本的网络协议之一，它负责在网络中传输数据包！！它是能使连接到互联网上的所有计算机网络实现相互通信的一套标准，该标准规定了计算机在互联网上进行通信时应当遵守的规则。
IP协议也是互联网通信的核心协议之一，它提供了一种灵活和可靠的机制，使数据可以在网络中正确地传输和路由。其他高层协议（如TCP、UDP）则依赖于IP协议来进行数据包的传输和路由。

阅读IP协议标准，可以知道IP协议是以数据块的形式把信息从源主机传输到目标主机，而源主机和目标主机都是通过固定长度的地址（IP地址）来进行区分。IP协议中把这种数据块称为数据报（IP Datagram），在IP协议中对数据报的格式进行了定义，数据报格式如下：


可以看到，IP协议中的数据报的格式中有4bit位的字段用于描述协议的版本，IP协议标准中描述的是版本4，也被称为IPv4，协议版本6是另一种常用的IP协议版本，被称为IPv6。
由于IPv4的地址长度是32位的，也就是它的地址空间有限，总共约42亿个可用地址。但是目前世界各个国家的电子设备加在一起可能早已超过这个数量，就会出现IP地址数量耗尽的情况，所以就设计了IPv6。
Pv6的地址长度更长（采用128位地址），因此具有极大的地址空间，总共约有340万亿亿亿亿个可用地址，就可以满足不断增长的互联网设备需求
总体而言，IPv6的主要目标是解决IPv4地址空间枯竭问题，并引入更多的功能和改进。随着互联网的发展和设备的增加，IPv6逐渐成为主流的IP版本，但IPv4仍然广泛使用。

可以看到，IP协议标准中的数据报的组成部分中有4bit用于记录数据报的报首长度，但是单位是字（1个字等于32比特），而IP数据报分由固定报首和可选字段两部分组成，如果不设置可选字段，则固定报首的长度是20字节，也就是5个字，所以数据包报首的最小值是5（注意：单位是字!!!!）。