1、网络层的功能

定义了基于IP协议的逻辑地址，就是ip地址
连接不同的媒介类型
选择数据通过网络的最佳路径，完成逻辑地址寻址

简而言之就是根据ip地址，找到最佳的转发路径

2、ip数据包格式

数据封装的时候在网络层会封装ip地址的头部，形成ip数据包

ip协议字段英文.png

ip协议字段.png

IP数据包格式（分为20字节的固定部分，表示每个ip数据包必须包含的部分，和40字节的可变长部分）

版本号（4bit）：指IP协议版本。并且通信双方使用的版本必须一致，目前我们使用的是IPv4，表示为0100 十进制是4
首部长度（4）：IP数据包的包头长度（不包括数据）
优先级与服务类型（8）：该字段用于表示数据包的优先级和服务类型。通过在数据包中划分一定的优先级，服务类型定义了如何处理数据，一般服务类型没有使用
总长度（16）：IP数据包的总长度，最长为 65535 字节，包括包头和数据。
标识符（16）：该字段用于表示IP数据包的标识符。当IP对上层数据进行分片时，它将给所有的分片数据分配一组编号，然后将这些编号放入标识符字段中，保证分片不会被错误地重组。标识符字段用于标志一个数据包，以便接收节点可以重组被分片的数据包。（标明了数据是否来自于一个数据包）
标志（3）：和标识符一起传递，指示不可以被分片或者最后一个分片是否发出(完整)
段偏移量（13）：一个数据包需要分片，指明这个分片举例原始数据开始的位置，作用重组数据。（这块数据离起点多远）
$\color{red}{TTL（time to live）生命周期（8）}$ ：可以防止一个数据包在网络中无限循环的转发下去，每经过一个路由器 -1（二层交换机不减！）,当TTL的值为0时，该数据包将被丢弃 0-255
协议号（8）：封装的上层哪个协议，ICMP:1 TCP:6 UDP:17
首部校验和（16）：这个字段只检验数据报的首部，不包括数据部分。这是因为数据报每经过一次路由器，都要重新计算一下首部校验和（因为，一些字段如生存时间、标志、片偏移等可能发生变化）
源地址（32）：源ip地址，表示发送端的IP地址
目标地址（32）：目标ip地址，表示接收端的IP地址
可选项：选项字段根据实际情况可变长，可以和IP一起使用的选项有多个。例如，可以输入创建该数据包的时间等。在可选项之后，就是上层数据

ip的长度最短20字节，可选项40字节，最长60字节

3、ICMP协议

3.1概念

Internet控制消息协议ICMP (Internet Control Message Protocol)是IP协议的辅助协议

ICMP协议用来在网络设备间传递各种差错和控制信息，对于收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

3.2作用

检测网络中两台主机的双向联通性

3.3ping命令

3.3.1功能

Ping是网络设备、Windows、Unix和Linux平台上的一个命令，其实是一个小巧而实用的应用程序，该应用基于ICMP协议。

Ping常用于探测到达目的节点的网络可达性。

3.3.2格式

ping 选项 IP地址

icmp报文

type包类型：请求包、回复包、错误包

3.3.3选项

ping选项.png

3.3.4排查网络错误

网络不通怎么检查？首先ping自己

ping 自己 127.0.0.1 硬件
看双方地址是否有问题
看网关是否有问题
防火墙策略是否有问题（配合找网络工程师）
（网线是否插好；交换机端口是否shutdown）

4、ARP协议

4.1概念

在局域网中，交换机通过MAC地址进行通信，要获得目的主机的MAC地址就需要使用ARP协议将目的IP地址解析成目的MAC地址。所以，ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议)的基本功能是负责将一个已知的IP地址解析成MAC地址，以便在交换机上通过MAC地址进行通信。

4.2功能

将ip地址转化为mac地址
检测ip地址冲突免费ARP

4.3工作原理

ARP通信原理.png

5、冲突域和广播域

5.1冲突域

两台设备同时发送消息时，互相干扰，那他们就处于同一个冲突域

5.2广播域

一台机器发送广播，能收到消息的机器都是在同一广播域

交换机的所有端口默认在同一个广播域里
路由器的每一个端口都是一个独立的广播域

【网络层协议】