哎呀，网络层和链路层，听起来是不是有点像快递小哥和货车司机的组合？一个负责地址管理，一个负责实际运送。网络层就像是快递小哥，拿着IP地址这个门牌号，找到你的包裹该送到哪个小区。而链路层则是货车司机，确保这些包裹能从一个站点安全送到下一个站点，用的是MAC地址这个“车牌号”。

那么问题来了，为什么要有这两层呢？想象一下，如果没有网络层的IP地址，快递小哥怎么知道你的包裹该往哪个城市哪个街道送？没有链路层的MAC地址，货车司机又怎么知道下一站该往哪个路口拐？

再深入一点，为什么IP地址要分那么多类，比如A类、B类、C类？这就像是城市里有不同的区域划分，A类可能是市中心的大片区域，B类是次中心，C类就是小社区了。这样划分，不仅方便管理，还能更高效地利用资源，避免“快递小哥”在大街小巷里乱窜。

最后，别忘了NAT技术，这就像是小区门口的保安，把私网地址转换成公网地址，确保每个包裹都能顺利到达目的地，而不至于在小区门口就被拦下。

所以，网络层和链路层，就像是快递系统中的两大支柱，少了谁，你的包裹都到不了家。下次当你的网速慢得像蜗牛爬的时候，不妨想想，是不是这两层里的哪位“小哥”在偷懒呢？

网络层

功能：负责地址管理与路由选择

IP 地址

（1）4位版本：4-ipv4 ，6-ipv6
（2）4位报头长度：以 4 字节为单位描述报头长度，IP报头最长长度 60 字节，最小 20 字节
（3）8位服务类型：3位优先权弃用，4位服务类型TOS，1位保留置 0

服务类型：最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本

（4）16位数据报长度：限制一个IP报文包含报头在内最大不超过65535（64K）大小

UDP 报文中最大数据大小必须小于 64k-8(报头长度)-20(udp协议头部)

（5）16位分片标识：
在链路层有个限制报文大小的字段–MTU 最大传输数据大小，以太网协议默认大小为 1500字节

若一个报文在网络层封装了 IP 报头之后大于MTU，则在链路层就无法进行传输，因此需要在网络层进行数据分片，将一个大的报文分割成多个小报文，分别封装在 IP 报头进行发送，这个小报文—分片

若一个大的报文被分割成了多个小的分片进行传输，则多个分片到达对端网络需要进行分片重组，重组成一个完整的报文后交付给传输层

16位分片标识：标识当前分片属于哪个原始报文
3为标志：一位保留，第二位标识禁止分片，第三位标识更多分片
13位分片偏移：标识当前分片在原始报文中的位置（相较于起始位置的偏移量），分片偏移以 8 字节为单位

Q1：网络不稳定，有可能出现乱序，如何辨别哪个分片属于哪个原始报文？
16位分片标识 — 标识当前分片属于哪个原始报文

Q2：如何获知当前分片在原始报文中的位置？
13位分片偏移 — 标识了当前分片相对于原始报文起始位置的偏移量
13位分片偏移，能够表达的最大大小：8192，因此分片偏移的单位是 8 字节
每个分片的大小都是 8 的整数倍大小（除过最后一个分片）

（6）8 位生存时间 TTL：存放一个数据报文在网络中所能经过的路由器跳数，每经过路由器一跳就会 -1，为 0 时，将报文丢弃，主要是为了避免路由器环路

（7）8 位协议版本：当前 IP 报文封装的数据所使用的协议类型（对方进行数据分用时所使用的协议类型）

（8）16 位校验和：校验数据的一致性

（9）32位源端 IP ，32位对端 IP 地址：描述数据从哪来到哪去

（10）0~40 字节的选项数据

地址管理

ipv4 版本的 IP 地址：4 字节无符号整型数字，描述的主机个数 ：42亿9千万+

IP 地址不够用：动态地址分配 DHCP ；使用 NAT 技术组建私网

ipv6 版本的 IP 地址：16 字节无符号整型数字

IP 地址的组成：
网络号：一个网络的标识，一个网络所分配的IP地址中都会包含这个标识
通过网络号，路由器能够判断某个 IP 地址属于哪个网络

主机号：一台主机在一个网络中的标识
通过主机号，路由器能够判断某个 IP 是当前网络中的哪台主机；一个网络中有多少个主机号代表可以连接多少台主机

网络号的划分（五种）

（1）A 类网络：
高 1 位固定为 0，有 7 位网络号，24 位主机号
网络号范围：0~127
IP 地址范围：0.0.0.0 ~ 127.255.255.255
A 类网络通常用于组建大型网络

（2）B类网络：
高 2 位固定为 10，有 14 位网络号，16 位主机号
网络号范围：128.0 ~ 191.255
IP 地址范围：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255
B类网络通常用于组建中型网络

（3）C类网络：
高 3 位固定为 110，21 位网络号，8 位主机号
网络号范围：192.0.0 ~ 223.255.255
IP 地址范围：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255
C类网络通常用于组建小型网络

（4）D/E 类网络：
D类高四位固定为 1110，28位为多播组号
E类高五位固定为 11110，27位留待后用

CIDR ：使用子网掩码进行网络划分
子网掩码：4字节无符号整数，数据必须由二进制连续的 1 组成

例题：

一个公司申请了C类网络 193.23.24.0/24，而公司由四个部门构成，想要划分为 4 个子网，平均将 IP 地址分配给四个部门，请问每个子网网络号、子网掩码、IP 地址范围？

答：
193.23.24.0/24 ：24标识网络号为 24 位构成，C 类网络的 主机号为 8 位，因此C类网络中一个网络中可以拥有主机号 256 个（2^8）
平均划分为 4 个子网，则每个子网的主机号个数就是 256/4=64 个，也就是 0~63

子网掩码取反可以得到子网最大主机号
子网掩码与IP地址相与可以得到网络号

因此，子网掩码也就是等于子网最大主机号取反---- 63取反：

特殊的网络以及IP地址

（一）特殊网络：私网

私网组建要搭配一个技术：NAT 技术----网络地址转换技术

一个私网要向外发送数据，需要流经网关设备，进行网络地址替换，替换成为网关设备对外的地址，并且在设备中记录映射关系

网络划分时候，专门为组建私网划分出来几个网络号，避免与公网网络号重复

私网的网络号，只要注意相邻网络不使用相同网络号，就能保证私网地址不冲突，因为私网主机对外通信使用的都是对外的公网地址，经过 NAT 网络地址替换后，对外地址不冲突，因此不相邻的私网是可以使用相同的网络号（IP地址可以重复）

（二）特殊 IP 地址

0.0.0.0：代表本地主机上的任意网卡 IP 地址（通过用于服务端程序的绑定监听地址）
255.255.255.255：全网广播地址（UDP广播）
主机号全为 0 的地址：网络号，是网络的标识–不能分配给主机
主机号全为 1 的地址：局域网广播地址，也不能分配给主机

127.0.0.1：本地主机上的虚拟回环网卡地址，进行主机内部的网络通信 —> 本地网络回环测试

路由选择

路由器为流经的数据选择合适的路径进行转发（route 路由表）

每一个网络通信设备上都会有一张路由表

一个路由器连接了多少个网络，就得有多少块网卡，每一块网卡都能获取一个对应网络的IP地址，它的路由表中就会有多少条路由信息

链路层

负责相邻设备之间的数据传输

网络层 IP 地址描述的是数据从哪个主机来要到哪去，描述的是起点与终点，但是起点到终点中间需要进行层层转发才能够到达目标主机