网络层的功能
数据封装时，在网络层封装IP地址头，形成IP数据包。IP数据包格式（分为20字节固定部分，表示每个IP数据包必须包含的部分，以及40字节可变长度部分）
IP数据包格式（分为20字节固定部分，表示每个IP数据包必须包含的部分，以及40字节可变长度部分）
ICMP 协议
ICMP（中间控制消息协议）是IP协议的一个辅助协议。
ICMP协议用于在网络设备之间传输各种错误和控制信息，在收集各种网络信息、诊断和排除各种网络故障等方面起着至关重要的作用。
ICMP功能：检测网络的双向连通性
ping的格式为：
ping 空间 IP 地址 [选项]
-l指定数据包的大小
类型
代码说明
回音回复
网络不可达
主机无法访问
协议无法访问
端口不可达
11
暂停
回声
type 表示类型
代码代表具体情况
功能：Ping Ping是网络设备上的一个命令，Unix和Linux平台，其实是一个基于ICMP协议的实用小应用，常用来检测目的节点的网络可达性。
Ping 选项：
显示您的 IP 地址
ping --help 显示帮助命令
-t 长平
-l size发送缓冲区大小。
-w 超时等待时间
-n 指定 ping 的次数
ping -t ip 地址长 ping ctrl+c 停止
ping -l 指定数据包大小（1600 2000）ip地址
ping -w 指定等待时间（默认为秒：2）ip地址
ping -n 指定次数 (5) ip地址
冲突域
冲突域是一个以太网术语，指的是这样一种网络情况：当某个网段上的一台设备发送数据包时，该物理网段上的所有其他设备都必须听到该数据包。这种情况很糟糕，因为如果同一物理网段上的两台设备同时传输数据，就会发生冲突（即两台设备的数字信号会在线路上互相干扰），导致设备不得不稍后重新传输数据。冲突会对网络性能产生严重的负面影响，因此必须不惜一切代价避免冲突。上述情况通常发生在集线器环境中，其中所有主机都连接到集线器，形成冲突域和广播域。这引出了我们在第 1 章中讨论的问题：什么是广播域？
总结：
冲突域：当两台设备同时发送消息，互相干扰，那么它们就处在同一个冲突域中
广播域
广播域的书面定义如下：广播域是网络段中的一组设备，它们侦听该网络段上发送的所有广播。广播域的边界通常是物理介质，例如交换机和路由器，但广播域也可能是一个逻辑网络段，其中每个主机都可以通过数据链路层（硬件地址）广播访问所有其他主机。介绍完广播域的基本概念后，我们来看看半双工以太网使用的冲突检测机制。
总结：
广播域：当一台机器发出广播时，所有能收到该消息的机器都在同一个广播域内。
默认情况下，交换机的所有端口都属于同一个广播域。
路由器的每个端口都是一个独立的广播域
1. 检测地址冲突
2.将IP地址转换为MAC地址
arp 协议
arp协议是什么
ARP即地址解析协议（ ，ARP），通过解析IP地址获得MAC地址，是网络协议包中极其重要的网络传输协议，和网卡的关系非常密切。在TCP/IP分层结构中，ARP被划分到了网络层。为什么呢？因为在网络层，源主机和目的主机都是通过IP地址来标识的，而所有的数据传输都依赖于网卡底层的硬件，也就是链路层。那么就需要将这些IP地址转换成链路层能够识别的东西。所有的链路都有自己的寻址机制，比如以太网中就是通过MAC地址来寻址，来标识不同的主机。那么就需要一个协议将IP地址转换成MAC地址。于是，ARP协议就出现了。所有的ARP协议都是应用在网络层，它是连接网络层和链路层的重要枢纽，每当有数据需要发送的时候，都需要通过ARP协议将IP地址转换成MAC地址。在IP层以上，它们只识别IP地址，从不和硬件打交道。
ARP 协议如何工作？
为了实现IP地址与MAC地址的查询与转换，ARP协议引入了ARP缓存表的概念。每个主机或者路由器都会维护一个ARP缓存表（ARP表），里面包含了IP地址与MAC地址的映射关系，表中记录了其他主机的IP地址到MAC地址的映射关系。如上图所示，它们是主机在近期运行过程中获取到的IP地址到其他主机的MAC地址的映射关系。当需要发送数据时，主机会根据数据报中的目标IP地址信息，在ARP缓存表中查找对应的MAC地址，最终通过网卡将数据发送出去。ARP缓存表中包含一个生存期值（TTL，又称生存时间），这个生存期值会记录每个ARP表项的生存时间，当生存时间到时，就会从缓存表中删除。从一条条目被放入ARP缓存表开始算起，通常一条条目的生存时间一般为10分钟，当然这些生存时间是可以任意设置的，我们一般采用默认即可。
检测地址冲突：
免费 ARP：
当设备获取到IP地址的时候，会自动发送免费ARP，检查是否有设备正在使用这个地址。
工作原理（结合开关原理）
以两台局域网主机相互通信为例讲解ARP解析过程原理
当PC1要发送数据给PC2的时候，它首先检查自己本地的ARP缓存表中是否存在主机PC2的MAC地址？
如果在PC1的缓存中没有找到对应的条目，它就会查询主机PC2的MAC地址，从而向本地网络中的所有主机广播ARP请求帧。该帧中包含源主机PC1的IP地址和MAC地址。本地网络中的所有主机都会收到该ARP请求，并检查它是否与自己的IP地址匹配。如果发现请求中的IP地址与自己的IP不匹配，则丢弃该ARP请求。
主机PC2判断ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机PC1的地址和MAC地址添加到本地缓存表中。
主机 PC2 将包含其 MAC 地址的 ARP 应答报文直接发送回主机 PC1（数据帧是单播的）。
主机PC1收到PC2的ARP应答报文，将PC2的IP和MAC地址添加到自己的ARP缓存表中。本地缓存有生存期，默认ARP缓存表有效期为120s，超过有效期后会重复上述过程。一旦确定了主机PC2的MAC地址，主机PC1就可以向主机PC2发送IP信息。
ARP 数据包