一、网络层基本信息介绍

1、网络协议适用范围

1）允许跨网络边界路由数据包

2）为上层UDP和TCP提供服务

3）允许比第 2 层更灵活的地址分配

2、IPv4和IPv6的地址

IPv4：4 bytes 的地址 (32 Bit)

IPv6：16bytes 的地址(128 Bit)

3、Ethernet Frames 的类型

IPv4：Type类型为0x0800

IPv6:Type类型为0x86DD

网络层位于数据链路层之上，第三层引入网络的概念，方便支持更加灵活地寻址，实现报文在不同网段之间进行转发，并未上层协议 TCP/UDP 提供服务;其中P 协议作为以太网网络层协议，包括两种类型IPV4和Iv，IP4 的网络地址长度为4字节32位，IPv6的网络地址长度为16字节128位:

二、两种类型IP地址的定义:

以太网三层发送的数据包针对不同类型的IP类型,其结构也会不同。我们可根据Ethernet帧Type 字段确认该帧的Payload 部分为那种类型的 packet,Type 值为0x0800即Pv4 PacketType值为0x86DD即IPv6 Packet;

以太网二层的寻址方式基于 MAC地址寻址,那我们看下以太网三层的寻址方式：

Network 1和Network 2属于两个单独的网络

ECU通信的几种方式

1、相同网络内的数据经交换机转发通信

2、两个直连的ECU直接进行通信

3、不同网络的数据如何互相通信?

路由器(Router)和IP 地址的概念

路由器是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起到网关的的作用

Network 1的数据包经路由器转发至Network 2;

路由器如何对接收的报文进行路由转发？

那就需要基于IP地址导址，以上图IPv4 网络为例，图中每个车载以太网ECU都会分配个IPv4地址，IPv4地址由点分十进制表示，其中又划分网络号和主机号部分。

路由实例介绍

若Network 1的 ECU 1(P 地址 192.168.1.10)发送一条报文，给到 ECU 4IP 地址192.168.220)，其中ECU1将自身的IP 地址信息和ECU4的IP 地址信息，分别作为源IP 地址和目的IP 地址存放在报文中，由于 ECU4 和ECU1属于不同网段，所以 ECU1将该报文发送给路由器设备，路由器接收该报文，解析报文的 P 信息并参考自身的路由表，路由表会列出当前路由器的物理端口，比如当前路由器两个物理端口分别连接Network1和Network 2网段，由于不同网络间的通信需配置网关，否则无法进行三层通信，路由器针对连接了不同网段的物理端口进行网关地址的分配，其中 Network 1 的网关地址IP 为192.168.1.1，Network 2的网关地址为192.168.2.1，接着当路由器解析出该报文的目的IP 地址为192.168.2.20，其中192.168.2代表路由器的直连网段NetworkB的网络号，故路由器将该报文通过NetworkB网关IP地址对应的物理端口，路由转发至Network 2，最终由 ECU4 接收该报文。

三、IPv4地址介绍

地址分类：

前面讲到 IPv4 地址长度为 4 字节，采用点分十进制表示，其数量约为 43 亿个，为了对这些IP 地址进行统筹分配，internet 委员会定义了5种P 地址类型(即A~E类型)在不同场景下使用，每个IP 地址又分为网络号和主机号。

A类:第一个字节第一位为0，且第一个字节定义网络，后三个字节定义主机,用于大型网络

B类:第一个字节前两位为 10，前两个字节定义网络，后两个字节定义主机,用于中等规模网络

C类: 第一个字节前三位 110,前三个字节定义网络，后一个字节定义主机,通常用于小型网络

D类:不区分网络和主机,用于组播使用

E类:保留

各类型IP可支持的最大网络数量和主机数量参考图示

子网网络

当源地址和目标地址的网络不同时，则需要通过路由器在子网之间进行流量交换：

在刚才5类IP 地址中我们发现A类和B类网络中可分配的主机数量较多，但实际情况是在单个网络中并不需要安排这么多的主机,或者说将网络进一步划分多个子网?这时候就需要引入子网掩码的概念，在 internet 委员会确认网络号 + 主机号之后,可由本地系统管理员进行二次分配，在源主机号(NetworkID)基础上再划分子网号(Subnet D)和主机号(Host D)在IP 地址的划分后，如何让一个主机了解它所属的网络号和主机号，以及任意两台设备是否属于同一网络?

这就要使用子网掩码，举例来说:比如两人名叫张伟，一名张伟来自李家村，另一名张伟来自包家村，那如何区分?

那就需要村长来区分，子网掩码相当于村长的角色，子网掩码共 4 字节 32 位，和IP 地址(与运算)后可获取其对应的IP 网络号，大部分情况下,当网络中只要不超过 254 台主机时,子网掩码默认为 255.255.255.0，网络主机数超过最多限制数时，则需修改子网掩码，扩大网段，或划分 VLAN,使用不同子网。

子网掩码例子

子网掩码 255.255.255.0

IP 地址： 192.168.1.10

子网掩码：255.255.255.0

网络地址： 192.168.1

主机地址： 10

共有/私有IPv4 地址和环回地址

公有/私有IPv4地址

环回地址

IP 地址除了A~E类型外,还包括 Local 公有、Private 私有IP 地址、Loopback 环回地址的概念;首先我们来看公有IP 地址和私有IP 地址，公有P 可直接访问互联网(internet)，而私有IP 用于当公有IP 地址不足时在内部网络中使用。注意:私有iP 地址在一个局域网内不能分配给多台主机，私有P 发送的数据不能直接通过路由器转发至Internet 上，需通过路由器进行私有P 地址转化为公有P 地址，该过程称你为“网络地址转换”从A~C类IP地址选取部分范围作为私有IP 地址:

A类私有IP 地址范围:10.0.0.0-10255255.255

B类私有IP地址范围:172.16.00-17231.255255

C类私有IP地址范围:192.168.0.0-192.168.255.255

环回IP 地址(Loopback)范围 127.000-127255255.255

若主机发送一条报文，该报文的目的IP 地址为环回P 地址时，那该报文不会通过硬件发送至网络的其他设备上，而只会传回自身从而形成一个环路，环回P 地址常用于本地TCP/IP 配置、网络逻辑测试的情况。