- 网络层的任务是：解决分组在多个网络上传输和路由的问题。
4.1 网络层概述
网络层的主要任务是实现网络互连。进而实现数据包在各网络之间的传输。
要实现网络层任务，需要解决以下主要问题：
- 网络层向运输层提供怎样的服务（ “可靠传输” 和 ”不可靠传输“ ）；
- 网络层编址寻址问题；
- 路由选择问题（路由是指路由器从一个接口上收到数据包，根据数据包的目的地址进行定向并转发到另一个接口的过程）。
4.2 网络层提供的两种服务
面向连接的虚电路服务
核心思想：可靠通信由网络自身来保证。
注意：虚电路只是逻辑上的一条线路，并不像电路交换中那样，是实际的一条物理线路。
无连接的数据报服务
核心思想：可靠通信由用户主机来保证。
★★★4.3 IPv4地址
4.3.1 IPv4地址概述
IPv4地址
IPv4 地址就是给因特网（Internet）上的每一台主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的 32 比特标识符。
★IPv4地址表示方法
IPv4 地址表示方法为点分十进制表示方法。
4.3.2 分类编址的IPv4地址
注意：主机号为 “全0” 的地址是网络地址，不能分配给主机或路由器的各接口；
主机号为 “全1” 的地址是广播地址，不能分配给主机或路由器的各接口。
A类地址
A 类地址分为 8 位网络号和 24 位主机号，其中网络号的第一位固定为 0。
A 类地址可分配的网络号为 1 ~ 126。
B类地址
B 类地址分为 16 位网络号和 16 位主机号，其中网络号的最高两位固定为 10。
B 类地址可分配的网络号为 128.0 ~ 191.255。
C类地址
C 类地址分为 24 位网络号和 8 位主机号，其中网络号的最高三位固定为 110。
C 类地址可分配的网络号为 192.0.0 ~ 223.255.255。
D类地址
E类地址
★注意事项
★注意：以下三种情况的地址不能指派给主机或者路由器接口：
- A类网络号为 0 和 127；
- 主机号为 “全0” 的网络地址；
- 主机号为 “全1” 的广播地址。
注意：以下是几种 IPv4 地址的特殊情况：
注意：在分配 IP 地址时，应包括主机 IP 地址、属于该网络的路由器端口的 IP 地址、该网络的网络地址以及该网络的广播地址，例如左上方的网络，除了 65534 台主机所需的 65534 个 IP 地址外，还有路由器端口所需的 1 个 IP 地址，该网络的 1 个网络地址，该网络的 1 个广播地址，所以对于左上方的网络来说，一共需要分配 65537 个 IP 地址，所以只能给其分配 A 类网络号（因为 B 类网络号只能分配 65534 个网络地址），其他网络同理。
4.3.3 划分子网的IPv4地址
划分子网
为新增网络申请新的网络号会带来以下弊端：
- 需要等到时间和花费更多的费用；
- 会增加其他路由器中路由表记录的数量；
- 浪费原有网络中的大量 IP 地址。
划分子网的目的是充分利用申请到的某类网络（A类、B类、C类）的 IP 地址资源。
如下图所示，对申请到的一个 B 类网络 145.13.0.0，可以借用 16 位主机号中的 8 位作为子网号。
但是，为了知道分类 IPv4 地址中的主机号有多少被用作子网号，需要一个划分子网的工具 — 子网掩码。
★子网掩码
32 比特的子网掩码可以表明分类 IP 地址的主机号部分被借用了几个比特作为子网号。其中：
- 子网掩码使用连续的比特 1 来对应网络号和子网号；
- 子网掩码使用连续的比特 0 来对应主机号；
- 将划分子网的 IPv4 地址与其对应的子网掩码进行逻辑与运算就可以得到该 IPv4 地址所在子网的网络地址。
例题1：
例题2：
默认子网掩码
默认的子网掩码是指在未划分子网的情况下使用的子网掩码。
4.3.4 无分类编址的IPv4地址
★无分类编址的IPv4地址
- 无分类编址的 IPv4 地址使用 “斜线记法”，即在 IPv4 地址后面加上斜线 “/”，在斜线后面写上网络前缀所占的比特数量。
例题1：
聚合C类网的数量是指：转化为C类网络地址的数量有多少个，因为C类网络的主机号是8位，剩余的是网络号，所以除去主机号就是能转化的网络数量。
注意：上图例题中，可分配给主机或路由器端口的 IP 地址数量为 2^(32-20) - 2 = 4094 个。
路由聚合（构造超网）
如下图所示，路由器 R1 连接有 5 个网络，如果路由器 R1 直接把它所连的 5 个网络的信息都传给路由器 R2，那路由器 R2 的路由表就要记录 5 条信息，为了减少路由器 R2 的路由表所记录的信息数，可以找这 5 个网络的共同前缀，将其聚合为路由器 R2 的路由表上的 1 条信息，这就称为路由聚合。
4.3.5 IPv4地址的应用规划
给定一个 IPv4 地址块，如何将其划分为几个更小的地址块，并将这些地址块分配给互联网中的不同网络，进而可以给各网络中的主机和路由器端口分配 IPv4 地址。有以下两种方法：
- 定长的子网掩码 FLSM；
- 变长的子网掩码 VLSM。
定长的子网掩码FLSM
- 使用一个子网掩码来划分子网。
- 从上述划分出的 8 个子网中取其中 5 个分配给例子中的 5 个子网即可。
★变长的子网掩码VLSM
- 使用不同的子网掩码来划分子网。
定长的子网掩码通过所需子网的数量来确定子网掩码，子网掩码仅有一个，可能存在划分出的子网可分配的 IP 地址数量不足以涵盖某个子网中所需求的 IP 地址数量的情况，对定长的子网掩码划分出的子网来说，每个子网可分配的 IP 地址数量都是相同的；
变长的子网掩码通过每个子网中所需 IP 地址的数量来确定子网掩码，子网掩码可有多个，可以按需划分出相应数量的子网，每个子网可分配的 IP 地址数量可以不同，减少了对 IP 地址的浪费。