网络层协议

网络层经常被称为IP层。但网络层协议并不只是IP协议，还包括ICMP协议IPX协议等。

IP协议

作用

• 为网络层的设备提供逻辑地址
• 负责数据包的寻址和转发

版本

• IPv4
• IPv6

 数据封装

 IP报文格式

 数据包分片

• 将保温分割成多个片段的过程叫做分片。
• 网络中转发的IP报文的长度可以不同，但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度，则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。

IPv4

• IP地址在网络中用于标识一个节点（或者网络设备的接口）。
• IP地址用于IP报文在网络中的寻址。
• 一个IPv4地址有32bit。
• IPv4地址通常采用“点分十进制”表示。
• IPv4地址范围：0.0.0.0>255.255.255.255。

 IP地址构成

• 网络部分：用于标识一个网络。
• 主机部分：用来区分一个网络内的不同主机。
• 子网掩码：区分一个IP地址中的网络部分及主机部分。

 IP地址寻址

• 网络部分：用来标识一个网络，代表IP地址所属网络。
• 主机部分：用来区分一个网络内的不同主机，能唯一标识网段上的某台设备。

 IP地址分类

 IP地址分类

通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段。

网络地址：用于标识一个网络

192.168.1.0 /24
192.168.1. 00000000

广播地址：用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址。

192.168.2.255/24
192.168.1. 11111111

可用地址：可分配给网络中的节点或网络设备接口的地址。

• 一个网段，除去网络地址和广播地址，剩下的就是可用地址。
• 网络地址和广播地址不能直接被节点或网络设备所使用。

 IP地址的计算

172.16.1.1/16这个B类地址的网络地址、广播地址以及可用地址数分别是？

IP地址：        172.16.1.1

子网掩码：     255.255.0.0

网络地址：     172.16.0.0/16        主机位全为0，得出网络地址 

广播地址：      172.16.255.255/16        主机位全为1，得出广播地址

IP地址数：       2^16=65536     

可用IP地址数：        2^16-2=65534

可用IP地址范围：        172.16.0.1/16>172.16.255.254/16

 私网IP地址

公网IP地址：IP地址由IANA统一分配，保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。这里的IP地址是指公网IP地址。

私网IP地址：实际上一些网络不需要链接到Ineternet，比如一个大学的封闭实验室内的网络，只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。在IP地址空间里，A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况，称为私网地址。

A类：10.0.0.0>10.255.255.255

B类：172.16.0.0>172.31.255.255

C类：192.168.0.0>192.168.255.255

特殊IP地址

IP地址空间中，有一些特殊的IP地址，这些IP地址有特殊的含义和作用。

子网划分

为什么要进行子网划分

• 一个B类地址用于一个广播域，地址浪费。
• 广播域太庞大，一旦发生广播，内网不堪重负。
• 将一个网络号划分多个子网，每个子网分配给一个独立的广播域。
• 如此一来广播域的规模更小、网络规划更加合理。
• IP地址得到了合理利用。

 子网划分过程

先进行原网段分析 例如192.168.10.0/24网段

IP地址：        192.168.10.0   

子网掩码：     255.255.255.0

网络地址：192.168.10.0

广播地址：192.168.10.255

IP地址数：2^8=256个

可用地址数：2^8-2=254个

向主机借位

 计算子网网络地址

 计算子网的广播地址

子网划分公式

假设先对一个C类地址192.168.1.0/24进行子网划分， 先需要12个子网，那么请分别写出12个子网的ip范围；

2的N次幂>=12

N=4（所借位数）n=4（发生借位位置所剩余的主机数）

blocksize=2的n次幂=16

子网以blocksize递增；

第一个子网：192.168.1.0/28 ip范围：0-15 主机ip范围：1-14

第二个子网：192.168.1.16/28 ip范围：16-31 主机ip范围：17-30

第三个子网：192.168.1.32/28

ICMP协议

ICMP协议是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，对于手机各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。

 ICMP重定向

ICMP重定向报文是ICMP控制报文的一种。在特定情况下，当路由器检测到一台机器使用非最优路由的时候，它会向该主机发送一个ICMP重定向报文，请求主机改变路由

 ICMP错误报告

ICMP定义了各种错误消息，用于诊断网络链接性问题；根据这些错误消息，源设备可以判断出数据传输失败的原因。如：当网络设备无法访问目标网络时，会自动发送ICMP目的不可达报文到发送端设备。

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