主机和路由器 都会运行网络层协议。发送主机会将传输层的数据段封装到数据报中，接受铸就向传输层交付数据段。
网络层的核心功能是路由和转发。
转发就是将分组从路由器的输入端口转移到合适的输出端口。
路由就是确定分组从源到目的经过的路径。
网络层另外一个核心功能是连接建立。 数据分组在传输前两端主机需要首先建立虚拟逻辑连接。网络层的连接是2个主机之间，传输层的连接是两个应用之间。
网络层的服务分为连接服务和无连接服务。
1. 虚电路
2.数据报
在检索转发表时，优先选择与分组目的地址匹配前缀最长的入口。
IP数据包格式
版本号如果是ipv4 就是4， 如果是ipv6 就是6
首部长度占4位，一位代表4字节，也就是说ip首部长度最大是15 * 4 60字节。 最少是5（如上图，选项字段为空） 是 5 * 4 = 20字节
一字节是一行
服务类型 指示期望获得什么服务，一般情况下不使用
总长度代表ip分组的总字节数（首部+数据），最大是65535 B, 最小是 20B(首部最短）
生存时间ttl， 在网络中可以通过的路由器数。路由器转发一次分组，ttl-1，如果ttl = 0， 路由器丢弃该分组
协议是指ip分组封装的是哪个协议的数据包（6 为tcp， 17为udp） 实现复用，分解。
首部校验和实现对ip分组首部差错的检测。逐跳计算，逐跳校验。
2个地址，分别标识发送分组的源（主机或路由器）和接受分组的目的（主机或路由器）的ip地址
选项字段占长度可变，范围在1-40b之间。携带安全，时间戳和路由记录等内容。填充字段长度可变，目的是补齐整个首部，符合32位对其，保证首部长度是4字节的倍数。
ip 分片
然后我们回看ip头的第二行。
标识id，ip协议利用一个计数器，每产生ip分组计数器加一，该ip 分组的标识。
片偏移字段占13位，一个ip分组分片封装原ip分组数据的相对偏移量。片偏移字段以8字节为单位。
IP子网
netID 代表一个子网，下午有3个子网
ip地址分类
D类地址
D类地址用于组播（multicasting），因此，D类地址又称为组播地址。D类地址的范围为224.0.0.0～239.255.255.255，每个地址对应一个组，发往某一组播地址的数据将被该组中的所有成员接收。D类地址不能分配给主机。D类地址的第一个字节的取值范围为224～239。
有些D类地址已经分配用于特殊用途：
224.0.0.0 是保留地址、224.0.0.1 是指本子网中的所有系统、224.0.0.2 是指本子网中的所有路由器、224.0.0.9 是指运行RIPv2路由协议的路由器、224.0.0.11是指移动IP中的移动代理。
另外，还有一些D类地址留给了网络会议：
224.0.1.11 用于IETF-1-AUDIO、224.0.1.12 用于IETF-1-VIDEO
E类地址
E类地址为保留地址，可以用于实验目的。E类地址的范围：240.0.0.0 ～ 255.255.255.254，E类地址的第一个字节的取值范围为240～255。
00000000.00000000.00000000.00000000 表示本网络上的本机
127.xxx.xxx.xxx 表示环回地址，环回地址（Loopback Address）是用于网络软件测试以及本机进程之间通信的特殊地址。某网络号+全“1”的主机号 表示对该网络的所有主机进行广播
某网络号+全“0”的主机号 表示网络地址
全“0”网络号+某主机号 表示本网络的某主机
11111111.11111111.11111111.11111111 表示在局域网中广播
在现在的网络中，IP地址分为公网IP地址和私有IP地址。公网IP是在Internet使用的IP地址，而私有IP地址则是在局域网中使用的IP地址。
私有IP地址是一段保留的IP地址。只使用在局域网中，无法在Internet上使用。
上面把ip 地址分为4类，可以看到非常不灵活，因为有时候你用到的ip地址 不是正好一类ip地址的全集。就会有浪费，这个时候，就需要无类域间路由
有了这个技术后，就可以在路由器的转发表里做路由聚合。
路由选择的时候，也是用最长前缀匹配的。
划分子网的意义：1.减少广播域；2.有效利用和规划IP；3.考虑网络安全因素，方便管理。
如何进行子网划分：1.确定需要划分的子网数及各子网中主机数量；2.确定可使用IP地址范围；3.根据子网/主机数量划分IP地址，计算掩码。
定长子网划分：子网所划分的所有子网的子网掩码都是相同的。即所有子网主机数量相同。
变长子网划分：根据不同网段中的主机个数使用不同长度的子网掩码。即各子网的主机数量可互不相同。
如何准确地描述一个子网：网段首地址+子网掩码可以准确描述一个子网。
为什么要进行路由聚集：缩减路由表，提高路由转发效率
如何进行路由聚集：连续子网路由可以整合为一个超网路由
什么情况下可以进行路由聚集：不同子网的出口相同时，可以进行聚集。
DHCP
下面要解决的是如何获得ip地址？
第一种方式是hard code 写死，也称静态配置。
第二种就是根据动态主机配置协议-dhcp，去服务器动态获取：（ip地址，子网掩码，默认网关地址，dns服务器名称与ip地址）
即插即用，允许地址重用，在用地址的续租，支持移动用户加入网络
因为新进来的主机没有自己的ip，所以和dhcp服务器通讯都需要用局域网广播，就是向4个255发消息。上层是udp
NAT协议
我们之前讲过私有网络端，这些网址是不能直连公网的ip的。这个时候可以用一个公网ip加端口号来映射。这个就是nat协议。
NAT发生的动机：
1.ipv4地址耗尽，这种做法可以用更少的ip地址让更多的局域网机器去连接公网。
2.本地网络设备ip变更，无需通告外界网络
3.变更isp时，无需修改内部网络设备ip地址。
nat的主要争议：
- 路由器应该只处理第3层的功能
- 违背端到端的通信原则， 应用开发者必须考虑到nat的存在。
- 地址短缺问题应该由ipv6来解决
nat 穿透问题：
ICMP协议
icmp应用举例
trace route
路由算法
路由算法确定去往目的网络的最佳路径。
整个网络可以抽象成一个图。
每段链路的费用可以总是1，伙食着带宽的倒数，拥塞程度等。
关键问题 就是找最短路径了
链路状态路由算法
距离向量路由算法
层次路由
将任意规模网络抽象为一个图计算过于理想化。
考虑六亿目的结点的网络，路由表几乎无法存储。路由计算过程的信息交换量巨大，会淹没链路。
所以我们希望，每个网络的管理可能都期望自主控制其网内的路由
