网络层

网络层是 TCP/IP 的心脏，主要负责终端节点之间的通信，把网络包从源主机发送到目标主机，所以这种通信也叫点对点的通信。这一层主要包含两个协议：IP 协议和ICMP 协议。

IP数据包

屏幕截图 2023-07-06 155013.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
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,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

ICMP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。

icmp作用：检测网络的双向联通性。

icmp协议实现—-ping命令。

常见的ICMP报文

Type	Code	描述
0	0	Echo Reply
3	0	网络不可达
3	1	主机不可达
3	2	协议不可达
3	3	端口不可达
11	0	超时
8	0	Echo Request

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

Ping命令

PING (Packet Internet Grope)，因特网包探索器，用于测试网络连接量的程序。Ping发送一个ICMP回声请求消息给目的地并报告是否收到所希望的ICMP回声应答。

选项:
    -t             Ping 指定的主机，直到停止。
                   若要查看统计信息并继续操作，请键入 Ctrl+Break；
                   若要停止，请键入 Ctrl+C。
    -a             将地址解析为主机名。
    -n count       要发送的回显请求数。
    -l size        发送缓冲区大小。
    -f             在数据包中设置“不分段”标记(仅适用于 IPv4)。
    -i TTL         生存时间。
    -v TOS         服务类型(仅适用于 IPv4。该设置已被弃用，
                   对 IP 标头中的服务类型字段没有任何
                   影响)。
    -r count       记录计数跃点的路由(仅适用于 IPv4)。
    -s count       计数跃点的时间戳(仅适用于 IPv4)。
    -j host-list   与主机列表一起使用的松散源路由(仅适用于 IPv4)。
    -k host-list    与主机列表一起使用的严格源路由(仅适用于 IPv4)。
    -w timeout     等待每次回复的超时时间(毫秒)。
    -R             同样使用路由标头测试反向路由(仅适用于 IPv6)。
                   根据 RFC 5095，已弃用此路由标头。
                   如果使用此标头，某些系统可能丢弃
                   回显请求。
    -S srcaddr     要使用的源地址。
    -c compartment 路由隔离舱标识符。
    -p             Ping Hyper-V 网络虚拟化提供程序地址。
    -4             强制使用 IPv4。
    -6             强制使用 IPv6。

ARP协议

ARP协议是地址解析协议是通过解析IP地址得到MAC地址的.所有ARP协议在网络层被应用，它是网络层与链路层连接的重要枢纽，每当有一个数据要发送的时候都需要在通过ARP协议将IP地址转换成MAC地址.ARP 协议是通过报文进行工作的。

ARP工作原理

（1）当PC1想发送数据给PC2，首先在自己的本地ARP缓存表中检查主机PC2的MAC地址是否存在。

（2）如果PC1缓存中没有找到响应的条目，它将询问主机PC2的MAC地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络的所有主机，该帧中包括源主机PC1的IP、MAC地址和PC2的IP地址、广播MAC地址（FF-FF-FF-FF-FF-FF）。本地网络中的所有主机都接收到ARP请求，并且检查是否与自己的IP地址相匹配。如果发现请求中IP地址与自己IP不匹配，则丢弃ARP请求。

（3）主机PC2确定ARP请求中得IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机PC1的地址和MAC地址添加到本地ARP缓存表中。

（4）主机PC2将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机PC1（数据帧为单播）。

（5）主机PC1收到PC2发的ARP回复消息，将PC2的IP和MAC地址添加至自己ARP缓存表中，本机缓存是有生存期的，ARP缓存表默认有效时间120s。当超过该有效期后，则将重复上面过程。主机PC2的MAC地址一旦确定，主机PC1就能向主机PC2发送IP信息。

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THE END

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