十八、网络层篇-概述篇

对于互联网而言，仅实现计算机网络体系结构中的物理层和数据链路层，是不能实现数据包在互联网中各网络之间传输的，要实现该功能就必须要实现网络层。

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。

我们已经知道如何在局域网进行通信，网络层则允许我们在网络之间进行通信。OSI 第 3 层（网络层）的作用就是互连网络。这使我们能从一个网络向另一个网络发送消息。

我们将学习如何实现在网络之间传输，并学习关键的接力手路由器是如何工作的，它跟我们学习过的交换机有啥区别。

此外，本系列后续将学习伟大的 IP 协议（IP 是 Internet Protocol 的缩写，表示“互联网协议”或“英特网协议”或“网际协议”），也是著名的 TCP/IP 协议簇的重要组分。

除了伟大的IP协议外，还将学习ICMP协议、ARP协议等等协议。

总结而言，我们需要去解决两大问题：

来，从今天开始，让我们摆脱局域网的小圈子，走向星辰大海！

一、网络层的作用

我们已经知道如何在局域网进行通信，网络层则允许我们在网络之间进行通信。

因此，OSI 第 3 层（网络层）的作用就是互连网络。

Internet就像一个由很多网络组成的更庞大的网络。互联网好像一间迷宫，而互连的网络就像这个大迷宫里的一个个小隔间一样。从入口到出口，我们要经过其中佷多的小隔间。

对于互联网来说也是如此，一台主机访问另一台数据，中间也需要跨越佷多的网络。

此外，可能到达的路径有多条，容易想到，选择一条比较近的路也显得比较重要了。

网络层将允许我通过其他网络加入互联网上的任何网络，我的电脑将通过网络逐步连接到另一个网络上的电脑。

我们不着急进入具体学习网络层的知识，我们先来看两个命令来直观感受下。

我们知道，网络中间是通过一个一个的网络从而到达了最终的目标服务器，实际上中间的接力选手就是大名鼎鼎的路由器，关于路由器我们后续将详细说明，我们只要有初步的这样的认识即可。

当然了，在接力的过程中很有可能会出现各种异常情况，比如路由不通？网络丢包？此时有可能会让你ping一下ip（当然了，也有可能会有禁ping的情况）

或者你在服务器上无法下载互联网的资源时，别人是否会甩给你一句：你这个跟百度通吗？此时你只用ping baidu.com看下就好了：

好了，我们这个ping实际上就是来探测下目标ip网络通不通，ping命令是我们工作中可能遇到最多的一个命令，比如你在安装本地虚拟机的时候，你将用到此命令来探测两个ip之间是否互通，具体原理后续文章将说明。下面可以来简单认识下traceroute命令。

在 Unix、Linux 或 macOS 操作系统中，我们可以在终端命令行中用 traceroute 命令来很好地说明我们在网络中经过哪些节点（在 Windows 操作系统中，请用 tracert 命令）。

我在本机来执行tracert baidu.com，看看会发生什么：

每一行包含三部分：序号 + 耗时 + 主机。

记录按序列号从1开始，每个纪录就是一跳，每跳表示一个网关，我们看到每行有三个时间，单位是 ms。由于每次检测都同时发送3个数据包，因此打印出来三个时间。此外，如果某一个数据报超时没有返回，则时间显示为 *，此时需要特别注意，因为有可能出问题了。

有时我们 traceroute 一台主机时，会看到有一些行是以星号表示的。出现这样的情况，可能是防火墙封掉了ICMP的返回信息，所以我们得不到什么相关的数据包返回数据。

实际上ping和 traceroute都用到了ICMP协议，后续我们将来介绍其原理，本处不展开叙述。

看下前两条记录，由于我连接的路由器情况比较特殊，如下图：

因此我本机首先通过WIFI连接的是一个华为路由器，华为路由器通过网线的形式跟小米路由器相连接。因此我们可以看到前两跳的信息为：

  1     1 ms    <1 毫秒   <1 毫秒 192.168.101.1 
  2     1 ms     1 ms     1 ms  XiaoQiang [192.168.31.1]

这里读者或许有点懵逼，你在说啥？你咋看出来是小米路由器的？

首先啊，从IP地址就能看出来，小米路由器设置网络的时候，只要跟调制解调器一连，就自动分配预先设定好的192.168.31.1的私网IP地址。电脑连接小米路由器的信息来配置上网信息，根据小米路由器的说明书上会输入192.168.31.1访问这个路由器的管理平台。

然后小米路由器走到了上网的盒子上，然后跳到了其他的网络，最终经过若干步跳到了目标地址，跟踪完成。

 15    28 ms    28 ms    28 ms  220.181.38.251 

跟踪完成。

这个就比较形象地展示了我们的信息如何在多个网络之间的传输！

背后的原理我们以后再回过头来学习，因为还需要佷多其他的前置知识，本篇文章主要是来了解下网络层的核心作用，直观感受下网络层的魅力，下一篇文章将好好来聊聊网络层中IP地址相关的知识，这将是比较核心的一块知识。

原文始发于微信公众号（幕后哈土奇）：十八、网络层篇-概述篇

文章由极客之音整理，本文链接：https://www.bmabk.com/index.php/post/114054.html