面试题：网络编程中TCP/IP协议栈四层结构之网络层功能及常见协议

Question

请阐述TCP/IP协议栈中网络层的主要功能，并且列举出该层常见的协议及其作用。

Answer 1

网络层主要功能

1. 逻辑寻址：为网络中的设备分配逻辑地址（如IP地址），使得数据能够在不同网络间进行准确的路由。
2. 路由选择：决定数据包从源到目的的最佳路径。路由器根据路由表，基于网络拓扑结构、链路状态等信息来选择合适的路径转发数据包。
3. 拥塞控制：当网络中出现过多数据包导致网络性能下降时，网络层通过一定的机制（如丢弃数据包、调整路由等）来缓解拥塞，保证网络的正常运行。
4. 网络互联：连接不同类型的网络，如局域网（LAN）和广域网（WAN），使它们能够相互通信。

常见协议及其作用

1. IP（Internet Protocol）：负责将数据包从源主机发送到目的主机，提供无连接、不可靠的数据报传输服务。IP协议定义了IP地址的格式和分配规则，以及数据包的封装和传输方式。
2. ICMP（Internet Control Message Protocol）：用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。这些消息包括网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息，主要用于网络故障诊断和拥塞控制。例如，Ping命令就是利用ICMP协议来测试网络连通性。
3. IGMP（Internet Group Management Protocol）：用于管理和控制IP多播组。主机使用IGMP向相邻的多播路由器报告自己的多播组成员关系，多播路由器利用这些信息来建立和维护多播路由表，从而实现将多播数据包发送到所有组成员。
4. ARP（Address Resolution Protocol）：将IP地址解析为物理地址（如MAC地址）。在同一网络中，当主机要发送数据给另一个主机时，需要知道对方的物理地址，ARP协议通过广播请求的方式获取目标IP地址对应的MAC地址，并将其缓存起来，以便后续使用。
5. RARP（Reverse Address Resolution Protocol）：与ARP相反，它是将物理地址解析为IP地址。主要用于无盘工作站等设备，这些设备知道自己的MAC地址，但不知道IP地址，通过RARP协议向RARP服务器请求分配IP地址。