TCP/IP协议：网际层相关知识梳理

网际层对应OSI七层模型的网络层提供的协议主要是负责局域网网段之外的数据传递，最核心的协议主要有IP（网际协议）、ARP/RARP（地址解析协议）、ICMP（Internet控制消息协议）三种。

IP协议：TCP/IP模型的核心，负责数据的分组传输和路由选择。它提供无连接、不可靠的服务，确保数据包能够高效地在网络中传输。IP协议的主要功能包括将上层数据封装成数据报、选择传输路径以及进行数据分段。

ARP（地址解析协议）：用于将IP地址映射到物理地址（MAC地址），实现网络层与数据链路层之间的通信。它通过动态映射，自动建立ARP表，简化了地址解析的过程。

RARP（逆地址解析协议）：则与ARP相反，它将物理地址转换为IP地址，主要用于无盘设备的启动过程。这些协议共同协作，确保了网络通信的顺畅与可靠。

ICMP（网际控制报文协议）：IP层的辅助协议，主要用于报告错误和异常情况。ICMP的应用包括Ping工具，用于网络故障排查，以及Traceroute工具，用于探测数据包在网络中的路径。

网际层主要是解决在路由式网络中跨多个网络段传输数据的问题。在单一的局域网内，设备可以通过物理地址（如MAC地址）直接通信，但这在多个网络段之间行不通。因为物理地址没有逻辑结构，不能帮助数据包找到正确的路径。

网际层通过引入逻辑地址（即IP地址）来解决这个问题。IP地址提供了一种层次化的寻址方式，使得数据包可以被正确地路由到目标网络和主机。网际层的IP协议负责管理和分配这些IP地址，确保数据包能够根据IP地址找到正确的路径。

此外，网际层还使用地址解析协议（ARP）将IP地址转换为物理地址，这样数据包在到达目标网络后，可以被正确地传递给目标设备。

● 直接发送：当目的地址与源地址在同一网段时，源计算机直接将数据包发送给目的计算机。

● ARP解析：在此过程中，源计算机通过ARP（地址解析协议）将目的IP地址解析为物理地址（MAC地址），然后将数据直接发送到目的计算机的网络适配器。

若目的地址与源地址不在同一网段，数据包需通过以下步骤进行传输：

● 选择网关：源计算机将数据报发送到配置的网关设备。

● ARP解析：网关的IP地址通过ARP解析为物理地址，数据包被发送到网关的网络适配器。

● 路由决策：网关根据路由表决定下一跳的目标网段。

● 递归转发：若目的地址不在当前网段，数据包会被发送到下一个网关，此过程会重复进行，直到数据包到达目的网段或接近目的地的某个网段。

● 最终转发：一旦数据包到达目的网段，最后一个网关会将数据包发送到该网段。

● ARP解析：目的IP地址通过ARP解析为物理地址，最终数据包被发送到目的计算机的网络适配器。

路由器是网际层的核心设备之一，它负责在不同的网络之间转发数据包。路由器通过维护路由表来决定数据包的最佳传输路径。路由表中记录了到达各个网络或子网的路径信息，包括下一跳地址、目标网络地址等。路由器不仅能够处理IPv4地址，还能够处理IPv6地址，支持最新的网络技术。

三层交换机是一种集成了路由器部分功能的交换机，它可以在同一物理网络内部快速地转发数据包，并且能够在不同的VLAN（虚拟局域网）之间进行路由。与传统路由器相比，三层交换机的优势在于它能够提供更快的数据转发速度，因为它使用硬件来加速路由决策过程。三层交换机通常用于大型企业网络或数据中心，以提高内部网络的通信效率。

网关有时也被认为是一种网络层设备，但它的功能更加广泛，可以跨越多个网络层。网关主要用于连接两个或多个使用不同通信协议的网络，它不仅处理IP地址的转换，还可能需要在不同的网络层协议之间进行转换。

本文主要介绍了网际层的作用、必要性、数据发送策略。后续详细介绍主要有IP（网际协议）、ARP/RARP（地址解析协议）、ICMP（Internet控制消息协议）三种核心的协议。