3.1 网络层干什么
一句话：网络层管"从源主机到目的主机怎么走"，核心是路由选择。
- 逻辑寻址——给每台主机一个全网唯一的 IP 地址（MAC 地址只在本链路有效，跨网就靠 IP）。
- 路由选择——路由器根据路由表为分组选择下一跳，一段一段接力把包送到目的地。
- 分组转发——把传输层交下来的报文段封装成"分组（包）"，逐跳转发。
- 拥塞控制（辅助）——网络堵了，适当控制进入网络的分组数量。
网络层的协议家族（必背归属）
- IP——核心协议，负责寻址与转发。
- ARP——由 IP 地址找 MAC 地址（"别人问你 IP，回答 MAC"）。
- ICMP——差错与控制报文，ping 和 tracert 都基于它。
- IGMP——组播（多播）管理。
易错
- ARP 属于网络层协议（不是数据链路层！），但它的报文在链路层帧里传输。
- ping 命令用的是 ICMP，不是 TCP/UDP。
3.2 IP 地址：结构、分类与范围
IP 地址部分的每一张表都要背熟，这是"送分"部分。
IPv4 地址是 32 位二进制，写成"点分十进制"（每 8 位一段，共四段，每段 0~255），
例如 192.168.1.100。结构上分成两部分：网络号（网络位） + 主机号（主机位）。
网络号标识"你在哪个网段"，主机号标识"你是这个网段里的哪台机器"。
| 类别 | 第一段范围 | 默认网络位 | 适用 |
|---|---|---|---|
| A 类 | 1 – 126 | 前 8 位 | 超大型网络（每个网段最多 1600 多万台主机） |
| B 类 | 128 – 191 | 前 16 位 | 中型网络 |
| C 类 | 192 – 223 | 前 24 位 | 小型网络（每个网段 254 台） |
| D 类 | 224 – 239 | — | 组播（多播）地址 |
| E 类 | 240 – 255 | — | 保留研究用 |
记忆口诀：1-126 / 128-191 / 192-223，127 留着当环回，224 以上是组播和保留。
特殊地址（必背）
127.0.0.1——环回地址，永远指向本机，ping 它通了说明本机协议栈正常。0.0.0.0——表示"本网络、本主机"，常见于服务器监听所有网卡。255.255.255.255——受限广播地址，只在本网段广播。- 主机号全 0 = 网络地址（代表整个网段）；主机号全 1 = 本网段的广播地址。
私有地址（内网专用，不路由到公网，必背）
- A 类里：
10.0.0.0 ~ 10.255.255.255（10.0.0.0/8） - B 类里：
172.16.0.0 ~ 172.31.255.255（172.16.0.0/12） - C 类里：
192.168.0.0 ~ 192.168.255.255（192.168.0.0/16）
易错
- 私有地址里 172 那段的起点是 172.16，不是 172.0.0.0，范围是 /12。
- A 类地址第一个字节最大到 126：127 是环回专用，不属于任何类的正常主机地址。
- "网络地址"和"广播地址"都不能分配给主机使用（第 4 章会反复用这条）。
课堂练习（4 题）
- 192.168.10.6 属于哪一类地址？是私有地址吗？ 答：第一段 192 在 192–223 之间，属 C 类；192.168 开头是私有地址。
- 10.1.2.3 是公网还是私有地址？ 答：私有地址（10.0.0.0/8 段）。
- ping 127.0.0.1 通了说明什么？ 答：说明本机 TCP/IP 协议栈工作正常。
- 主机号为全 0 和全 1 的地址分别代表什么？ 答：全 0 是网络地址（代表网段本身）；全 1 是本网段的广播地址。
3.3 ARP 与 ICMP：两个天天在用的配角协议
ping、tracert 的原理题就从这里出。
ARP：IP → MAC 的翻译官
- 同网段通信时，数据帧需要目的主机的 MAC 地址；ARP 就负责"拿 IP 查 MAC"。
- 过程：先查本机 ARP 缓存；没有就在局域网内广播一句"谁是 192.168.1.5"； 目标主机单播回复自己的 MAC；本机把它记进缓存。
- ARP 请求是广播、ARP 应答是单播——这句常考。
ICMP：网络世界的"报错员和体检员"
- 作用：在 IP 网络中传递差错报告和控制信息（比如"目标不可达""超时"）。
- ping——发 ICMP 回送请求、等回送应答，用来测试连通性和往返时延。
- tracert（traceroute）——逐跳把 TTL 设为 1、2、3……，利用每个路由器"TTL 减到 0 就回 ICMP 超时"的特性， 从而画出路径上的每一跳。所以"跟踪路由路径"靠的也是 ICMP。
课堂练习（3 题）
- ARP 请求报文是以什么方式发送的？ 答：广播（不知道对方 MAC，只能在网段内广播询问）；应答是单播。
- ping 命令基于什么协议？测的是什么？ 答：ICMP；测试与目标主机的连通性和往返时延。
- tracert 是怎么发现每一跳的路由器的？ 答：逐步增大 TTL 值发送探测包，让每一跳的路由器因 TTL 耗尽返回 ICMP 超时报文，从而逐个暴露路径。
3.4 路由器与 IP 数据报常识
知道路由器转发看什么、TTL 干什么用就够了。
- 路由器逐跳转发：只负责"把包交给下一跳"，不负责端到端可靠（那是传输层的事）。
- 路由表的来源分两种：静态路由（管理员手工写死）、动态路由（路由器之间跑协议自动学习， 常见协议：RIP、OSPF、BGP——初级知道名字即可）。
- TTL（生存时间）：每个路由器转发时把 TTL 减 1，减到 0 就丢弃并回 ICMP 超时—— 防止包在环路里永远打转。
- 分片：IP 包比链路能承载的最大帧还大时，会被切成分片传输。
课堂练习（2 题）
- TTL 的作用是什么？ 答：限制分组在网络中的存活跳数，防止路由环路导致分组无限循环。
- 路由器的转发依据是什么？与交换机有什么本质区别？ 答：依据路由表（IP 地址）；交换机按 MAC 地址表工作在数据链路层，路由器按 IP 工作在网络层，能连接不同网段。
3.5 IPv6 常识
选择题常问"IPv6 多少位、为什么出现"。
| IPv4 | IPv6 | |
|---|---|---|
| 地址长度 | 32 位 | 128 位 |
| 写法 | 点分十进制（4 段） | 冒号分隔十六进制（8 组 × 4 位十六进制） |
| 出现原因 | 地址即将耗尽 | 解决地址枯竭 + 简化头部 + 更好支持安全和自动配置 |
记住
- IPv6 是 128 位，地址空间是 IPv4 的 2⁹⁶ 倍。
- IPv6 不用 NAT 也能"人人有公网地址"；首部更简单，路由器处理更快。