前言

在前面的学习中我们学习了数据的封装和解封装，了解了封装是从发送端由上向下一层一层的，在数据部分的前面加上每一层的首部，在学习MAC帧时，我们知道了在数据链路层加上首部之后形成一个数据帧，数据链路层的上一层是网络层，那么网络层的数据部分加上网络层的首部就成了IP数据报

一、IP数据报的格式

1.IP数据报

IP数据报格式

在TCP/IP标准中，报文的格式一般为32位（4字节）为单位
网络层的基本传输单元叫做IP数据报

2.数据报中各个字段的意义

版本，占四个比特位，代表IP协议个版本号，一般情况下值为4，即IPV4
首部长度，占4个比特位，一般情况下值为5，即首部长度为20个字节
区分服务，占8个比特位，这个字段其实一直没有用过，所以在这里我们只了解它占多少位，在看数据报时可以看出那个字节是区分服务即可
总长度，占16个比特位，这个字段代表整个IP数据报的长度（首部长度+数据部分），最大值为2¹⁶-1个字节
标识，占16个比特位，在产生数据报的时候，计数器会加1，并把计数器的值赋给标识字段。这个字段在IP数据报分片时，可以根据分片的标识值是否相同，来判断是不是同一个数据报
标志，这个个字段只占3个比特位，而且第一个比特位没用，第二位是DF（DONT Fragment直译就是不能分裂），当DF=1时，则表示该数据报不能分片。第三个比特位是MF（MORE Fragment直译就是更多碎片），当MF=1时，表示后面还有分片，若为0，则表示这是最后一个数据报分片。
片偏移，占13个比特位，片偏移以8个字节为单位，那么实际偏移量=片偏移值*8byte。这个字段用来找到分片数据在原始数据中的位置.
生存时间，占8个比特位，用来表示数据报的寿命，即为数据报可以经过路由器的数量。因为数据报在选择线路时，有时会进入循环路径，为了避免这种情况，所以要为每个数据报设置一个TTL，数据报经过一个路由器，TTL值减1，当TTL的值减到0时，该数据报就会被删除。
协议，占8比特，指出IP数据报中的数据部分是什么报文。此处最常见的是三种：值为0×01时，表示为ICMP报文；值为0×06，表示TCP报文；值为0×17，表示UDP报文。
首部检验和，占16位，主要对IP数据报的首部进行检验，不对数据部分进行检验，这也就是为什么ip协议提供的是不可靠传输。（ip协议对于数据部分不能检验）

二、ICMP（Internet控制报文协议）

上面的介绍中IP数据报的首部有一个协议字段，用于指出数据部分是什么报文，我们先来说说ICMP。

1.报文格式

在这里插入图片描述

ICMP依然是网络层协议，只不过在ip协议上方
ICMP报文前4个字节是统一的格式，共有3个字段，类型，代码和检验和，总共8个字节。
类型字段可以确定ICMP的报文类型，ICMP有三种报文类型：差错报告报文，控制报文和查询报文
代码字段，占一个字节，可以进一步说明某种类型中的具体情况
检验和字段，占两个字段，用于检验整个ICMP报文，可以保证经过传输的ICMP报文不产生差错。

2.常见应用

测试报文的可达性
改变路由

三、ARP协议

大家现在明白在两主机之间通讯，需要通过物理传输，那么从上层向下层封装，先将传输层的TCP/UDP数据段封装成IP报文，再将IP报文封装成mac帧之后再传输，MAC帧是通过目的MAC地址寻址，而源主机只知道目的主机的IP地址，此时我们需要通过IP地址找到对应的MAC地址关系，ARP协议就是干这个活的。

比如说主机A和主机B通讯，那么在通讯开始之前，主机A需要知道主机B的MAC地址，那么主机A回向局域网中发送一个ARP请求广播帧，在同一个局域网中的所有主机都会收到这个广播帧，收到的主机会对这个广播帧进行确定，如果主机的IP地址和ARP请求广播帧中的目的IP地址相同，那么对应的主机就会发送一个ARP回应帧，这个回应帧中就包含了MAC地址，那么主机A的ARP缓存表中就会有主机B的IP地址和MAC地址的映射关系。
–
以上的这种情况是通信的两个主机在同一个局域网中，当两个主机不在同一个局域网中时，那么需要找到中间转发的路由器的MAC地址，将转发的路由器的MAC地址作为目的主机所对应的硬件地址，即保存在主机A ARP缓存表中的映射关系为：和主机A在同一局域网的路由器的端口MAC地址；目的主机B的IP地址
ARP缓存表的作用：存放最近获得的IP地址到MAC地址的绑定，减少ARP请求广播帧的数量
使用ARP的四种典型情况：
主机发询问，主机应答（通信的两个主机在同一个局域网中）
主机发询问，路由器做应答
路由器发询问，主机做应答（2和3是通信的两个主机不在同一个网络中，但两个局域网通过一个路由器相连）
路由器发询问，路由器应答；（经过多个路由器转发才能到相应的主机）

四、路由表

两类网络：
直连网络：与本路由器接口直接相连
远程网络：网络中，发向本路由器的数据需要经过其他路由器
–采用静态路由，用人工命令进行配置
–格式： IP route 目的网络子网掩码下一跳的IP地址
接下来用个实验来说明：
拿路由器R1举个例子：
–R1的路由表
| 目的网络地址 | 子网掩码 | 下一跳IP地址 | 接口 |
| 210.31.231.0 | 255.255.255.0 | 210.31.232.1 | f0/0 |
| 210.31.232.0 | 255.255.255.0 | 直连 | f2/0 |
| 210.31.233.0 | 255.255.255.0 | 直连 | f1/0 |
| 210.31.234.0 | 255.255.255.0 | 直连 | f0/0 |
| 210.31.235.0 | 255.255.255.0 | 210.31.234.2 | f1/0 |
特定主机路由：由网络管理人员设置为特定的目的主机指明一个路由，所对应的子网掩码为255.255.255.255
默认路由：只要在路由表中未找到对应的网络信息（未找到对应的路由），数据报就一律选择默认路由。这样减少路由表所占用空间和搜索路由所占用的时间