一、網路層的任務和服務

計算機網路的學習已經到網路層部分了，從物理層、資料鏈路層，逐漸接近五層協議結構的上層，

網路層是資料鏈路層的上一層，它的作業任務，也是核心功能，一共有兩個：分組轉發和路由選擇，

1、分組轉發

網路層的主要任務就是將分組從源主機傳送到目的主機，最核心的設備無非就是路由器了，路由器維護了一個轉發表，在轉發分組時候，根據分組資料的首部標識在轉發表中查詢，然后轉發到目標地址，

2、路由選擇

當分組從發送方傳送到接收方，網路層需要決定這些分組要走的路徑，這就是路由選擇（Routing），路由選擇的結果就是生成轉發表，

路由選擇的方式包括：集中式、分布式，分布式自動路由選擇需要再路由器上運行路由選擇協議，互相交換路由資訊并計算路由，實際上，該程序直接生成的是路由表，再生成轉發表，

在網路層，提供了面向連接和無連接的服務，

面向連接服務的網路成為虛電路網路；無連接服務的網路成為資料報網路，

虛電路網路的特點

可靠的通信由網路來保證；
終點地址僅在連接建立階段使用，每個分組使用短的虛電路號；
屬于同一條虛電路的分組均按照同一個路由進行轉發，按發送順序到達終點；
所有通過故障結點的虛電路都不能作業；
容易實作，可以將通信資源提前分配給每一條虛電路，

資料報網路的特點

可靠通信由用戶保證；
每個分組都有完整的終點地址，達到終點可能不按順序；
每個分組獨立選擇路由進行轉發；
出故障的結點可能丟失分組，路由可能發生變化；
很難實作，

二、ARP協議原理

網路層中重要的協議：IP協議，是TCP/IP體系中最重要的協議之一，

IP協議配套的4個協議是：地址決議協議（ARP）、逆地址決議協議（RARP）、網際控制報文協議（ICMP）、網際組管理協議（IGMP），

ARP和RARP協議解決了已知目標IP地址，需要獲得對應的物理地址；和反程序，已知目標物理地址，需要獲得相應的IP地址，

RARP協議現在已經沒有單獨使用，DHCP協議中已經包含RARP協議的功能，

這里我主要記錄一下ARP作業程序，

在支持廣播的局域網中可以使用ARP協議解決IP地址和物理地址的動態映射關系問題，方法：每臺主機都有ARP高速快取，在其中存放了一個IP地址-物理地址的映射表，并且不斷動態更新，

ARP作業程序，我的總結如下：

1、目標物理地址在ARP Cache中

當A主機要發送IP資料報給同一局域網的主機B，A主機查詢自己的ARP Cache，發現存在B的IP地址和物理地址映射條目，因此就把MAC地址寫入MAC幀通過局域網發送到B的物理地址，

2、目標物理地址不在ARP高速快取中

（1）第一步，A主機的ARP行程在局域網內部發送一個廣播ARP請求分組，該分組封裝在資料鏈路層的廣播幀中，主要內容是：我的IP地址是10.1.1.1，MAC地址00-00-25-AB-EE-9C，我想知道IP地址為10.1.1.2的MAC地址，

（2）第二步，局域網內部的所有主機上的ARP行程都會收到這個ARP請求分組，

（3）第三步，主機B發現ARP請求分組中的IP地址和自己的匹配，立即向A主機發送回應分組，寫入自己的MAC地址，主要內容是：我的IP地址是10.1.1.2，MAC地址00-ED-00-AB-24-9C，此時的回應分組是資料鏈路層單播，因為只從源地址發送給目標地址A主機，

（4）最后，主機A收到主機B的ARP回應分組，就在自己的ARP高速快取中寫入B的IP地址-MAC地址映射，

在這個程序完成了主機A對主機B的MAC地址資訊的獲取，當然，主機B會把主機A的IP地址-MAC地址寫入自己的Cache，方便之后可能的通信，不用發送ARP廣播，減少網路的通信量，

看到這里，我們會發現前提是在同一局域網下主機之間的資料傳送，在不用局域網中，主機A發送的廣播不會被主機B接收到，因此，需要通過路由器對主機A的請求進行轉發，再繼續上面的ARP作業程序，

三、ARP的4種典型情況

發送方是主機，IP資料報要發送到本網路的另一個主機，這時用ARP找到目的物理地址，
發送方是主機，IP資料報要發送到另一局域網的一個主機，這是ARP先找到局域網中的一個路由器，剩下作業由路由器完成，
發送方是路由器，IP資料報要發送到本網路的另一個主機，這時用ARP找到目的物理地址，
發送方是路由器，IP資料報要發送到另一局域網的一個主機，這是ARP先找到局域網中的另一個路由器，剩下作業由這個路由器完成，

這樣，通過多次使用ARP，實作全網的通信，

ARP的產生當然有它的優勢所在，全世界存在大量不同的網路，它們使用不同形式的物理地址，這些異構網路要互相通信，統一的IP地址格式加上ARP地址決議協議解決了這個問題，ARP的實作程序是計算機軟體自動進行的，用戶并未感知到，

網路層的部分其實還有許多內容，IP資料報、ICMP協議等，為了保證博文合適的長度和質量，準備在接下來進行記錄網路層的學習內容，

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