网络层协议是什么？

网络层负责在网络中，将数据从一个主机传输到另一个主机。 与其描述数据是如何被传输的，不如直接介绍这种高效传输技术的实现方式。 为了提供高效的通信机制，网络层采用了相应的协议。 这些数据被分组为数据包。对于那些体积非常大的数据来说，则会被进一步分割成更小的子数据包。 每种所使用的协议都有其特定的特点和优势。 以下文章详细介绍了在网络层所使用的各种协议。

网络层的功能

网络层负责执行以下任务：

• 逻辑地址分配：网络中的每个设备都需要被唯一标识。因此，网络层提供了一种地址分配方案来识别这些设备。每个发送者和接收者的IP地址都会被记录在头部中。这个头部包含了网络的ID以及该网络的宿主机的ID。
• 主机到主机的数据传输：网络层负责确保数据包能够从发送方成功传输到接收方。这一层的作用是确保数据包只能够到达预定的接收者手中。
• 碎片化：为了将大量数据从发送方传输到接收方，网络层会将这些数据分割成较小的数据包。之所以需要这种分割方式，是因为每个节点都有其固定的数据接收能力。
• 拥塞控制：拥塞是指路由器无法正确处理数据包的情况，这会导致数据包在网络中聚集在一起。当网络中有大量数据包被发送时，就会发生拥塞现象。因此，网络层负责控制网络中数据包的流动情况，以避免出现拥塞现象。
• 路由与转发：路由过程是指决定数据包从发送方传输到接收方的路径的过程。它通常选择发送方与接收方之间的最短路径。常用的路由协议包括路径向量路由、距离向量路由、链路状态路由等。

网络层协议

在网络层中，使用了多种协议。每种协议都用于执行不同的任务。以下是网络层中使用的各种协议：

IP（互联网协议）

IP指的是互联网协议。互联网协议的作用在于为网络上的每个设备提供一个唯一的标识符。互联网协议负责将数据从网络中的一个节点传输到另一个节点。由于互联网协议是一种无连接的协议，因此它无法保证数据的准确传输。为了确保数据的成功传输，通常会使用像TCP这样的高级协议来保障数据传输的可靠性。互联网协议可以分为两种类型。

• IPv4：IPv4采用32位的地址结构。IPv4地址由四个数字字段组成，这些字段之间用点号分隔。IPv4可以通过DHCP或手动方式进行配置。与IPv6相比，IPv4没有更多的安全功能，因为它不支持身份验证或加密技术。IPv4进一步被划分为五个类别：A类、B类、C类、D类和E类。
• IPv6：IPv6是IP地址的最新版本。它采用128位的地址结构。IP地址由多个字段组成，这些字段之间用冒号分隔，且这些字段都是字母和数字构成的。IPv6地址以十六进制形式表示。与IPv4相比，IPv6提供了更多的安全功能，比如身份验证和加密机制。此外，IPv6还支持端到端的连接完整性。总的来说，IPv6提供的IP地址范围比IPv4更广。
  

IPv4与IPv6之间的区别：IPv4与IPv6的比较

2. ARP（地址解析协议）

ARP指的是地址解析协议。 ARP用于转换逻辑地址，即。 将IP地址转换为物理地址。 MAC地址。 在与其他节点进行通信时，了解目标节点的MAC地址或物理地址是必不可少的。 如果网络中的某个节点想要知道同一网络中另一个节点的物理地址，那么该主机就会发送一个ARP查询包。 这个ARP查询数据包包含了源主机的IP地址和MAC地址，而目标主机的信息则只有其IP地址。 然后，这个ARP数据包会被发送到网络中的所有节点。 拥有自己IP地址的节点会识别该节点，并将该节点的MAC地址发送给请求该节点的其他节点。 但是，为了获取目标节点的MAC地址而发送和接收这些数据包，会增加网络上的流量负担。 因此，为了减少这种流量并提高性能，那些使用ARP协议的系统会保留最近获得的IP地址与MAC地址的绑定信息，从而缓存这些信息。

ARP是如何工作的呢？

• 主机通过网络发送一个包含IP地址的ARP查询包，以此来获取网络中另一台计算机的物理地址。
• 那个ARP该数据包会被网络上的所有主机接收并处理。不过，只有预期的接收者才能识别该IP地址，并以其物理地址进行回复。
• 在将物理地址添加到数据报的头部以及缓存内存之后，存储该数据报的主机会将其发送回发件人。

ARP条目的类型

• 静态入口：这种类型的输入是在用户使用ARP命令工具手动输入IP地址与MAC地址的对应关系时生成的。
• 动态进入：所谓“动态条目”，指的是当发送者将消息广播到整个网络时，这些条目会自动被创建出来。这些动态条目会定期被删除，因此它们并非永久性的。

3. RARP

RARP的全称是逆向地址解析协议。 RARP的工作原理与ARP相反。 反向地址解析协议用于转换MAC地址。 将物理地址转换为IP地址。 逻辑地址。 RARP提供了一种功能，使得系统和应用程序能够从DNS（域名系统）或路由器中获取自己的IP地址。 这种分辨率类型对于执行诸如反向DNS查询之类的各种任务来说是非常必要的。 由于反向地址解析协议是在较低层次上运行的，因此它需要直接访问网络地址。 服务器的回复中通常只包含少量信息。不过，它使用了32位的互联网地址。不过，这种地址方式并没有完全发挥出网络如以太网所具备的潜力。

RARP是如何工作的呢？

• 数据是通过网络中的RARP协议在两个位置之间传输的。RARP协议属于网络接入层的一部分。
• 网络中的每个用户都拥有两个不同的地址：一个是MAC（物理）地址，另一个是IP（逻辑）地址。
• 软件会分配一个IP地址，而硬件则会将MAC地址写入到设备中。
• 任何连接到网络的普通计算机都可以充当RARP服务器，从而响应RARP查询。不过，这些计算机必须存储所有MAC地址所对应的IP地址信息。只有这样的RARP服务器才能处理网络接收到的RARP请求。这些信息包必须通过网络的最低层来传输。
• 客户端使用其物理地址和以太网广播地址来发送数据。RARP作为回应，服务器会向客户端提供自己的IP地址。

ARP与RARP之间的区别：ARP与RARP的区别

4. ICMP

ICMP指的是互联网控制消息协议。 ICMP是IP协议套件的一部分。 ICMP是一种用于报告错误和进行网络诊断的协议。 网络中的反馈信息会被报告给指定的主机。 同时，如果发生了任何错误，这些错误会被报告给ICMP。 ICMP协议包含了许多用于报告错误和进行诊断的消息。 ICMP协议能够处理各种类型的错误，例如超时、重定向、源端中断、目标地址不可达、参数问题等。 ICMP中的消息分为两种类型。 它们如下所示：

• 错误信息：该信息描述了在处理IP数据包过程中，主机或路由器所遇到的各种问题或障碍。
• 查询消息：主机使用这些消息来从路由器或其他主机中获取信息。

ICMP是如何工作的呢？

• 在IP协议中，最主要且最重要的协议就是ICMP。不过，与TCP和UDP不同的是，ICMP是一种无连接协议。这意味着，发送消息时，不需要与目标设备建立任何连接。
• TCP和ICMP它们的运作方式有所不同：TCP是一种面向连接的协议，而ICMP则不需要建立连接即可进行通信。在发送消息之前，每台设备都需要先建立连接。因此，在发送消息之前，两台设备之间必须完成一次TCP握手过程。
• 包含有IP头部的数据报，其中包含了ICMP数据，被用来传输ICMP数据包。就像数据包这样的独立数据项，其实也可以被看作是一种ICMP数据报而已。
  

5. IGMP

IGMP指的是互联网组消息协议。 IGMP是一种多播通信协议。 它在传输消息和数据包的同时，能够高效地利用各种资源。 IGMP也是TCP/IP协议中使用的一种协议。 网络中的其他主机和路由器也使用 IGMP 来实现具有 IP 网络的多种通信方式。 在许多网络中，为了将消息传输给所有节点，通常会使用多播路由器来负责这一任务。 因此，多播路由器会接收到大量需要发送的数据包。 但是，要发送这些数据包是非常困难的，因为这样做会增加整个网络的负载。 因此，IGMP能够协助多播路由器进行工作，通过在处理广播信号的同时处理IGMP数据包来发挥作用。 由于多播通信涉及多个发送者和接收者，因此互联网组消息协议被广泛用于各种应用中，比如流媒体传输、网络会议工具、游戏等等。

IGMP是如何工作的呢？

• 能够支持动态多播和多播组的设备可以使用 IGMP 协议。
• 主持人可以通过这些设备加入或退出多播组。此外，也可以通过这些设备向组中添加或移除成员。
• 主机和本地多播路由器都使用这种通信协议。在创建多播组之后，数据包的目的地IP地址会被修改为该多播组的地址，而该地址属于D类IP地址范围。

ICMP与IGMP之间的区别：ICMP与IGMP的比较