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网络层与IP协议基础

网络层解决的问题

网络层决定数据在网络中的传输路径。它负责将数据从发送主机送达接收主机，屏蔽了物理网络的复杂性，使得上层应用程序能够简单地通过IP地址进行通信。

IP地址概述

IP地址是网络层的标识符，由32位二进制组成，通常用点分十进制表示，范围为0～255.255.255.255。IP地址主要用于定位主机在网络中的位置。

IP地址分类

IP地址的特殊值

• 主机号全0：表示当前网络段的主机，只能用于网络广播。
• 主机号全1：向当前网络段所有主机发送消息，与主机号全0类似。
• 网络号全0（A类）：特殊网络，不能使用。
• 网络号127（所有类别）：回环地址，用于测试本机。

私有地址与公网地址

• 私有地址：192.168.0.0到192.168.255.255，专用于局域网。
• 公网地址：用于互联网，通常由网络服务提供商管理。

IP地址的划分与子网

子网划分

子网划分通过借用主机号的若干位来作为子网号，从而将一个大型网络分成多个小型子网络。例如，将B类地址的128.0.0.0划分为多个子网，每个子网可容纳一小部分主机。

子网掩码

子网掩码用于判断是否属于同一子网络。通过将部分主机号设为1，其他设为0，建立子网掩码。例如，C类地址255.255.255.0表示整个C类网络的子网，掩码为11111111.11111111.11111111.00000000。

IP协议核心

IP协议允许不同的网络设备（如路由器）将数据从一个网络传输到另一个网络，将复杂的实际网络转换为虚拟互联网络。

IP数据报结构

• 首部：包含4个字段：长度、服务类型、标识、TTL、生存时间、分片标志、分片偏移、协议。
• 源地址和目标地址：32位的IP地址。

IP数据报的转发流程

ARP与RARP协议

ARP协议

ARP将IP地址映射为MAC地址。ARP请求报文广播发送，获取目标MAC地址，并存入ARP缓存表。ARP缓存表存储IP-MAC映射关系，可用于快速查找。

RARP协议

RARP将MAC地址转换为IP地址，用于逆解析。

通过这些协议，网络层实现了数据链路层和网络层之间的相互工作，确保设备能够高效通信。

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