6月13日计算机网络学习笔记

一、网络层概述
网络层是计算机网络体系结构中的第三层，介于数据链路层和传输层之间。它的主要功能是实现数据包的转发和路由选择，将数据从源主机发送到目标主机所在的网络。
二、网络层的功能
IP 地址寻址 ：为网络中的每个设备分配唯一的 IP 地址，用于标识设备在网络中的位置。IP 地址分为 IPv4 和 IPv6 两种版本，IPv4 地址是 32 位的二进制数，通常用点分十进制表示；IPv6 地址是 128 位的二进制数，采用冒号十六进制表示法。
路由选择 ：根据网络拓扑结构和链路状态，选择最佳路径将数据包从源主机发送到目标主机。常用的路由选择算法有距离矢量算法、链路状态算法和层次路由选择算法等。
数据包的转发 ：网络层设备（如路由器）根据数据包中的目标 IP 地址和路由表，将数据包从一个网络转发到另一个网络，直到到达目标主机所在的网络。
子网划分与子网掩码 ：通过子网掩码将一个大的网络划分为多个小的子网，以提高网络的效率和可管理性。子网掩码是一个 32 位的二进制数，用于确定 IP 地址中的网络部分和主机部分。
三、网络层的设备
路由器 ：连接不同网络的设备，具有路由选择和数据包转发功能。路由器根据路由表将数据包从一个网络转发到另一个网络，以实现不同网络之间的通信。
三层交换机 ：它结合了二层交换机和路由器的功能，可以在数据链路层进行快速转发，在同时三层进行路由选择。三层交换机通常用于企业网络中的核心层和汇聚层。
四、网络层的协议
IP 协议（Internet Protocol） ：网络层的核心协议，负责在不同网络之间传输数据包。IP 协议规定了数据包的格式和传输规则，包括 IP 地址、数据包的分片与重组、生存时间（TTL）等。
ICMP 协议（Internet Control Message Protocol） ：用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息。例如，当网络不可达、主机不可达、时间超过等情况发生时，路由器或主机可以发送 ICMP 消息通知发送方。
IGMP 协议（Internet Group Management Protocol） ：用于管理多播组成员关系的协议。主机通过 IGMP 协议向路由器报告它想要加入或离开的多播组，路由器根据 IGMP 消息来维护多播组成员信息，以便正确地转发多播数据包。
IPSec 协议（Internet Protocol Security） ：提供网络层的数据加密、身份验证和完整性保护等安全服务。IPSec 可以用于保护 IP 数据包的机密性和完整性，防止数据被窃取或篡改。
五、网络层的地址
IP 地址 ：用于标识网络中的设备，分为 IPv4 地址和 IPv6 地址。IPv4 地址已基本耗尽，IPv6 地址具有更大的地址空间，可以满足未来网络的发展需求。
子网掩码 ：用于确定 IP 地址中的网络部分和主机部分。子网掩码的长度与 IP 地址的长度相同，通常以二进制或点分十进制表示。
MAC 地址（Media Access Control Address） ：是数据链路层的地址，用于标识网络接口卡（NIC）。MAC 地址是 48 位的二进制数，通常以十六进制表示，用于在局域网内进行通信。