在數(shù)據(jù)鏈路層之上，是網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層提供了獨(dú)立于傳輸網(wǎng)絡(luò)并且全網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一的地址，即 IP 地址，還提供了獨(dú)立于傳輸網(wǎng)絡(luò)并且用 IP 地址表示發(fā)送端和接收端的分組，即 IP 分組。

IP地址

IP 地址分為 IPV4 和 IPV6。IPV4 是用 32 位二進(jìn)制數(shù)表示的 IP 地址，而 IPV6 使用 128 位二進(jìn)制數(shù)表示的 IP 地址。
以下使用的 IP 地址均是現(xiàn)流行的 <b>IPV4</b>。
<br />

IP 地址有兩種編址方式，一種是分類編址，另一種是無分類編址。

分類編址：

分類編址將 IP 地址分為 ABCDE 五類地址，如下：

IP 地址的分類

• ABC 這三類地址稱為單播地址，包括網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號兩部分
• 主機(jī)號全為 0 表示網(wǎng)絡(luò)地址，比如 192.1.1.0 是一個(gè) C 類的網(wǎng)絡(luò)地址
• 主機(jī)號全為 1 表示廣播地址，比如 192.1.1.255 是一個(gè) C 類的廣播地址
• 32 位全為 1 表示受限廣播地址（限于發(fā)送終端所在網(wǎng)絡(luò)）
• 0.0.0.0 表示 IP 地址無法確定，終端沒有分配 IP 地址前可以作為 IP 分組的源地址
• 127.x.x.x 是回送測試地址
• 224.0.0.1 表示網(wǎng)絡(luò)中所有支持組播的終端和路由器
• 224.0.0.2 表示網(wǎng)絡(luò)中所有支持組播的路由器
• 224.0.0.9 表示網(wǎng)絡(luò)中所有運(yùn)行 RIP 進(jìn)程的路由器

無分類編址

由于在分類編址中存在浪費(fèi) IP 地址、無法有效精簡路由項(xiàng)和 C 類網(wǎng)絡(luò)地址使用率較低的問題，人們提出了<b>無分類編址</b>。
無分類編址通過<b>子網(wǎng)掩碼</b>指明 IP 地址中作為網(wǎng)絡(luò)號的位數(shù)，如 5.1.1.2/255.0.0.0 或 5.1.1.2/8 表示前 8 個(gè)二進(jìn)制數(shù)為網(wǎng)絡(luò)號，剩下的 24 位為主機(jī)號。

IP分組

IP 分組首部格式

• 版本：4 位。IPV4 的版本號為 4，即 0100，IPV6 的版本號為 6，即 0110
• 首部長度：4 位，以 32 位字即 4 個(gè)字節(jié)為單位。該字段的最小值為 5，用于沒有可選項(xiàng)的情況
• 服務(wù)類型：8 位。 用于指定 IP 分組的優(yōu)先級、延遲、吞吐率和可靠性要求等要求的組合。前三位表示優(yōu)先級，第四位表示時(shí)延，第五位為吞吐率，第六位為可靠性，剩下兩位為保留位
• 總長度：16 位，以字節(jié)為單位。表示包括首部和數(shù)據(jù)的 IP 分組的長度，最大值為 65535
• 標(biāo)識：16位。用于標(biāo)識屬于同一 IP 分組的數(shù)據(jù)片，屬于同一 IP 分組的數(shù)據(jù)片該字段值相同
• 標(biāo)志： 3 位。分別為 DF、MF 和保留位。DF = 1 表示不允許分片， MF = 0 表示該片為最后一片
• 片偏移：13 位，以 8 個(gè)字節(jié)為單位。表示當(dāng)前數(shù)據(jù)片在原始 IP 分組中的位置
• 生存時(shí)間：8 位。用于限制 IP 分組在網(wǎng)絡(luò)中的存在時(shí)間，由終端設(shè)定
• 協(xié)議：8 位。表示數(shù)據(jù)所屬的高層協(xié)議類型
• 首部校驗(yàn)和：16 位。對首部用檢驗(yàn)和算法計(jì)算出的檢錯(cuò)碼，沒每經(jīng)過一個(gè)路由器計(jì)算一次
• 源地址和目的地址：32 位。表示源終端和目的終端的 IP 地址
• 可選項(xiàng)：包括 保密、嚴(yán)格的源站選路、不嚴(yán)格的源站選路、記錄路由和時(shí)間戳

IP over 以太網(wǎng)

基于以太網(wǎng)的 IP 的關(guān)鍵是如何根據(jù)終端的 IP 地址獲得 MAC 地址，這就要用到 <b>ARP（Address Resolution Protocol） 協(xié)議</b>

工作流程：

假設(shè)終端 A 需要通過終端 B 的 IP 地址獲得終端 B 的 MAC 地址

1. 終端 A 發(fā)送以下格式的廣播幀：

ARP 廣播幀

2. 網(wǎng)絡(luò)中所有終端都接收到請求幀，所有終端都根據(jù)給出的 IP 地址確定自己是否為目的終端

3. 只有終端 B 回復(fù) 終端 A，回復(fù)幀的格式如下：

終端 B 回復(fù)給 終端 A 的幀格式

Internet 控制報(bào)文協(xié)議

Internet 控制報(bào)文協(xié)議 （Internet Control Message Protocol，ICMP）分為<b>差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文</b>和<b>詢問報(bào)文</b>

差錯(cuò)報(bào)告報(bào)文：

• 終點(diǎn)不可達(dá)：

網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)
主機(jī)不可達(dá)
協(xié)議不可達(dá)
端口不可達(dá)
需要分片但 DF 位置 1
源路由失敗

• 源站抑制：

當(dāng)路由器或主機(jī)由于擁塞而丟棄IP分組時(shí)，就向IP分組的發(fā)送終端發(fā)送源站抑制報(bào)文，要求IP分組的發(fā)送終端降低發(fā)送速率。

• 超時(shí)：

當(dāng)路由器接收到生存時(shí)間為零的IP分組
接收終端在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不能接收到分片某個(gè)IP分組后產(chǎn)生的全部數(shù)據(jù)片

• 參數(shù)問題：

當(dāng)路由器或目的終端接收到首部字段有錯(cuò)的IP分組，且已無法再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)該IP分組

• 改變路由：

當(dāng)路由器發(fā)現(xiàn)分組接收到的端口和將要轉(zhuǎn)發(fā)出去的端口相同時(shí)，可以要求發(fā)送該分組的終端改變路由

#######詢問報(bào)文：

• 回送請求和響應(yīng)：

路由器或主機(jī)通過回送請求報(bào)文向一個(gè)特定設(shè)備發(fā)出詢問
接收到該報(bào)文的設(shè)備（主機(jī)或路由器）必須向發(fā)送回送請求報(bào)文的源設(shè)備回答一個(gè)回送響應(yīng)報(bào)文

• 時(shí)間戳請求和響應(yīng)：

時(shí)間戳請求報(bào)文用于向某個(gè)目的設(shè)備詢問當(dāng)前的日期和時(shí)間
時(shí)間戳響應(yīng)報(bào)文用于回送接收請求報(bào)文的日期和時(shí)間及發(fā)送響應(yīng)報(bào)文的日期和時(shí)間

• 地址掩碼請求和響應(yīng)：

主機(jī)通過子網(wǎng)掩碼請求和響應(yīng)來獲知所在網(wǎng)絡(luò)的子網(wǎng)掩碼

• 路由器詢問和通告：

主機(jī)通過廣播路由器詢問報(bào)文查詢網(wǎng)絡(luò)內(nèi)路由器的工作狀態(tài)
接收到路由器詢問報(bào)文的路由器通過廣播路由器通告報(bào)文來通告其路由信息

參考資料：
IP — 分類編址
IP — 無分類編址
IP — 分組格式
IP over 以太網(wǎng)
ICMP