OSI模型之网络层概述

网络层所处的位置是模型的第三层，第三层的功能和任务是实现数据分组从源主机发送到目的主机，网络层是实现网络的基础。在TCP/IP模型中，IP协议实现了各种异构网络的互联，从而向上一层传输透明的、跟异构网络无关的、与硬件无关的数据包。实现异构网络互联的网络设备就是路由器。

那么数据分组是如何穿过网络从源主机到达目的主机的呢？

编址与寻址。首先，作为网络中的一个节点，要想让别的节点找到我或者要找别的节点，就要网给网络中所有节点编址。我们日常生活中就有很多编址方案，比如电话号码的编址、邮政编码的编址。之前的章节也有编址的内容如MAC地址，只不过MAC地址属于平面编址，何为平面编址呢？即编码与站点位置无关。而IP地址是个结构地址，编码是与站点位置有关的，从IP地址的格式就可以看出来：aaa.bbb.ccc.ddd，32bit，分为网络号和主机号。即IP地址=子网号+主机号，这就是基于子网结构的编址技术。结构地址为网络协议提供了寻找站点所在位置的部分线索，但这对于寻找网络站点还远远不够！举例说明：要从站点A向站点B传递数据报文，则要先将数据报文送至路由器Route1，然后由Route1 寻找靠近站点B的Route2，数据包到达Route2 后由Route2转发给B。所以说寻址的关键是各个Route如何找出目的Route在何处、及确定传输路径的问题，与源网络或目的网络关系不大。

路由是如何寻址的呢？每个节点的路由器会根据路由协议(Route Protocol)计算出某个节点到目的节点的最佳路径，形成路由信息即路由表(Routing Table)。同时，路由表也会生成转发表(Forwarding Table)，是为了更有效的进行数据转发。路由表的大体格式如下： 

路由选择。每个节点的路由表/转发表都保存着从本节点到目的节点的最短路径，当然不同节点的转发表和路由表是不同的。由于IP协议的子网编址方式，所以转发方式就因是否共在一个子网内而变化。若在子网内，则直接经由物理网络将数据报从源主机送至目的主机。若不在同一子网内，则需要路由器中继来完成通信。如何判断是否在同一子网内？子网又是啥？让我们来研究研究这个IP地址：IP地址采用点分制表示，例192.168.5.38 即192*256^3 + 168*256^2 + 5*256 +38.  子网的表示：—引入IP掩码(Mask)辅助计算，—Mask为32bit，前面M个bit全为‘1’（网络号的bit数）后面bit全为‘0’。—IP地址与掩码可简单表示成 “IP/M”，例—192.168.5.38,255.255.255.0简化表示为192.168.5.28/24，24表示Mask中1的个数。—子网号=IP地址⊙Mask  (按位与)、—主机号=IP地址⊙/Mask，—利用Mask，可以从任意IP地址计算出子网的地址范围。例—IP=192.168.5.38  —Mask=255.255.255.224  则—子网号=192.168.5.32   —主机号=0.0.0.6  —子网地址范围，共32个IP地址—192.168.5.32~192.168.5.63。如此一来，我们就可以通过子网掩码Mask来调整子网的地址范围大小，Mask中1越多子网范围越小，Mask越短子网范围越大。

 存储转发。当有数据从上一层传下来需要发送出去时，就需要根据IP协议做相应的数据发送处理流程。当IP层接收到上层数据时，首先根据上层协议类型将数据添加对应的IP首部(包括源IP和目的IP)<固定的20byte+可选部分>，然后查转发表寻找目标节点所在的接口，接下来就从指定接口继续向下发送数据报。接收过程可以看成是发送过程的逆过程。IP分组经路由器中继时，分组所有内容保持不变(除了TTL减1外)，路由器直接利用原分组实现中继。TTL是IP首部设置的一个防止路由环无限中继的变量。将一个数据包送到一台电脑或路由器，需要链路层的MAC地址。因此，我们必須在IP地址和MAC地址之间建立一种对应关系，这就是位址解析協定(Address Resolution Protocol, ARP) 。ARP将一个IP地址关联到它的MAC地址。当需要同一链路的目标主机的MAC地址时，他以广播的方式送出一个ARP Query Packet，这条链路上的每一台电脑或路由器都会收到这个咨询数据包，但只有特定主机才会回应这个咨询，发回ARP Response Packet，应答数据包包含该目标主机的IP地址和MAC地址。

到这里，大概的IP分组执行过程大概跟大家分析了下，本人水平有限，欢迎指正！