网络层（Network Layer） 的主要功能是实现主机之间的逻辑寻址、路由选择和分组转发，确保数据在不同网络（如局域网、广域网）之间的传输
| 协议类别 | 核心协议 | 路由协议 | 辅助协议 | 扩展协议 |
|---|---|---|---|---|
| 功能 | 逻辑寻址、分组转发 | 路径计算与路由表维护 | 地址解析、错误控制、组播管理 | 安全、NAT、QoS等 |
| 典型协议 | IPv4/IPv6、IPSec | OSPF、BGP、RIP | ARP、ICMP、IGMP | NAT、GRE、DiffServ |
IP(Internet Protocol)，是分配给连接到计算机网络的每个设备唯一标识符，用于在网络中通信。IP地址使数据包能够在网络上找到其位置，将数据从源主机路送到目的主机，跨越多个中间网络设备(路由器)，屏蔽底层网络差异（如以太网、Wi-Fi、广域网）。
但IP协议有点类似渣男，秉承着不主动，不拒绝，不负责原则：
它来鹅城只做三件事：
| 字段 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|
| 版本 | 4位 | IPv4（值为4）或IPv6（值为6） |
| 首部长度 | 4位 | 以32位字为单位，最小5（20字节），最大60字节（含可选字段） |
| 区分服务 | 8位 | 旧称TOS（服务类型），用于QoS（服务质量），如优先级、延迟、吞吐量配置 |
| 总长度 | 16位 | 数据报总字节数（首部+数据），最大65535字节 |
| 标识 | 16位 | 唯一标识同一原始数据报的分片，用于重组 |
| 标志 | 3位 | 包括“保留位”、“不分片（DF）”、“更多分片（MF）”标志 |
| 片偏移 | 13位 | 分片数据在原始数据报中的偏移量（以8字节为单位） |
| 生存时间（TTL） | 8位 | 数据报最大跳数（每经一个路由器减1，为0时丢弃，防止环路） |
| 协议 | 8位 | 上层协议类型（如TCP=6，UDP=17，ICMP=1） |
| 首部校验和 | 16位 | 仅校验IP首部，不校验数据（提高效率，可靠性由上层协议处理） |
| 源IP地址 | 32位 | 发送方IP |
| 目的IP地址 | 32位 | 接收方IP |
| 可选字段 | 0-40字节 | 用于调试、安全等（如记录路由、时间戳），较少使用 |
IPv4地址已经快枯竭了，但依旧是互联网的主流。因为还有DHCP，CIDR，NAT为它续命。
看过<三体>的小伙伴一定对647号小宇宙不陌生，路由器就是为IPv4构建了一个又一个的小宇宙，不至于枯竭。
| 特性 | IPv4 | IPv6 |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32位（约43亿地址） | 128位（足够为每粒沙子分配地址） |
| 地址空间 | 分类严格（A/B/C类），浪费严重 | 无类别（CIDR），地址分配灵活 |
| 首部长度 | 可变（20~60字节），处理复杂 | 固定40字节，效率更高 |
| 安全性 | 依赖IPsec（可选） | 强制支持IPsec（加密与认证） |
| 移动性 | 需额外协议（如MIP） | 内置移动性支持（家乡地址） |
| 分片 | 源主机和路由器均可分片 | 仅源主机分片，路由器不处理 |
| 兼容性 | 与IPv6不直接兼容 | 支持双栈（同时运行IPv4/IPv6） |
根据作用范围，IP地址可以分为两种
根据是否可以更改
ICMP（Internet Control Message Protocol），用于IP层的错误报告和网络诊断，是一种面向无连接的协议。当IP数据无法访问目标IP，目标路由器时，会自动发送ICMP消息。
我们常用的Ping命令就是基于ICMP
数据链路层是 物理层（硬件连接）与 网络层（IP 寻址）的桥梁，负责在相邻节点之间传输数据帧，处理物理寻址、接入控制和错误检测。
数据链路层分为两个子层：
LLC层常被简化，属于被抛弃的小孩
MAC地址:Media Access Control Address，是网络设备的硬件地址，用于在局域网中标识设备。MAC工作在链路层，用于设备间通信。
| 字段 | 长度（字节） | 功能描述 |
|---|---|---|
| 前导码（Preamble） | 7 | 由 1010...10 交替的二进制位组成，用于接收端同步时钟，使物理层设备调整接收速率。 |
| 帧开始定界符（SFD） | 1 | 固定为 10101011，标识MAC帧的开始，通知接收端后续为有效数据帧。 |
| 目的MAC地址（DMAC） | 6 | 接收方网卡的物理地址（48位），最高位为 0 表示单播地址，1 表示组播地址，全 1（FF:FF:FF:FF:FF:FF）为广播地址。 |
| 源MAC地址（SMAC） | 6 | 发送方网卡的物理地址（48位），无组播/广播标识，始终为单播地址。 |
| 类型字段（Type） | 2 | 标识上层协议类型： - 0x0800：IP协议- 0x0806：ARP协议- 0x86DD：IPv6协议该字段区分帧承载的是哪种网络层数据。 |
| 数据字段（Data） | 46~1500 | 封装上层（网络层）的数据包（如IP数据报、ARP报文）。 - 最小长度46字节：若上层数据不足，需填充（Pad）至46字节，确保CSMA/CD机制正常工作（最小帧长64字节，减去14字节头部和4字节FCS，剩余46字节）。 - 最大长度1500字节：即MTU（最大传输单元），超过则需在网络层分片。 |
| 帧校验序列（FCS） | 4 | 基于CRC（循环冗余校验）算法生成的校验码，用于检测帧在传输过程中是否发生错误，校验范围包括DMAC、SMAC、Type、Data和Pad字段（不包括前导码和SFD）。 |
Address Resolution Protocol（ARP，地址解析协议） 是计算机网络中用于将 IP 地址（网络层地址）解析为 MAC 地址（数据链路层地址） 的关键协议。它是局域网（LAN）通信的基础，主要解决 “已知 IP 地址，如何获取对应物理地址” 的问题。其帧直接封装在数据链路层（如以太网）的帧中
场景：主机 A（IP: 192.168.1.1）要向主机 B（IP: 192.168.1.4）发送数据，但不知道 B 的 MAC 地址。
广播形式发送到局域网（所有主机都会收到）。
| 字段 | 长度（字节） | 描述 | 示例值（以太网 + IPv4） |
|---|---|---|---|
| 硬件类型（Hardware Type） | 2 | 标识底层硬件类型（如以太网、令牌环等）。 以太网对应值为 0x0001。 |
0x0001（以太网） |
| 协议类型（Protocol Type） | 2 | 标识上层协议类型（如 IPv4、IPv6 等）。 IPv4 对应值为 0x0800。 |
0x0800（IPv4） |
| 硬件地址长度（Hardware Address Length） | 1 | 硬件地址（如 MAC 地址）的长度（单位：字节）。 以太网 MAC 地址为 6。 |
0x06 |
| 协议地址长度（Protocol Address Length） | 1 | 协议地址（如 IP 地址）的长度（单位：字节）。 IPv4 地址为 4。 |
0x04 |
| 操作码（Operation Code） | 2 | 标识 ARP 操作类型：1 = ARP 请求（Request），2 = ARP 响应（Reply），3 = RARP 请求（反向解析，已过时），4 = RARP 响应。 |
0x0001（请求）、0x0002（响应） |
| 发送方硬件地址（Sender Hardware Address） | 可变（依硬件地址长度） | 发送方的硬件地址（如发送方 MAC 地址）。 以太网中为 6 字节。 |
发送方 MAC 地址（例：00-0C-29-12-34-56，二进制填充） |
| 发送方协议地址（Sender Protocol Address） | 可变（依协议地址长度） | 发送方的协议地址（如发送方 IP 地址）。 IPv4 中为 4 字节。 |
发送方 IP 地址（例：192.168.1.100，点分十进制转换为 4 字节） |
| 目标硬件地址（Target Hardware Address） | 可变（依硬件地址长度） | 目标的硬件地址： - ARP 请求时，因目标 MAC 未知，填全 0（6 字节全 0）；- ARP 响应时，填入目标真实 MAC 地址。 |
请求时：00-00-00-00-00-00（全 0）；响应时：目标 MAC 地址 |
| 目标协议地址（Target Protocol Address） | 可变（依协议地址长度） | 目标的协议地址（如目标 IP 地址，需解析的 IP）。 | 目标 IP 地址（例：192.168.1.200，点分十进制转换为 4 字节） |
IP地址与MAC地址都能表示唯一，那为什么既有IP，又有MAC呢？
每个网段内的微观传输。跨网段的宏观路由。如果只用MAC地址进行网络寻址的话，MAC地址长度48位。2^48=256TB内存。这将会是你负担不起的路由器价格。
反向地址解析协议（RARP）
功能与 ARP 相反：已知 MAC 地址，解析对应的 IP 地址。
现已很少使用，被 DHCP 等协议替代。
免费 ARP（Gratuitous ARP）
主机主动发送 ARP 广播（即使无通信需求），属于ARP reply帧，但请求的目标是自己。
用于是告诉广播域中其它主机自己的存在，更新其他主机的 ARP 缓存（如虚拟机迁移后，负载均衡的主备切换）。
判断广播域中是否存在IP冲突
无状态 ARP（Stateless ARP）
主机不维护 ARP 缓存，每次通信前都发送 ARP 请求（适用于低功耗设备或动态网络）。
此内容由惯性聚合(RSS阅读器)自动聚合整理，仅供阅读参考。 原文来自 — 版权归原作者所有。