网络层是 OSI 模型中的第三层，负责在不同网络之间传输数据包。其主要任务是确定数据包的路由方式，以确保数据能够从源主机发送到目标主机。网络层使用 IP 协议来完成这些任务，IP 地址用于标识主机和网络，并确定数据包的路由路径。网络层还负责分段和重新组装数据包，以适应不同网络的最大传输单元（MTU）。
IP 地址
IP 地址是网络层中的关键概念，用于唯一标识网络上的每个主机和路由器。IPv4 地址由 32 位二进制数字组成，通常以点分十进制表示，如 192.168.1.1。IPv6 地址由 128 位二进制数字组成，以冒号分隔表示，如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6 地址的引入是为了解决 IPv4 地址枯竭的问题。
IP 协议
IP 协议是网络层中最重要的协议之一，负责在网络之间传输数据包。它定义了数据包的格式和路由方式。IP 数据包包括头部和数据两部分，头部包含源地址、目标地址、数据包长度等信息。IP 协议提供的服务是不可靠的，数据包可能会丢失、重复、失序或损坏。为了解决这些问题，通常会与 IP 协议配合使用传输层的 TCP 协议或 UDP 协议。
IP 路由
IP 路由是网络层的一个重要功能，它确定数据包从源主机到目标主机的路径。路由器是网络层中负责转发数据包的设备，它根据目标地址和路由表来确定数据包的下一跳路由器。路由表存储了目的网络和下一跳路由器之间的映射关系。路由选择算法通常采用最短路径优先（Shortest Path First，SPF）或距离向量（Distance Vector）算法。
ICMP 协议
Internet 控制消息协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）是一种网络层协议，用于在 IP 网络上发送错误消息和操作消息。它通常用于诊断网络故障和执行网络管理任务。常见的 ICMP 消息包括回显请求和回显应答，用于检测主机的可达性。
IP 地址分配
iP 地址分配是网络层管理中的重要任务。IPv4 地址通常由网络管理员手动分配或使用动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）自动分配。IPv6 地址通常通过无状态地址自动配置（Stateless Address Autoconfiguration，SLAAC）或 DHCPv6 分配。
VPN 和 NAT
虚拟专用网络（Virtual Private Network，VPN）是一种通过公共网络（如互联网）建立加密通道的技术，用于保护数据传输的安全性。网络地址转换（Network Address Translation，NAT）是一种将私有 IP 地址转换为公共 IP 地址的技术，用于解决 IPv4 地址不足的问题。
网络层在整个网络通信中起着至关重要的作用，它负责确定数据包的路径并实现不同网络之间的连接。通过深入了解网络层的功能和协议，可以更好地理解计算机网络的工作原理。
使用 Python 的 socket 库来手动构建和发送 ICMP 请求。以下是一个示例：
import socket import os import struct import time import select ICMP_ECHO_REQUEST = 8 def checksum(source_string): sum = 0 count_to = (len(source_string) // 2) * 2 count = 0 while count < count_to: this_val = source_string[count + 1] * 256 + source_string[count] sum += this_val sum &= 0xffffffff count += 2 if count_to < len(source_string): sum += source_string[len(source_string) - 1] sum &= 0xffffffff sum = (sum >> 16) + (sum & 0xffff) sum += (sum >> 16) answer = ~sum answer = answer & 0xffff answer = answer >> 8 | (answer << 8 & 0xff00) return answer def create_packet(id): header = struct.pack('bbHHh', ICMP_ECHO_REQUEST, 0, 0, id, 1) data = struct.pack('d', time.time()) my_checksum = checksum(header + data) header = struct.pack('bbHHh', ICMP_ECHO_REQUEST, 0, my_checksum, id, 1) return header + data def send_icmp_request(destination_ip): icmp = socket.getprotobyname("icmp") sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_RAW, icmp) packet_id = int((id(timeout) * time.time()) % 65535) packet = create_packet(packet_id) sock.sendto(packet, (destination_ip, 1)) start_time = time.time() while True: ready = select.select([sock], [], [], 1) if ready[0] == []: print("Request timed out.") return time_received = time.time() rec_packet, _ = sock.recvfrom(1024) icmp_header = rec_packet[20:28] type, code, checksum, p_id, sequence = struct.unpack('bbHHh', icmp_header) if p_id == packet_id: bytes_in_double = struct.calcsize('d') time_sent = struct.unpack('d', rec_packet[28:28 + bytes_in_double])[0] print(f"Received ICMP response from {destination_ip} in {time_received - time_sent:.3f} seconds") return if __name__ == "__main__": destination_ip = "8.8.8.8" send_icmp_request(destination_ip)
