网络层ip协议(网络层IP协议提供的数据报服务)

IP(IPv4，IPv6)，ICMP，ICMPv6，IGMP，IPsec。网络层用来处理网络中流动的数据包，数据包为最小的传递单位，比如我们常用的ip协议、icmp协议、arp协议（通过分析ip地址得出物理mac地址）。网络层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，从而向运输层提供最基本的端到端的数据传送服务。扩展资料：TCP/IP模型分为5层：应用层、传输层、网络层、数据链路层以及 物理层。分层就类似接口的定义，定义了每个层的行为职责。这样的分层抽象提供了更多实现的自由。TCP/IP分层模型数据传递：首先应用层将数据报文按照协议封装格式压缩然后传递给传输层、传输层通过协议将数据报封装为数据报段、然后传递给网络层，网络层将数据报段封装为数据包，并传递给数据链路层，数据链路层收到数据包，封装为数据帧，然后又将数据帧转比特流传递给物理层，物理层将比特流通过光或电信号发送给目标。
IP(IPv4,IPv6),ICMP,ICMPv6,IGMP,IPsec等等... 如果是OSI模型的话,一般还广泛地包括IPX,AppleTalk等...
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IP,ICMP,OSPF,ARP,RARP
IP IMCP RARP ICMP

01 应用层;传输层;网络层;数据链路层tcp/ip协议包含应用层、传输层、网络层和数据链路层4层。TCP/IP传输协议是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。OSI模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的，所以在TCP/IP协议中，它们被简化为了四个层次。TCP/IP传输协议，即传输控制/网络协议，也叫作网络通讯协议。它是在网络的使用中的最基本的通信协议。TCP/IP传输协议对互联网中各部分进行通信的标准和方法进行了规定。并且，TCP/IP传输协议是保证网络数据信息及时、完整传输的两个重要的协议。TCP/IP传输协议是严格来说是一个四层的体系结构，应用层、传输层、网络层和数据链路层都包含其中。TCP/IP协议是Internet最基本的协议，其中应用层的主要协议有Telnet、FTP、SMTP等，是用来接收来自传输层的数据或者按不同应用要求与方式将数据传输至传输层;传输层的主要协议有UDP、TCP，是使用者使用平台和计算机信息网内部数据结合的通道，可以实现数据传输与数据共享;网络层的主要协议有ICMP、IP、IGMP，主要负责网络中数据包的传送等;而网络访问层，也叫网路接口层或数据链路层，主要协议有ARP、RARP，主要功能是提供链路管理错误检测、对不同通信媒介有关信息细节问题进行有效处理等。 TCP/IP协议在一定程度上参考了OSI的体系结构。OSI模型共有七层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、运输层、会话层、表示层和应用层。但是这显然是有些复杂的，所以在TCP/IP协议中，它们被简化为了四个层次。1、应用层、表示层、会话层三个层次提供的服务相差不是很大，所以在TCP/IP协议中，它们被合并为应用层一个层次。2、由于运输层和网络层在网络协议中的地位十分重要，所以在TCP/IP协议中它们被作为独立的两个层次。3、因为数据链路层和物理层的内容相差不多，所以在TCP/IP协议中它们被归并在网络接口层一个层次里。只有四层体系结构的TCP/IP协议，与有七层体系结构的OSI相比要简单了不少，也正是这样，TCP/IP协议在实际的应用中效率更高，成本更低。

IP 协议是基于 IP 地址将数据包发送给目的主机，能够让互联网上任何两台主机进行通信。他位于七层通信协议中的第三层（网络层）。网络层的主要作用是实现终端节点之间的通信。这种终端节点之间的通信，也叫点对点通信。主机：配置有IP地址，不进行路由控制的设备。路由器：既有IP地址又具有路由控制功能的设备。节点：主机和路由器。数据链路层实现两个直连设备之间的数据传输，网络层的IP协议实现没有直连的两个网络之间的数据传输。在TCP/IP通信中使用IP地址识别主机和路由器。IP地址是逻辑地址，需要手工配置或自动获取，为了保证正常通信，每个设备必须配置IP地址。IP地址由网络号（网段地址）和主机号（主机地址）两部分组成。IP 地址分为四类，分别是 A类、 B类、 C类、 D类（还有一个保留的E类）。A类IP地址是首位以“ 0 ”开头的地址。从第1位到第8位是它的网络号，网络号的范围是 0 ~ 127 。其中0和127属于保留地址，减去两个保留地址，因此有126个可用的A类地址。B类IP地址是前两位以“ 10 ”开头的地址。从第1位到第16位是它的网络号，网络号的范围是128.0 ~ 191.255 。其中128.0和191.255属于保留地址，减去两个保留地址，因此有16382个可用的B类地址。C类IP地址是前三位以“ 110 ”开头的地址。从第1位到第24位是它的网络号，网络号的范围是192.0.0 ~ 223.255.255 。其中192.0.0和223.255.255属于保留地址，减去两个保留地址，因此有2097150个可用的C类地址。D类IP地址是前四位以“ 1110 ”开头的地址。从第1位到第32位是它的网络号，网络号的范围是 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 。D类地址没有主机号，用于组播。当主机号全为 0 时，表示的是网段地址，非主机地址。当主机号全为1时是广播地址，也不是主机地址。因此在分配IP地址过程中，需要排除这两个地址。例如一个C类地址192.168.1.0/24最多只有254个可用主机地址，而不是256个（192.168.1.0和192.168.1.255保留）。例如：一个 B 类主机地址172.20.1.100的广播地址是 172.20.255.255。组播使用 D 类地址。因此 IP 地址前四位是“ 1110 ”开头的，就是组播地址。剩下的 28 位就是组播的组编号。组播的地址范围是 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 ，其中 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 既可以在同一个网段内实现组播，又可以跨网段给全网所有组员发送组播包。解决 IP 地址浪费问题，除了使用子网掩码，还使用了 CIDR 和 VLSM 技术。CIDR ，即无类域间路由，采用任意长度分割 IP 地址的网络号和主机号。它有两个作用：把多个网段聚合到一起，生成一个更大的网段。汇总路由表 IP 地址，分担路由表压力。CIDR 是主机号向网络号借位，目的是把几个网络汇总成一个大的网络，增加子网主机数量。VLSM ，即可变长子网掩码，它可以对 A 、 B 、 C 类地址再进行子网划分，以达到充分利用 IP 地址的目的。VLSM 是网络号向主机号借位，目的是把一个标准的网络划分成几个子网，减少子网主机数量。IP 地址分为公网地址和私有地址。公网地址是在互联网上使用的，私有地址是在局域网中使用的。公网地址由 Internet NIC 负责分配，通过它直接访问互联网。私有地址是一段保留的 IP 地址。只在局域网中使用，无法在互联网上使用。但是私有地址可以通过 NAT 技术，将私有地址转换为公网地址接入互联网。IP路由是设备根据IP地址对数据进行转发的操作。当一个数据包到达路由器时，路由器根据数据包的目的地址查询路由表，根据查询结果将数据包转发出去，这个过程就是IP路由。路由表的生成方式有两种：一种是手动设置，也叫静态路由。另一种是路由器之间通过交换信息自动刷新，也叫动态路由。只要确定了IP地址，就可以向这个目标地址发送IP数据报文。但是在进行实际通信时，还要知道每个IP地址所对应的MAC地址。地址解析协议，简称ARP协议。是根据目的设备的IP地址来查询对应 MAC 地址的协议。当主机A向同一个网段内的主机C发送数据，但是不知道主机C的MAC 地址。ARP请求：主机A以主机C的IP地址为目的IP地址，以广播MAC地址为目的MAC地址，在同网段内发送这个广播报文，这个报文就叫ARP请求报文。二层交换机不查看IP地址，根据目的MAC地址将报文除接收端口外的所有端口发送。1）主机A使用主机C的IP地址查询ARP，ARP发现主机C不在同一个网段，需要通过默认网关（即默认路由的下一跳地址），但是没有网关MAC地址。2）主机A先将发送给主机C的数据放入缓存中，然后发送ARP请求报文，主机A以网关IP地址为目的IP地址发送ARP广播请求报文。3）路由器收到ARP广播请求报文后，将主机A的MAC地址和对应端口添加到自己的 MAC表中，然后查看目的IP地址发现是请求自己的MAC地址，于是单播发送ARP响应报文。4）主机A收到ARP响应报文后，将发送给主机C的数据封装网关MAC地址为目的 MAC地址进行发送。5）路由器收到报文后，查看目的IP地址，是发送给主机C的，于是查询路由表从相应端口发送数据。由于没有主机C的MAC地址，路由器发送ARP请求报文，源MAC地址和源IP地址替换为发送端口的MAC地址和IP地址。6）主机C收到ARP请求报文后，添加路由器的端口和MAC地址到MAC地址表，单播发送ARP响应报文。7）路由器收到主机C的MAC地址后，将其添加到MAC地址表中。将主机A发送给主机 C的报文重新封装，以自己的MAC地址为源MAC地址，以主机C的MAC地址为目的 MAC地址，发送给主机C。8）主机C收到主机A发送的数据，发送过程结束。当主机C向主机A发送回复报文时，同主机A向主机C发送数据的步骤一致。如果ARP请求是从一个网络的主机发往同一网段却不在同一物理网络上的另一台主机，那么连接它们的具有代理ARP功能的设备就可以回答该请求，这个过程称作代理 ARP 。免费ARP是一种特殊的ARP请求，它并非通过IP找到对应的MAC地址，而是当主机启动的时候，发送一个免费ARP请求，即请求自己的IP地址的MAC地址。与普通ARP请求报文的区别在于报文中的目标IP地址。普通ARP报文中的目标IP地址是其它主机的IP地址；而免费ARP的请求报文中，目标IP地址是自己的IP地址。免费ARP有以下一些作用：1）起到一个宣告作用。它以广播的形式将数据包发送出去，不需要得到回应，只为了告诉其它主机自己的IP地址和MAC地址。2）与普通ARP请求报文的区别在于报文中的目标IP地址。普通 ARP 报文中的目标 IP 地址是其它主机的IP地址；而免费ARP的请求报文中，目标IP地址是自己的IP地址。3）可用于更新其它主机的 ARP 缓存表。如果该主机更换了网卡，而其它主机的 ARP缓存表仍然保留着原来的MAC地址。这时，通过免费的ARP数据包，更新其它主机的ARP缓存表。IP提供尽力而为的服务，指为了把数据包发送到目的地址尽最大努力。它并不做对端目的主机是否收到数据包的验证，无法保证服务质量。ICMP（互联网控制消息协议）是提供这类功能的一种协议。ICMP的主要功能包括，确认IP包是否成功送达目的地址，通知发送过程中IP包被丢弃的原因。ICMP报文像TCP/UDP 一样通过IP进行传输，但是ICMP的功能不是传输层的补充，应该把它当做网络层协议。ICMP头部封装字段如下图。通过类型字段和编码字段的取值判断这个ICMP消息的类型。常见的ICMP消息所对应的类型和编码值如下图。ping工具就是通过 ICMP 消息测试网络层连通性的。源主机发出 Echo request 消息，目的主机回应 Echo reply 消息，则两台主机间的网络层通信正常。也可以通过 ping命令来判断目标主机是否启用。

TCP/IP协议（又名：网络通讯协议）即传输控制协议/互联网协议，是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族。这一模型是Internet最基本的协议，也是Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。 其定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。TCP负责发现传输的问题，而IP是给因特网的每一台联网设备规定一个地址。 为了减少网络设计的复杂性，大多数网络都采用分层结构。对于不同的网络，层的数量、名字、内容和功能都不尽相同。在相同的网络中，一台机器上的第N层与另一台机器上的第N层可利用第N层协议进行通信，协议基本上是双方关于如何进行通信所达成的一致。不同机器中包含的对应层的实体叫做对等进程。在对等进程利用协议进行通信时，实际上并不是直接将数据从一台机器的第N层传送到另一台机器的第N层，而是每一层都把数据连同该层的控制信息打包交给它的下一层，它的下一层把这些内容看做数据，再加上它这一层的控制信息一起交给更下一层，依此类推，直到最下层。最下层是物理介质，它进行实际的通信。相邻层之间有接口，接口定义下层向上层提供的原语操作和服务。相邻层之间要交换信息，对等接口必须有一致同意的规则。层和协议的集合被称为网络体系结构。每一层中的活动元素通常称为实体，实体既可以是软件实体，也可以是硬件实体。第N层实体实现的服务被第N+1层所使用。在这种情况下，第N层称为服务提供者，第N+1层称为服务用户。服务是在服务接入点提供给上层使用的。服务可分为面向连接的服务和面向无连接的服务，它在形式上是由一组原语来描述的。这些原语可供访问该服务的用户及其他实体使用。TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，通讯完成时要拆除连接，由于TCP是面向连接的所以只能用于端到端的通讯。TCP提供的是一种可靠的数据流服务，采用“带重传的肯定确认”技术来实现传输的可靠性。TCP还采用一种称为“滑动窗口”的方式进行流量控制，所谓窗口实际表示接收能力，用以限制发送方的发送速度。如果IP数据包中有已经封好的TCP数据包，那么IP将把它们向‘上’传送到TCP层。TCP将包排序并进行错误检查，同时实现虚电路间的连接。TCP数据包中包括序号和确认，所以未按照顺序收到的包可以被排序，而损坏的包可以被重传。TCP将它的信息送到更高层的应用程序，例如Telnet的服务程序和客户程序。应用程序轮流将信息送回TCP层，TCP层便将它们向下传送到IP层，设备驱动程序和物理介质，最后到接收方。 面向连接的服务（例如 Telnet、 FTP、 rlogin、 X Windows和 SMTP）需要高度的可靠性，所以它们使用了TCP。DNS在某些情况下使用TCP（发送和接收 域名数据库），但使用UDP传送有关单个主机的信息。

一）IP协议的功能： （1）寻址和路由；（根据对方的IP地址，寻找最佳路径传输信息）；（2）传递服务：① 不可靠（IP协议只是尽自己最大努力去传输数据包），可靠性由上层协议提供（TCP协议）；② 无连接；（事先不建立会话）；（3）数据包的分片和重组。（二）IP数据包详解：（1）0100 = Version : 4（表示使用的 IPv4协议），对等层之间要使用同一种IP协议（IPv4协议）；（2）0101 = Header Length : 20Bytes(5) 首部长度占4 bit ，可表示的最大数值为15个单位（1111），一个单位一个字节，最大为60字节；（3）服务类型-----占8 bit ，（Differentiated Services  Field）字段来区分服务，Delay = 1 延迟小，Throughput = 1吞吐量大，Reliability = 1 质量比较高，Cost = 1 最小代价！同一时刻只有一位是1；（4）Total Length 总长度占 16 bit：2^16 - 1 = 65535 字节，值首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为65535字节（MTU最大传送单元）；（5）标识（identification）占16 bit，它是一个计数器，用来产生数据包的标识；（6）标志（flag）:数据包在传输的过程中，标志字段MF（More Fregment），MF = 1表示后面还有分片，MF = 0 表示最后一个分片；（7）片偏移：每个数据片不同时传输，标志着谋片在原分组中的相对偏移位置，以8字节为偏移单位；注意：发送数据报过大，就要对其数据报分片处理，每一个分片都会含有一个标识（IP地址 + 标识），到达目的地要对其所有的分片进行重新组装；重点：片偏移计算过程；首部分大题的内容是一样，因为都属于同一个数据报文！（8）生存时间（Time To Live）占用 8bit ，使用“跳数“作为TTL的单位。数据报每经历一个路由器时对应的TTL值就会减 1 ；防止数据报发送在路由器中出现环路，因为数据报在传送的过程中要占用一定的带宽（TTL值为零自动丢弃）；（9）协议（8bit）字段指出此数据报所携带上层数据使用的TCP协议还是UDP协议，以便对等层接收到数据报交给上层相应的协议（TCP或者UDP协议）进行处理；（10）首部检验和（Header  checksum   16bit）字段只校验数据报的首部，不包含数据部分；看IP数据报头部是否被破坏、被篡改和丢失等；（11）源地址：数据向外发送，发送机器本身的IP地址，也成为逻辑地址；目的地址：数据具体要发送目标及其的IP地址。（对应IP数据报wireShark抓包图解）（三）逻辑地址和物理地址解释：（1）逻辑地址：（工作在网络层，网络级）也称为IP地址，具有特征 ① 全局唯一性；② 使用软件来实现网络中地址管理；③ 占32位，4字节；（2） 物理地址：也称为硬件地址、链路地址或MAC地址，（工作在网络接口层）具有特征：① 本地范围唯一性；② 使用硬件实现（路由器、计算机有设置MAC地址的位置）；③ 占48位，12字节，16进制表示！例如：74-E5-0B-35-60-16 ：0111  0100-1110  0101-0000  1011-0011  0101-0110  0000-0001  0110。（四）为什么有了IP地址，还要使用MAC地址：① IP地址一般情况下容易修改和变动，具有随意性，不能在网络上固定标识一台设备；② MAC地址一般情况出厂时由厂家烧录到网卡中，不容易修改，在局域范围内容易唯一定位一台设备。③ 从拓扑结构和分层上分析，IP地址属于网络层，主要功能在广域网范围内路由寻址，选择最佳路由，而MAC地址在网络接口层要形成适合于网络媒体上传输的数据帧。注意：标识一个设备的三种方式：① 域名访问（www.baidu.com，应用层）；② 设备的IP地址访问（网络层）；③ 设备的MAC地址（在局域网当中唯一标识该设备，实际不用其访问，在网络接口层，具有固定的特性，不易发生紊乱现象）。---------------------原文：https://blog.csdn.net/super_yc/article/details/72290931