网络层负责定义数据通过网络流动所经过的路径。

连接不同的媒介类型。

IP数据包头的格式，如图所示。

版本

(4)

首部长 度(4)

优先级与服务类型

(8)

总长度(16)

标识符(16)

标志

(3)

段偏移量(13)

TTL(8)

协议号(8)

首部校验和(16)

源地址(32)

目标地址(32)

可选项

版本 (Version):该字段包含的是IP的版本号，4bit。目 前IP的版本为4(即IPv4)。该版本 形成于20世纪80年代早期，现在无论是在局域网还是在广域网中，使用的都是 IPv4。目 前 IPv4所面临的最大问题是IP地址空间不足，即将使用的IPv6是 IP的下一个版本，但也不能解决P 地址缺乏的问题。

首部长度 (Header Length):该字段用于表示IP数据包头长度，4bit 。IP数据包头最短为20 字节，但是其长度是可变的，具体长度取决于选项字段的长度。

优先级与服务类型 (Priority  &Type  of Service):该字段用于表示数据包的优先级和服务类

型，8bit。通过在数据包中划分一定的优先级，用于实现QoS (服务质量)的要求。

总长度 (Total Length):该字段用以指示整个IP数据包的长度，16bit。最长为65535字节 包括包头和数据。

标识符 (ldentification):该字段用于表示IP数据包的标识符，16bit。当 IP对上层数据进行 分片时，它将给所有的分片分配一组编号，然后将这些编号放入标识符字段中，保证分片 不会被错误地重组。标识符字段用于标志一个数据包，以便接收节点可以重组被分片的数据包。

标志 (Flags): 标志字段，3bit。标志和分片一起被用来传递信息。例如，对当前的包不能 进行分片(当该包从一个以太网发送到另一个以太网时),或当一个包被分片后用以指示在 一系列的分片中，最后一个分片是否已发出。

段偏移量 (Fragment Offset):该字段用于表示段偏移量，13bit。段偏移量中包含的信息是 指在一个分片序列中如何将各分片重新连接起来。

TTL(Time  to  Live):该字段用于表示IP数据包的生命周期，8bit。该字段包含的信息可以 防止一个数据包在网络中无限循环地转发下去。TTL 值的意义是一个数据包在被抛弃前在 网络中可以经历的最大周转时间。该数据包经过的每一个路由器都会检查该字段中的值， 当TTL 的值为0时，该数据包将被丢弃。TTL 对应于一个数据包通过路由器的数目。 一个 数据包每经过一个路由器，TTL 将减去1。

协 议 号 (Protocol): 协议字段，8bit。该字段用以指示在IP数据包中封装的是哪一个协议 是TCP还是UDP,TCP的协议号为6,UDP的协议号为17。

首 部 校 验 和 (Header Checksum):该字段用于表示校验和，16bit。校验和是16位的错误检 测字段。目的主机和网络中的每个网关都要重新计算报头的校验和，就如同源机器所做的一样。如果数据没有被改动过，两个计算结果应该是一样的。

源 IP地址 (Source IP Address):该字段用于表示数据包的源地址，32bit。这是一个网络地 址，指的是发送该数据包的设备的网络地址。

目标 IP 地址 (Destination IP Address):该字段用于表示数据包的目的地址，32bit。这也是 一个网络地址，但指的是接收节点的网络地址。

可 选 项 (Options):选项字段根据实际情况可变长，可以和IP一起使用的选项有多个。例如，

可以输入创建该数据包的时间等。在可选项之后，就是上层数据。

ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）是一种用于在IPv4网络中将IP地址解析为MAC地址的协议。在通过网络传输数据时，源主机需要知道目标主机的MAC地址才能将数据包发送到正确的目标主机。ARP协议通过广播ARP请求来获取目标主机的MAC地址，并将其存储在本地ARP缓存中，以便之后的通信使用。

在广场找人时，如果不知道对方的位置就需要到服务台通过广播进行找人。 如果知道对方位置就可以直接到对方所在的位置，如果不知道对方的地址就需要进行广播，即发送广播帧，而知道对方的地址就发送单播到对方处。所以，广播通信是“一对所有”的通信形 式，而单播通信是“一对一”的通信形式。所有听到找人广播的范围就是广播域。广播和广播域的 具体定义如下。

>广播：将广播地址作为目的地址的数据帧。

>广播域：网络中能接收到同一个广播的所有节点的集合。

具体工作流程如下：

ARP协议在局域网内部起作用，它使用MAC地址来确定目标主机，因此只能解析局域网内的IP地址。如果要与其他网络通信，还需要使用其他协议，如路由协议。

MAC 地址的广播地址为FF-FF-FF-FF-FF-FF。

MAC 地址广播域是所有相连接的交换机和集线器的集合。如果一台主机发送一个MAC 地址广播， 则这个广播将转发到所有相连的交换机或集线器的所有端口。收到广播帧的主机会比较数据包中的目 的IP地址是否为自身IP地址，如果是，则继续处理数据包中的承载数据；如果不是，则丢弃数据。

交换机转发MAC 地址广播，而路由器会阻挡MAC 地址广播。

IP 网段的最后一个地址为广播地址，即主机部分全部为1。在数据帧中，目的 MAC 地址是 FF-FF-FF-FF-FF-FF, 目的IP地址是IP网段的广播地址。

例如，主机 IP 地址是192.168.1.20,掩码是255.255.255.0,主机所在网段的广播地址是 192.168.1.255,如果主机发送一个目的P 地址为192.168,1.255、目的 MAC 地址为 FF-FF-FF-F-FF-FF 的广播，由于目的MAC地址为广播地址，因此广播域的范围和MAC地址的广 播域范围相同。当设备或主机接收到此广播后，查看是否属于同— IP网段，如果处于同一网段，则 对承载的数据进行处理，否则丢弃数据。

同样路由器会阻挡IP地址广播。

如图所 示 ，A 主机发送广播信息，B 主机、C 主机都能收到。因为负责连接网络的中心 设备是一台二层设备，A、B、C 三台主机处于同一个广播域；

，

图中A 主机发送的广播 只有B 主机能够收到，C 主机是收不到的，因为网络已经被路由器隔开变成两个广播域。这就好比 在教室里讲课，每个同学都会听到，但是隔壁教室的同学就听不到了。如果A、B是在同一个教室上 课的同学，那么C 就好比是在隔壁教室上课的同学。