【Study】 TCP/IP协议 -- 计算机网络之网络篇（02）

1.网络层

数据路由，决定数据在网络中的路径。

虚拟互连网络

①实际的计算机网络是错综复杂的；

②物理设备通过使用IP协议，屏蔽了物理网络之间的差异；

③当网络中的主机使用IP协议连接时，则无需关注网络细节；

④IP协议使得复杂的网络变为一个虚拟互连的网络；

⑤IP协议使得网络层可以屏蔽底层细节而专注网络层的数据转发

⑥IP协议解决了在虚拟网络中数据报传输路径的问题

 

2.IP协议

IP地址的长度和表示方式：

 

 

 

IP协议的头部中的内容详解如下：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.路由表

 

4.IP协议的转发流程

 

上图是仅从网络层的层次去看待IP协议转发的过程的：

此过程中最重要的是路由表，通过查询路由表可以得出下一跳的地址。

 

下面结合数据链路层和网络层来理解转发的过程：

 

 

 

 

 

 

 

总结IP协议的转发过程中：

1.数据帧每一跳的MAC地址都在变化；

2.IP数据报每一跳的IP地址始终不变；

5.ARP协议与RARP协议

ARP协议概念：

ARP协议负责将网络层IP32的地址转化为数据链路层MAC48位地址：

 

 

 

在传输的过程中涉及到如下的ARP缓存表：

ARP缓存表是ARP协议和RARP协议运行的关键；

ARP缓存表缓存了IP地址到硬件地址之间的映射关系；

ARP缓存表的记录并不是永久有效的，有一定的期限（由于IP地址会发生变化，随着IP地址变化而变化）

 

 

 

传输过程中有两种情况：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.1.查看ARP与MAC地址的映射

Cmd命令：arp -a

 

 

 

6.RARP协议

RARP协议概念：（与ARP协议做的相反的工作）---现在用的比较少

把MAC48位地址转化为IP32位地址：

 

 

 

 

总结ARP与RARP协议：

 

 

 

7.IP地址子网的划分

根据总长度32位，按照网络号的主机号的不同长度进行划分：

 

 

 

 

 

 

排除特殊的主机号和网络号之后：

 

 

 

7.1特殊的主机号

 

 

 

7.2.特殊的网络号

 

 

 

8.本地回环地址（127.0.0.1）

 

 

 

9.网络地址转换NAT技术

主要是解决网络地址IPV4不够用的问题。

 

 

 

9.1.内网地址与外网地址：

 

 

 

 

 

 

内网地址主要是给内部机构所使用的，所以A公司与B公司可以使用一样的内网地址，不会引起冲突，A家庭和B家庭也可以使用同样的内网地址。

 

 

 

NAT就是解决内网中多个设备使用同一个外网IP来访问外网服务的。

 

 

 

9.2.NAT地址转换与外界进行通讯示意图

 

 

 

10.ICMP协议

网络控制报文协议（Internet Control Message Protocol），ICMP协议可以报告错误信息或者异常情况。

需要知道的是：ICMP协议是封装在IP的数据报里面的，是通过IP协议来进行数据的传输的，主要进行网络中的传输错误以及异常的报告。

 

 

 

 

ICMP报文的首部：

 

 

 

10.1.ICMP协议的应用

①Ping应用    ②Traceroute应用

Ping应用：

 

 

 

 

具体使用ping ICMP协议的方式：

通常使用ping www.baidu.com类似这种命令来判断网路状况，是否通的

 

Traceroute应用：

可以探测IP数据报在网络中走过的路径

Traceroute应用了TTL状态，为TTL=0时，收集对端的IP地址信息（ICMP终点不可达差错报文）

 

实际应用：

Cmd命令：tracert  github.com