本文章目录结构出自于《王道计算机考研 计算机网络_哔哩哔哩_bilibili》
03 网络层
在网上看到其他人做了相关笔记，就不再多余写了，直接参考着学习吧。
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详解网络层-网络层概述和编址【王道计算机网络笔记】_wx63088f6683f8f的技术博客_51CTO博客
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详解网络层-网络层协议【王道计算机网络笔记】_wx63088f6683f8f的技术博客_51CTO博客
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静态路由：手动配置的路由信息；
动态路由：自动配置的路由信息。
网络层设备
路由器：一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机，任务是转发分组若收到RIP/OSPF分组等，把分组送往路由选择处理机；若收到数据分组，查找转发表并输出
输入端口：查找和转发功能在路由器的交换功能中最重要
输出端口：分组的速率赶不上分组进入队列的速率，会造成后进入队列的分组由于没有存储空间而丢弃，即路由器中输入或输出队列产生溢出是造成分组丢失的重要原因。4
本小节后续内容可直接观看原视频，或者查看网友的这篇笔记：【王道·计算机网络】第四章 网络层_王道计算机网络_啊有礼貌的博客-CSDN博客
最大传送单元MTU：数据链路层数据帧可封装数据的上限，以太网的MTU是1500字节（包含IP首部在内）。
网络层要按照链路层能传输的MTU来将数据进行分片，然后将分片下发给链路层，如果网络层下发链路层的数据过长，链路层就会拒绝发送。
网络中哪几层会拆分数据？
网络中会拆分数据的层主要有以下几层：
传输层：
以TCP为例，它会将应用层的数据流分割成适当长度的报文段，以便在网络中独立传输。比如，当应用层有大量数据需要发送时，TCP会根据网络状况和自身的机制，将数据分段后交给网络层。
网络层：
当数据包的大小超过了网络的最大传输单元（MTU）时，网络层会将数据包拆分成多个更小的数据包进行传输。例如在IP协议中，如果一个数据报的长度超过了所要通过的链路的MTU，就会在网络层对数据报进行分片。
数据链路层：
虽然严格来说它不是对上层传下来的数据进行拆分，但它会将网络层交下来的IP数据报组装成帧，在帧中添加源MAC地址和目的MAC地址等信息，以便在局域网中进行传输。如果网络层的IP数据报太大，无法在一个数据帧中完整传输，就需要在网络层先进行分片，再由数据链路层分别封装成帧进行传输。
综上所述，网络中的网络层、传输层和数据链路层都可能会对数据进行拆分操作，以满足不同层次的传输需求和限制。
网络数据分片示例：
更多参看上方链接文章。
网络层只能确保数据到达某一个设备，网络层为主机间的通信提供服务，但是仅仅将数据传送到主机并没有通信结束，只有将数据送交到具体的进程或者进程中具体的线程才能实现通信的过程；因此网络层的通信并未完成，需要传输层实现进程与进程之间的逻辑通信。
网络层提供最大努力交付，是不可靠传输；因此需要上一层传输层担起可靠传输的职责；传输层有UDP、TCP两大协议；其中UDP不可靠，TCP可靠，因此网络层不能可靠传输的话，传输层就可以通过使用TCP协议保证可靠传输；如果传输层使用的UDP协议，就需要再最上一层应用层实现可靠传输。
每个路由器总是有两个或两个以上IP地址，路由器的每个接口都会有不同网络号的IP地址。
IPV4
IP地址就是给每个连接在因特网上的主机(或路由器)分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。无论哪类IP地址，都由网络号和主机号两部分组成。一般将IP地址分为A、B、C、D、E 五类地址：
每一类IP地址，可以通过第一个字节的大小来判断，如上图中各类ip后的数字范围。
除了前面的固定几位，剩下的全为0即是范围下限值，剩下的全为1即是范围上限值。
以C类IP为例，范围是11000000b~11011111b，也就是192~223.
特殊IP地址
环回地址就是自己给自己发，检测设备是否可以正确的接受发送数据、网络层是否能正常工作等。
私有ip地址
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。
当私有网络内的主机要与位于公网上的主机进行通讯时必须经过地址转换，将其私有地址转换为合法公网地址才能对外访问。
NAT－Network Address Translation 网络地址转换
所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址
更多参考：
私有IP地址定义、私有IP地址范围（10.0.0.0/8、172.16.0.0/12、192.168.0.0/16）内网ip地址范围、局域网ip范围、外网ip、互联网ip-CSDN博客
网络地址转换NAT
网络地址转换NAT：在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
子网划分与无分类编址
CIDR中已经废弃了IP地址的分类，无分类编址的命名也是由此得来的，所以目前基本已经不再采用所谓的A类、B类、C类的IP地址分类表示法，引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号;子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 “0” 来结尾;将IP地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号;但仍然是基于ABCD大类来进行子网划分。
IP地址计算---子网掩码确定和子网划分等详解 (附常见相关习题)_子网掩码计算例题和讲解-CSDN博客
几个特殊的IP地址
就像我们每个人都有一个身份证号码一样，网络里的每台电脑(更确切地说，是每一个设备的网络接口)都有一个IP地址用于标示自己。我们可能都知道这些地址由四个字节组成，用点分十进制表示以及它们的A，B，C分类等，然而，在总数大约为四十多亿个可用IP地址里，你知道下面一些常见的有特殊意义地址吗？
一、0.0.0.0
严格说来，0.0.0.0已经不是一个真正意义上的IP地址了。它表示的是这样一个集合：所有不清楚的主机和目的网络。这里的“不清楚”是指在本机的路由表里没有特定条目指明如何到达。对本机来说，它就是一个“收容所”，所有不认识的“三无”人员，一律送进去。
二、255.255.255.255
广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机。如果翻译成人类的语言，应该是这样：“这个房间里的所有人都注意了！”这个地址不能被路由器转发。
三、127.0.0.1
本机地址，主要用于环回测试。用汉语表示，就是“我自己”。在Windows系统中，这个地址有一个别名“LocolHost”。寻址这样一个地址，是不能把它发到网络接口的。除非出错，否则在传输介质上永远不应该出现目的地址为“127.0.0.1”的数据包。
四、224.0.0.1
组播地址，注意它和广播的区别。从224.0.0.0到239.255.255.255都是这样的地址。224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。这样的地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序。如果你的主机开启了IRDP(Internet路由发现协议，使用组播功能)功能，那么你的主机路由表中应该有这样一条路由。
五、169.254.X.X
如果你的主机使用了DHCP功能自动获得一个IP地址，那么当你的DHCP服务器发生故障，或响应时间太长而超出了一个系统规定的时间，Wingdows系统会为你分配这样一个地址。如果你发现你的主机IP地址是一个诸如此类的地址，很不幸，十有八九是你的网络不能正常运行了。
六、10.X.X.X、172.16.X.X～172.31.X.X、192.168.X.X
私有地址，这些地址被大量用于企业内部网络中。一些宽带路由器，也往往使用192.168.1.1作为缺省地址。私有网络由于不与外部互连，因而可能使用随意的IP地址。保留这样的地址供其使用是为了避免以后接入公网时引起地址混乱。使用私有地址的私有网络在接入Internet时，要使用地址翻译(NAT)，将私有地址翻译成公用合法地址。在Internet上，这类地址是不能出现的。对一台网络上的主机来说，它可以正常接收的合法目的网络地址有三种：本机的IP地址、广播地址以及组播地址。
路由选择
计算机网络（23）——路由选择算法概述及层次路由_层次路由系统-CSDN博客
关于PING命令TTL值的理解 - PBDragon - 博客园 (cnblogs.com)
ICMP协议
进一步认识ICMP协议-CSDN博客
IP协议
参考：
IP协议详解：报头格式、主机定位、转发流程、网段划分与路由机制_子网中路由器也可以看作主机吗-CSDN博客
VPN
到底什么是VPN？
9.2、VPN虚拟专用网详述_虚拟专用网关键技术-CSDN博客
VPN（虚拟专用网络）连接是通过公共网络（如互联网）进行加密通信，允许分公司的网络安全地连接到总部的网络。VPN 通过加密数据流，使其在公共网络中传输时变得安全，可以通过互联网以较低的成本建立连接。
VPN简介_vprn-CSDN博客
防火墙 NAT 网关 路由器
路由器、交换机、集线器的区别_集线器交换机路由器三者区别-CSDN博客
【科普】为什么ip地址通常以192.168开头？-CSDN博客
什么是防火墙？它有什么作用？_出口安全防火墙的作用-CSDN博客
Nat和防火墙的概念和纠葛，谁先作用？_防火墙先匹配nat-CSDN博客
网络工程师必知：网关与防火墙有什么区别？_网关和防火墙-CSDN博客
原来路由器的主要功能是使用一系列算法决定网络间的最短路径。
两个网络的连接是通过网关。
只不过，现在的路由器都集成了网关，所以路由器也具有网关的功能。
详解网关和路由器的区别_设置网关和设置路由的区别-CSDN博客
1、对于家庭共享上网，只需要使用网关即可，所以在宽带路由器中选择“网关”选项。
2、对于大型企业网络内部，或大型企业网络连接Internet，由于网络中可能存在其他路由器，所以应当选择宽带路由器中的“路由器”选项，以决定网络间的最短路径。
PS：默认网关
有时在Windows中设置网络时，我们经常会看到“默认网关”的设置
默认网关指计算机所在网络边界的网关或路由器，因为只有网关和路由器才知道如何到达其他网络。
对于网络内部的计算机来说，只有知道了默认网关的位置才能和网络外部通信。
所以默认网关是一个很重要的设置。但大多数情况下不需要我们手动设置，因为网络中的DHCP服务器可以自动提供默认网关的位置。
对于使用宽带路由器共享上网，默认网关是宽带路由器。
对于拨号上网，默认网关是是运营商处的路由器。
对于网络中有启用了ICS（Internet连接共享）的计算机并共享上网，默认网关就是这台计算机。
网络中判断源 IP 和目的 IP 是否处于同一网段主要在网络层，具体是在 IP 协议的路由选择过程中进行判断。以下是具体的判断步骤：
获取子网掩码：对于源主机和目标主机，分别获取其 IP 地址所对应的子网掩码。子网掩码用于确定 IP 地址中的网络部分和主机部分。例如，常见的子网掩码有 255.255.255.0、255.255.252.0 等。
进行与运算：将源 IP 地址和目的 IP 地址分别与各自的子网掩码进行按位与（AND）运算。
按位与运算的规则是：只有两个对应的二进制位都为 1 时，结果才为 1，否则为 0。例如，IP 地址 192.168.1.10 转换为二进制是 11000000.10101000.00000001.00001010，子网掩码 255.255.255.0 转换为二进制是 11111111.11111111.11111111.00000000，两者进行按位与运算后的结果为 11000000.10101000.00000001.00000000，即 192.168.1.0。
比较运算结果：将源 IP 地址与子网掩码按位与运算后的结果和目的 IP 地址与子网掩码按位与运算后的结果进行比较。
如果两者相同，则说明源 IP 和目的 IP 处于同一网段；如果不同，则说明它们不处于同一网段。
综上所述，通过上述步骤可以有效地判断源IP和目的IP是否处于同一网段，这一过程对于网络通信中的路由选择和数据转发具有重要意义。
各种异构网络，不管是4G、wifi或者以太网，只有物理层和链路层上有差别，在网络层及以上层都是一样的。
路由器的每个端口都处于不同的网段吗？
路由器的每个端口是否都处于不同的网段，需要分情况来看：
广域网接口（WAN 口）与局域网接口（LAN 口）：一般情况下，WAN 口和 LAN 口处于不同的网段。WAN 口用于连接外网，如宽带网络、光纤等接入互联网的设备或线路，其 IP 地址由上级网络服务提供商分配，通常是一个公网 IP 地址。而 LAN 口用于连接本地设备，构建局域网，其 IP 地址是私有 IP 地址，由路由器自行分配或手动设置，与 WAN 口所在的网段不同。例如，WAN 口可能被分配的 IP 地址是 203.0.113.100，子网掩码是 255.255.255.255；而 LAN 口的 IP 地址可能是 192.168.1.1，子网掩码是 255.255.255.0。
多个 LAN 口之间：对于普通的家用或小型办公路由器，多个 LAN 口通常处于同一个网段。这是因为这些 LAN 口主要用于连接本地设备，如电脑、打印机等，这些设备在局域网内需要进行通信和资源共享，处于同一网段可以方便设备之间的互相访问和管理。比如，在一个家庭网络中，多台电脑通过不同的 LAN 口连接到路由器，它们的 IP 地址可能都是 192.168.1.x（x 为 2-254 之间的数字），子网掩码都是 255.255.255.0。
综上所述，路由器的不同端口所处的网段情况因端口类型和使用场景而异。
路由器的多个LAN口能否被当做交换机来使用？
路由器的多个LAN口可以被当作交换机来使用，但存在一些限制和注意事项。以下是具体介绍：
功能原理：
路由器的LAN口本身具有交换功能，其本质上就是一个多端口的交换机。从数据交换的层面来看，它可以实现多个设备之间的数据转发，使连接在LAN口上的设备能够相互通信。
性能方面
与专用交换机对比：路由器的主要功能是实现不同网络之间的数据转发，其LAN口在设计上更侧重于连接本地设备以访问互联网。而专用交换机则专注于局域网内部的高效数据交换，通常具有更高的背板带宽、更低的延迟以及更多的功能特性，如VLAN划分、链路聚合等。因此，当大量设备通过路由器的LAN口进行高速数据传输时，可能会出现网络拥堵和性能下降的情况。
实际使用情况：如果只是连接少量的设备，如几台电脑、打印机等，并且对网络性能要求不高，路由器的LAN口作为交换机使用基本可以满足需求。但如果连接的设备数量较多，或者有对网络性能要求较高的设备，如服务器、游戏主机等，可能会影响到网络的稳定性和速度。
设置方面：
关闭DHCP服务：默认情况下，路由器的LAN口会开启DHCP服务，自动为连接的设备分配IP地址。但当将路由器的LAN口作为交换机使用时，为了避免IP地址冲突，需要关闭该接口的DHCP服务，让主路由器或其他设备来负责IP地址的分配。
修改IP地址：为了防止与其他设备的IP地址冲突，通常需要将路由器的LAN口IP地址修改为与主网络不同的网段。例如，主路由器的LAN口IP地址为192.168.1.1，那么作为交换机使用的路由器的LAN口IP地址可以设置为192.168.2.1等。
安全和管理方面：
安全防护：虽然路由器具有一定的安全防护功能，但将其LAN口作为交换机使用时，可能会暴露内部网络的安全漏洞。因为原本由路由器隔离的不同网络，现在通过LAN口连接在一起，增加了被攻击的风险。例如，如果其中一个设备受到感染或攻击，可能会威胁到整个网络的安全。
管理复杂性：在大型网络中，如果将多个路由器的LAN口当作交换机使用，可能会导致网络拓扑结构变得复杂，增加网络管理和故障排查的难度。不同路由器的配置和管理界面可能存在差异，也会给统一管理带来不便。
总的来说，路由器的多个LAN口能当作交换机使用，但在性能、设置以及安全和管理方面存在一定局限。若只是临时、小规模且对性能要求不高的场景下可应急使用，但对于大规模、高性能需求的网络环境，建议优先选择专用交换机以保障网络的稳定和高效运行。
