在 TCP/IP 四层模型中，网际层负责在不同网络之间传递数据，并通过 IP 地址和路由机制实现跨网络通信。

这一层最核心的概念包括 IP、IPv4、IPv6、IP 地址、子网、CIDR、路由、下一跳、ICMP 以及 ARP。理解这些概念之后，才能真正弄清楚数据包为什么知道“去哪里”、下一跳又是谁。

网际层是什么#

TCP/IP 四层模型可以简单表示为：

1
┌────────────────────┐
2
│      应用层        │
3
├────────────────────┤
4
│      传输层        │
5
├────────────────────┤
6
│      网际层        │
7
├────────────────────┤
8
│    网络接口层      │
9
└────────────────────┘

前一篇介绍了网络接口层，主要关注：

1
Ethernet
2
MAC
3
Frame
4
网卡
5
交换机
6
物理介质

而网际层进一步解决：

数据应该发往哪个网络，以及如何从当前网络到达目标网络。

可以简单理解为：

1
网络接口层
2
↓
3
负责当前链路上的传输
4

5
网际层
6
↓
7
负责跨网络寻址与转发

例如：

1
主机 A
2
192.168.1.10
3
    │
4
    ▼
5
路由器
6
    │
7
    ▼
8
网络 B
9
    │
10
    ▼
11
主机 B
12
192.168.2.20

这里：

1
192.168.1.10
2
        ↓
3
      源 IP
4

5
192.168.2.20
6
        ↓
7
      目标 IP

网际层根据：

1
目标 IP
2
+
3
路由表

决定数据应该往哪里转发。

IP#

什么是 IP#

IP（Internet Protocol）是 TCP/IP 网络体系中的核心网际层协议。

它提供一种：

跨网络传输数据报的统一寻址和转发机制。

IP 的核心目标不是保证：

1
一定送达
2
一定按顺序到达
3
一定不重复

而是提供：

1
寻址
2
分组
3
转发

这些基本能力。

因此：

IP 本身并不提供可靠传输。

可靠传输等机制由更上层的协议负责，例如 TCP。

IP Packet#

网际层传输的基本数据单位通常称为：

IP Packet（IP 数据包）

例如：

1
应用数据
2
   ↓
3
传输层数据
4
   ↓
5
IP Packet
6
   ↓
7
Ethernet Frame

因此数据在协议栈中的封装关系可以理解成：

1
Application Data
2
       ↓
3
TCP Segment / UDP Datagram
4
       ↓
5
IP Packet
6
       ↓
7
Ethernet Frame

本文重点关注：

1
IP Packet

这一层。

IPv4#

IPv4 是什么#

IPv4 是目前仍然广泛使用的 Internet Protocol 版本。

IPv4 地址长度为：

1
32 bit

通常写成：

1
192.168.1.10

也就是四个十进制数字：

1
192 . 168 . 1 . 10

每一部分称为一个：

Octet（八位组）

每个八位组：

1
8 bit

因此：

1
4 × 8 bit
2
=
3
32 bit

IPv4 地址的二进制形式#

例如：

1
192.168.1.10

可以表示成：

1
11000000.10101000.00000001.00001010

虽然平时通常使用十进制表示，但理解二进制非常重要，因为：

1
子网掩码
2
CIDR
3
网络地址
4
广播地址

都与位运算密切相关。

IPv4 地址结构#

一个 IPv4 地址并不是简单的：

1
“一个数字”

在实际网络中，它通常可以拆分为：

1
网络部分
2
+
3
主机部分

例如：

1
192.168.1.10/24

可以理解成：

1
网络部分
2
192.168.1
3

4
主机部分
5
10

因此：

1
IP 地址
2
   │
3
   ├── Network
4
   └── Host

其中具体有多少位属于网络部分，由：

1
子网掩码
2
CIDR 前缀长度

决定。

子网掩码#

什么是 Subnet Mask#

IPv4 中经常看到：

1
255.255.255.0

这样的子网掩码。

它用于区分：

1
网络部分
2
主机部分

例如：

1
IP：
2
192.168.1.10
3

4
Mask：
5
255.255.255.0

转换成二进制：

1
IP
2
11000000.10101000.00000001.00001010
3

4
Mask
5
11111111.11111111.11111111.00000000

可以看到：

1
前 24 bit
2
↓
3
网络部分
4

5
后 8 bit
6
↓
7
主机部分

CIDR#

什么是 CIDR#

CIDR（Classless Inter-Domain Routing）使用：

1
/

后面的数字表示网络前缀长度。

例如：

1
192.168.1.10/24

其中：

1
/24

表示：

前 24 bit 属于网络前缀。

因此：

1
192.168.1.10/24

对应：

1
255.255.255.0

常见 CIDR#

例如：

都可能在实际网络中出现。

其中：

1
/8

表示：

1
8 bit 网络前缀

而：

1
/24

表示：

1
24 bit 网络前缀

前缀越长：

1
网络部分越大
2
主机空间越小

前缀越短：

1
网络部分越小
2
主机空间越大

网络地址#

假设：

1
192.168.1.10/24

其网络部分是：

1
192.168.1

因此对应的网络地址是：

1
192.168.1.0

可以理解为：

1
192.168.1.0/24

代表这个子网本身。

广播地址#

对于 IPv4 广播型网络：

1
192.168.1.0/24

对应广播地址通常为：

1
192.168.1.255

因为：

1
前 24 bit
2
↓
3
网络部分
4

5
后 8 bit
6
↓
7
主机部分

将所有主机位设置为 1：

1
11111111

就是：

1
255

所以：

1
网络地址
2
192.168.1.0
3

4
广播地址
5
192.168.1.255

主机地址范围#

对于：

1
192.168.1.0/24

传统 IPv4 子网划分中：

1
网络地址
2
192.168.1.0
3

4
可用主机地址
5
192.168.1.1
6
~
7
192.168.1.254
8

9
广播地址
10
192.168.1.255

因此共有：

1
2^8 = 256

个地址。

通常有：

个传统意义上的可用主机地址。

不过现代 IPv4 网络还有：

等特殊使用方式，因此不能把：

1
“减 2”

当成所有 CIDR 前缀的绝对规则。

子网划分#

为什么需要子网#

如果一个网络包含大量主机：

1
Host 1
2
Host 2
3
Host 3
4
...
5
Host 5000

全部放在一个网段中可能并不合理。

可以进行子网划分：

1
大网络
2
   │
3
   ├── 子网 A
4
   ├── 子网 B
5
   ├── 子网 C
6
   └── 子网 D

这样可以：

1
控制地址范围
2
划分网络边界
3
减少广播域规模
4
便于路由
5
便于网络管理

子网划分示例#

假设：

1
192.168.1.0/24

需要划分成两个子网。

可以使用：

1
/25

于是：

1
192.168.1.0/25
2
192.168.1.128/25

第一个：

1
192.168.1.0
2
~
3
192.168.1.127

第二个：

1
192.168.1.128
2
~
3
192.168.1.255

可以理解为：

1
192.168.1.0/24
2
       │
3
       ├── 192.168.1.0/25
4
       │
5
       └── 192.168.1.128/25

私有 IPv4 地址#

RFC 1918 定义了用于私有网络的 IPv4 地址空间：

1
10.0.0.0/8
2

3
172.16.0.0/12
4

5
192.168.0.0/16

这些地址通常用于：

1
家庭局域网
2
企业内网
3
数据中心内部网络

例如：

1
192.168.1.10

就是常见的私有 IPv4 地址。

私有地址本身不能作为公网 Internet 中的普通全局可路由地址使用。

RFC 1918 对这些地址空间进行了定义：

RFC 1918 — Address Allocation for Private Internets。

公有 IP 与私有 IP#

可以简单区分：

1
Private IP
2
↓
3
用于私有网络
4

5
Public IP
6
↓
7
可在 Internet 公共网络中进行全局寻址

例如家庭网络：

1
电脑
2
192.168.1.10
3
   │
4
   ▼
5
路由器
6
   │
7
   ▼
8
公网 IP
9
   │
10
   ▼
11
Internet

这里：

1
192.168.1.10

是私有地址。

而路由器外部接口可能具有公网地址。

这也是后续学习：

1
NAT

的重要基础。

IPv4 首部#

一个 IPv4 Packet 可以简化理解为：

1
┌───────────────────────────┐
2
│ IPv4 Header               │
3
├───────────────────────────┤
4
│                           │
5
│ Payload                   │
6
│                           │
7
└───────────────────────────┘

IPv4 首部包含很多字段，例如：

1
Version
2
IHL
3
Total Length
4
Identification
5
Flags
6
Fragment Offset
7
TTL
8
Protocol
9
Header Checksum
10
Source Address
11
Destination Address

其中比较重要的有：

1
Source Address
2
Destination Address
3
TTL
4
Protocol

Source Address#

表示：

数据包的源 IPv4 地址。

例如：

1
192.168.1.10

Destination Address#

表示：

数据包的目标 IPv4 地址。

例如：

1
8.8.8.8

于是：

1
Source
2
↓
3
192.168.1.10
4

5
Destination
6
↓
7
8.8.8.8

这构成了 IP 寻址的核心。

TTL#

TTL（Time To Live）用于限制 IPv4 数据包可以经过的路由跳数。

每经过一个路由器，TTL 通常会：

1
减 1

例如：

1
TTL = 64

经过一个三层转发设备后：

1
TTL = 63

如果最终变成：

1
0

数据包不能继续正常转发。

这样可以防止由于错误路由造成的数据包无限循环。

Protocol#

IPv4 首部中的：

1
Protocol

用于标识 Payload 中承载的上层协议。

例如：

1
TCP
2
UDP
3
ICMP

因此：

1
IP Packet
2
 │
3
 ├── Protocol = TCP
4
 │
5
 └── Payload = TCP Segment

也就是说，IP 不需要理解 TCP 的具体内容，只需要知道：

1
Payload 是什么类型

即可交给对应的上层协议处理。

IPv6#

为什么需要 IPv6#

IPv4 地址只有：

1
32 bit

IPv6 则使用：

1
128 bit

因此可提供巨大的地址空间。

IPv6 地址通常写成十六进制，例如：

1
2001:db8::1

一个 IPv6 地址由：

1
128 bit

组成。

IPv6 地址表示#

例如完整形式：

1
2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001

可以压缩成：

1
2001:db8::1

压缩规则允许：

1
连续的全 0 分组

使用：

1
::

表示。

因此：

1
2001:0db8:0000:0000:0000:0000:0000:0001

可以写成：

1
2001:db8::1

IPv6 地址和文本表示方法由 RFC 4291、RFC 5952 等标准定义。

IPv6 地址类型#

IPv6 中常见的地址类型包括：

1
Unicast
2
Multicast
3
Anycast

与 IPv4 广播不同：

IPv6 没有传统意义上的广播地址。

需要向多个主机发送时，IPv6 使用：

1
Multicast

等机制。

IPv6 首部#

IPv6 首部相比 IPv4 有明显不同。

可以简化表示：

1
┌───────────────────────────┐
2
│ IPv6 Header               │
3
├───────────────────────────┤
4
│                           │
5
│ Payload                   │
6
│                           │
7
└───────────────────────────┘

核心字段包括：

1
Version
2
Traffic Class
3
Flow Label
4
Payload Length
5
Next Header
6
Hop Limit
7
Source Address
8
Destination Address

其中：

1
Hop Limit

可以理解成 IPv4 中：

1
TTL

类似的跳数限制机制。

而：

1
Next Header

承担类似于 IPv4 Protocol 字段的一部分作用，用于指示后续头部或上层协议。

IPv4 与 IPv6#

可以简单对比：

特性	IPv4	IPv6
地址长度	32 bit	128 bit
地址表示	十进制点分	十六进制冒号分隔
广播	支持	无传统广播
地址空间	较小	极大
地址发现	ARP 等	NDP
TTL 类字段	TTL	Hop Limit
首部校验和	IPv4 Header Checksum	基本首部不提供同样的 Header Checksum

因此：

1
IPv4
2
↓
3
历史悠久，部署广泛
4

5
IPv6
6
↓
7
更大的地址空间

路由#

什么是 Routing#

有了 IP 地址之后，还需要解决一个问题：

数据包应该经过哪条路径？

这就是：

Routing（路由）

假设：

1
主机 A
2
192.168.1.10
3
   │
4
   ▼
5
路由器 R1
6
   │
7
   ▼
8
路由器 R2
9
   │
10
   ▼
11
主机 B
12
192.168.3.20

从 A 的角度：

1
目标
2
192.168.3.20

并不在本地网络中。

于是 A 需要根据：

1
Routing Table

决定：

1
下一跳

路由表#

路由器以及主机本身都可能拥有路由表。

例如：

1
Destination        Gateway         Dev
2
192.168.1.0/24     on-link         eth0
3
192.168.2.0/24     192.168.1.1     eth0
4
0.0.0.0/0          192.168.1.1     eth0

可以理解成：

1
目标网络
2
    ↓
3
下一跳
4
    ↓
5
出口接口

Linux 中可以使用：

1
ip route

查看路由表。

后续 Linux 网络管理文章中会详细介绍：

1
ip route

以及实际路由配置。

本文主要关注协议原理。

默认路由#

路由表中经常看到：

1
0.0.0.0/0

它表示：

匹配任意 IPv4 目标地址的默认路由。

例如：

1
0.0.0.0/0 via 192.168.1.1

表示：

1
如果没有更具体的路由
2
        ↓
3
把数据交给
4
192.168.1.1

因此可以简单理解为：

1
已知具体路径
2
↓
3
使用更具体路由
4

5
没有匹配
6
↓
7
使用默认路由

最长前缀匹配#

路由表可能同时存在：

1
10.0.0.0/8
2
10.1.0.0/16
3
10.1.2.0/24

如果目标是：

1
10.1.2.50

那么三个路由都可能匹配。

此时使用：

最长前缀匹配（Longest Prefix Match）

即选择：

1
/24

而不是：

1
/16

或者：

1
/8

因为：

1
/24

更具体。

可以理解为：

1
多个路由匹配
2
      │
3
      ▼
4
比较前缀长度
5
      │
6
      ▼
7
选择最长前缀

这正是 CIDR 和现代 IP 路由紧密结合的重要原因。

下一跳#

假设：

1
主机 A
2
192.168.1.10
3

4
目标 B
5
192.168.3.20

A 的路由表可能认为：

1
192.168.3.0/24
2
   ↓
3
下一跳 192.168.1.1

那么：

1
最终目标
2
↓
3
192.168.3.20
4

5
当前下一跳
6
↓
7
192.168.1.1

这两个概念不能混淆。

因此：

路由解决“下一步往哪里走”，而不是要求每一台设备提前知道完整的端到端路径。

ARP#

ARP 是什么#

网络接口层负责同一链路上的通信，常见概念包括：

1
Ethernet
2
MAC
3
Frame

现在再来看：

1
IP

就会遇到一个问题：

1
我知道下一跳 IP
2
↓
3
但不知道下一跳 MAC

IPv4 网络中，这就是：

ARP（Address Resolution Protocol）

所解决的问题。

RFC 826 对 ARP 的核心作用进行了定义：

将协议地址转换为本地网络地址。

例如：

1
192.168.1.1
2
      ↓
3
ARP
4
      ↓
5
AA:BB:CC:DD:EE:FF

因此：

1
IP 地址
2
   ↓
3
ARP
4
   ↓
5
MAC 地址

ARP Request#

假设：

1
A
2
IP  = 192.168.1.10
3
MAC = AA:AA:AA:AA:AA:AA
4

5
B
6
IP  = 192.168.1.20
7
MAC = BB:BB:BB:BB:BB:BB

A 想知道：

1
192.168.1.20

对应的 MAC。

A 发送 ARP Request：

1
谁是 192.168.1.20？

由于目标 MAC 尚未知，请求通常发送到：

1
ff:ff:ff:ff:ff:ff

也就是 Ethernet 广播地址。

ARP Reply#

B 收到 ARP Request 后发现：

1
Target IP
2
=
3
192.168.1.20

正是自己。

于是返回：

1
192.168.1.20
2
↓
3
BB:BB:BB:BB:BB:BB

A 得到：

1
IP → MAC

的映射。

随后：

1
IP Packet
2
↓
3
Ethernet Frame
4
↓
5
Destination MAC = BB:BB:BB:BB:BB:BB

ARP Cache#

主机不会每发送一个 IP Packet 就重新进行 ARP。

通常会暂时缓存：

1
IP
2
↓
3
MAC

映射。

Linux 中可以使用：

1
ip neigh

查看邻居信息。

例如：

1
192.168.1.1 dev eth0 lladdr aa:bb:cc:dd:ee:ff REACHABLE

这里表示：

1
192.168.1.1
2
        ↓
3
aa:bb:cc:dd:ee:ff

为什么远程目标不是直接 ARP#

这是理解：

1
ARP
2
+
3
路由

关系的关键。

假设：

1
主机 A
2
192.168.1.10/24
3

4
目标 B
5
192.168.2.20

A 看到：

1
192.168.2.20

不属于：

1
192.168.1.0/24

因此它不会直接：

1
ARP 192.168.2.20

而是：

1
目标 IP
2
   ↓
3
查路由
4
   ↓
5
找到下一跳
6
192.168.1.1
7
   ↓
8
ARP
9
   ↓
10
192.168.1.1 的 MAC

然后：

1
Ethernet Frame
2
Dst MAC = 网关 MAC

发给路由器。

因此：

ARP 解析的是当前链路上的下一跳，而不是一定解析最终目标主机。

路由器如何转发 IP Packet#

假设：

1
A
2
192.168.1.10
3
   │
4
   ▼
5
R1
6
   │
7
   ▼
8
R2
9
   │
10
   ▼
11
B
12
192.168.3.20

A 首先：

1
目标 = 192.168.3.20

查自己的路由表：

1
下一跳 = R1

然后：

1
ARP
2
↓
3
R1 MAC

封装成：

1
Ethernet Frame

发送给 R1。

R1 收到后：

1
剥离链路层封装
2
        ↓
3
读取 IP Packet
4
        ↓
5
检查目标 IP
6
        ↓
7
查路由表
8
        ↓
9
确定下一跳
10
        ↓
11
重新封装新的链路层帧
12
        ↓
13
发送

也就是说：

1
A → R1
2
R1 → R2
3
R2 → B

每一跳都可能重新进行：

1
链路层封装

但 IP Packet 继续承担：

1
端到端目标

IP 与 MAC 的关系#

现在可以把：

1
IP
2
MAC
3
ARP
4
Ethernet
5
Routing

之间的关系串起来。

1
                目标 IP
2
                   │
3
                   ▼
4
                路由表
5
                   │
6
                   ▼
7
                 下一跳 IP
8
                   │
9
                   ▼
10
                  ARP
11
                   │
12
                   ▼
13
                 下一跳 MAC
14
                   │
15
                   ▼
16
            Ethernet Frame
17
                   │
18
                   ▼
19
                 发送

因此：

1
IP
2
↓
3
三层寻址
4

5
MAC
6
↓
7
当前链路寻址
8

9
ARP
10
↓
11
IPv4 下一跳 IP → MAC
12

13
Ethernet
14
↓
15
当前链路上的帧传输
16

17
Routing
18
↓
19
决定下一跳

ICMP#

什么是 ICMP#

ICMP（Internet Control Message Protocol）是与 IP 配套的重要控制协议。

它主要用于：

1
错误报告
2
诊断
3
网络控制信息

而不是用来承载普通应用数据。

因此：

1
应用数据
2
↓
3
TCP / UDP

而：

1
网络控制与诊断
2
↓
3
ICMP

ping#

最熟悉的 ICMP 使用场景就是：

1
ping 192.168.1.1

IPv4 中通常使用：

1
ICMP Echo Request
2
ICMP Echo Reply

过程可以简单理解为：

1
A
2
 │
3
 │ Echo Request
4
 ▼
5
B
6
 │
7
 │ Echo Reply
8
 ▼
9
A

因此：

ping 能够帮助判断目标是否能够在 IP 层面进行基本的连通性响应。

但：

ping 通并不意味着应用服务一定正常。

例如：

1
ICMP 可以通信

并不代表：

1
TCP 80 一定开放
2
HTTP 服务一定正常

因为它们属于不同层次。

ICMP 错误消息#

ICMP 还可以用于通知网络错误。

例如：

1
目标不可达
2
TTL 超时

等。

其中：

1
Destination Unreachable
2
Time Exceeded

都是常见的 ICMP 消息类型。

例如：

1
数据包
2
   ↓
3
经过多个路由器
4
   ↓
5
TTL 不断减少
6
   ↓
7
TTL = 0
8
   ↓
9
路由器丢弃数据包
10
   ↓
11
发送 ICMP Time Exceeded

这也是：

1
traceroute

等工具能够工作的基础之一。

IP 并不可靠#

到这里可以进一步理解 IP 的设计思想。

IP 提供的是：

1
Best Effort

即：

尽力而为的数据报服务。

它不保证：

1
一定到达
2
一定按顺序到达
3
一定只到达一次
4
一定不会丢包

例如：

1
Packet A
2
Packet B
3
Packet C

理论上可能出现：

1
B
2
A
3
C

也可能：

1
A
2
C

因为：

1
B

可能丢失。

因此可靠传输通常由：

1
TCP

这样的传输层协议提供。

IPv4 分片#

IPv4 数据包可能遇到：

MTU（Maximum Transmission Unit）

限制。

例如某条链路能够承载的最大 IP 数据包长度有限。

如果一个 IPv4 Packet 太大：

1
Packet
2
   │
3
   ▼
4
超过下一链路 MTU

在满足条件时，IPv4 可以进行：

Fragmentation（分片）

可以简单理解成：

1
原始 Packet
2
     │
3
     ▼
4
┌────┬────┬────┐
5
│ F1 │ F2 │ F3 │
6
└────┴────┴────┘

到达目的地后，再进行重组。

IPv4 首部中的：

1
Identification
2
Flags
3
Fragment Offset

等字段与分片有关。

IPv6 与分片#

IPv6 的分片机制与 IPv4 不同。

IPv6 路由器不会像 IPv4 那样在转发过程中随意对数据包进行分片。

如果需要分片，通常由发送端通过：

1
Fragment Extension Header

进行处理。

因此：

1
IPv4
2
↓
3
路由器可能进行分片
4

5
IPv6
6
↓
7
通常由发送端处理分片

这也是 IPv4 和 IPv6 设计上的重要区别之一。

网际层的完整通信模型#

现在可以把前面的概念全部串起来。

假设：

1
主机 A
2
192.168.1.10/24
3

4
目标 B
5
192.168.3.20

A 想向 B 发送数据。

完整过程可以简化为：

1
应用数据
2
   │
3
   ▼
4
传输层数据
5
   │
6
   ▼
7
IPv4 Packet
8
   │
9
   │ Destination = 192.168.3.20
10
   ▼
11
查询路由表
12
   │
13
   ▼
14
发现目标不在本地网络
15
   │
16
   ▼
17
选择下一跳
18
   │
19
   ▼
20
例如 192.168.1.1
21
   │
22
   ▼
23
ARP 查询
24
   │
25
   ▼
26
得到网关 MAC
27
   │
28
   ▼
29
Ethernet Frame
30
   │
31
   ▼
32
交换机
33
   │
34
   ▼
35
路由器
36
   │
37
   ▼
38
重新进行路由判断
39
   │
40
   ▼
41
下一跳
42
   │
43
   ▼
44
……
45
   │
46
   ▼
47
目标网络
48
   │
49
   ▼
50
主机 B

这里真正值得注意的是：

1
Ethernet
2
↓
3
负责一跳
4

5
IP
6
↓
7
负责跨网络寻址
8

9
Routing
10
↓
11
决定下一跳
12

13
ARP
14
↓
15
IPv4 下一跳 IP → MAC
16

17
ICMP
18
↓
19
网络控制与诊断

网络接口层与网际层#

现在可以把前两层放在一起理解。

1
┌──────────────────────────────┐
2
│          网际层              │
3
│                              │
4
│   IP / IPv4 / IPv6           │
5
│   Routing / ICMP             │
6
│                              │
7
└──────────────┬───────────────┘
8
               │
9
               ▼
10
┌──────────────────────────────┐
11
│        网络接口层            │
12
│                              │
13
│   Ethernet / MAC / Frame     │
14
│   NIC / 双绞线 / 光纤 / Wi-Fi │
15
│                              │
16
└──────────────────────────────┘

可以从两个问题来理解：

1
网际层
2
↓
3
“数据应该去哪个网络、哪个 IP？”
4

5
网络接口层
6
↓
7
“这一跳应该通过哪个链路、哪个接口发送？”

这也是：

1
IP

和：

1
MAC

最核心的区别。

网际层的整体模型#

最后可以将这一层浓缩成：

1
                       网际层
2
                          │
3
        ┌─────────────────┼─────────────────┐
4
        │                 │                 │
5
        ▼                 ▼                 ▼
6
       IP              Routing             ICMP
7
        │                 │                 │
8
   ┌────┴────┐            │            诊断 / 控制
9
   │         │            │
10
 IPv4      IPv6           │
11
   │         │            │
12
   │      128 bit         │
13
 32 bit                     │
14
   │                        │
15
   └──────────┬─────────────┘
16
              │
17
              ▼
18
           IP Packet
19
              │
20
              ▼
21
        下一跳 IP / 路由
22
              │
23
              ▼
24
             ARP
25
              │
26
              ▼
27
         下一跳 MAC
28
              │
29
              ▼
30
       Ethernet Frame
31
              │
32
              ▼
33
        网络接口层

因此，网际层最核心的一条逻辑链可以浓缩成：

1
目标 IP
2
   ↓
3
判断是否本地网络
4
   ↓
5
查路由表
6
   ↓
7
确定下一跳
8
   ↓
9
IPv4 场景下通过 ARP 获取下一跳 MAC
10
   ↓
11
交给网络接口层
12
   ↓
13
发送 Ethernet Frame

而在跨网络通信中：

1
IP Packet
2
   ↓
3
Router
4
   ↓
5
重新查路由
6
   ↓
7
下一跳
8
   ↓
9
重新封装链路层帧
10
   ↓
11
继续转发

因此：

IP 负责跨网络寻址，路由负责决定下一跳，链路层负责当前这一跳的实际传输。

理解这一点之后，下一层的：

1
TCP
2
UDP
3
端口
4
连接
5
可靠传输

就有了明确的基础。

网际层是什么#

IP#

什么是 IP#

IP Packet#

IPv4#

IPv4 是什么#

IPv4 地址的二进制形式#

IPv4 地址结构#

子网掩码#

什么是 Subnet Mask#

CIDR#

什么是 CIDR#

常见 CIDR#

网络地址#

广播地址#

主机地址范围#

子网划分#

为什么需要子网#

子网划分示例#

私有 IPv4 地址#

公有 IP 与私有 IP#

IPv4 首部#

Source Address#

Destination Address#

TTL#

Protocol#

IPv6#

为什么需要 IPv6#

IPv6 地址表示#

IPv6 地址类型#

IPv6 首部#

IPv4 与 IPv6#

路由#

什么是 Routing#

路由表#

默认路由#

最长前缀匹配#

下一跳#

ARP#

ARP 是什么#

ARP Request#

ARP Reply#

ARP Cache#

为什么远程目标不是直接 ARP#

路由器如何转发 IP Packet#

IP 与 MAC 的关系#

ICMP#

什么是 ICMP#

ping#

ICMP 错误消息#

IP 并不可靠#

IPv4 分片#

IPv6 与分片#

网际层的完整通信模型#

网络接口层与网际层#

网际层的整体模型#

外部参考#