网络层协议IP目录网络层协议IP一、IP协议1.1.IP协议的作用1.2.基本概念二、IP协议格式三、子网划分3.1.网段划分3.2.路由器3.3.分类划分3.4.无类别域间路由四、特殊的IP地址4.1.网络号4.2.广播地址4.3.本机环回测试五、IP地址的数量控制5.1.IPv4的局限性5.2.动态分配IP地址5.3.IPv65.4.NAT技术六、私有IP地址和公网IP地址6.1.局域网私有IP地址6.2.运营商6.3.公网IP地址七、路由7.1.路由表7.2.路由表生成算法八、IP报文分片与组装8.1.MTU与MSS8.2.分片与组装在复杂的网络环境中确定一个合适的路径一、IP协议1.1.IP协议的作用把数据报从A主机跨网络送到B主机在网络通信中需要把数据报100%从A主机跨网络送到B主机传输层TCP协议提供了策略比如重发机制连接机制等等网络层IP协议提供了能力能够将数据从A主机传输到B主机TCP协议通过端口号解决了进程间通信的问题IP协议通过IP地址解决了主机间通信的问题IP地址标识了通信双方主机的唯一性就像去故宫旅游得先坐飞机到北京数据报在到达对方主机前先要到对方所在的子网中再在子网中转发发送到对方主机1.2.基本概念IP地址目标网络 目标主机主机配有IP地址进行路由控制的设备路由器配有IP地址进行路由控制的设备当代路由器可以在应用层工作类似小型计算机路由数据报从一个子网到另一个子网二、IP协议格式分离问题4位首部长度 16位总长度实现解包分用问题8位协议表明有效载荷是什么数据分清上层是TCP协议还是UDP协议4位版本号versionIP协议的版本IPv4就是44位首部长度header lengthIP报头的长度每个比特位的单位为4字节8位服务类型Type Of Service前3位弃用4位TOS字段1位保留字段4位TOS字段最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本16位总长度total lengthIP数据报的总字节大小8位生存时间Time To Live每经过一个路由器TTL减1如果减到0还未到达就直接丢弃8位协议确定上层协议TCP协议/UDP协议16位头部校验和使用CRC校验鉴别头部是否损坏比特位翻转等情况32位源IP地址表明发送端32位目的IP地址表明接收端三、子网划分子网分为公网子网和私网子网私网子网又被称为内网子网用来组件局域网通信3.1.网段划分IP地址网络号 主机号网络号保证互相连接的两个网段具有不同的标识主机号同一网段内主机之间具有相同的网络号但必须有不同的主机号3.2.路由器路由器有管理地址主机号通常是1路由器至少要配置一个公网IP和一个内网IP实现数据报的路由路由器能够给子网中的网络设备分配IP地址应用层协议DHCP打开电脑浏览器输入路由器的管理地址就会访问到路由器上部署的HTTP服务显示登录界面输入家里路由器对应的用户名和密码弹出H5页面配置路由器路由报文的本质是查找目标主机查找的本质是淘汰的过程淘汰的效率高那么查找的效率就高网段划分的原因在查找目标主机前先查找目标网络淘汰其他网络在全网中提高查找效率3.3.分类划分分类划分法将32位比特位进行划分确定网络号有多少位A类0.0.0.0 ~ 127.255.255.255B类128.0.0.0 ~ 191.255.255.255C类192.0.0.0 ~ 223.255.255.255D类224.0.0.0 ~ 239.255.255.255E类240.0.0.0 ~ 247.255.255.255IP地址是有限的各国运营商需要抢夺IP地址搭建国家的子网随着互联网发展大多组织申请B类网络地址导致A类浪费大量地址所以提出了新的划分方案3.4.无类别域间路由CIDRClassless Interdomain Routing无类别域间路由子网掩码subnet mask一个32位的正整数用一串1开头一串0结尾作用区分网络号与主机号设置掩码中1和0的个数将IP地址与子网掩码进行按位与得到新的网络号充分利用IP资源子网内最大主机数 子网地址范围大小 - 2四、特殊的IP地址4.1.网络号将IP地址中的主机地址全部设置为0表示网络号代表这个局域网4.2.广播地址将IP地址中的主机地址全部设置为1表示广播地址给同一个链路中相连的所有主机发数据包4.3.本机环回测试127.*的IP地址用于本机环回测试通常为127.0.0.1五、IP地址的数量控制5.1.IPv4的局限性IPv4是一个32位的整数一共有2^32个IP地址大概在43亿左右IP地址并非按主机台数配置而是每一个网卡都要配置一个或多个IP地址所以数量远远不够5.2.动态分配IP地址只给接入网络的设备分配IP地址同一个MAC地址的设备每次接入互联网的IP地址不同5.3.IPv6用16字节128位来表示一个IP地址5.4.NAT技术网络地址转化技术六、私有IP地址和公网IP地址6.1.局域网私有IP地址公网 内网私网、局域网 1 n如果一个组织内部组建局域网IP地址只能用于局域网内的通信无法直接连接到公网内网地址理论上使用任意IP地址都可以RFC1918规定了以下的IP地址能够组件局域网10.*前8位网络号共16777216个地址构建大型网络172.16.* ~ 172.31.*前12位网络号共1048576个地址构建中型网络192.168.*前16位网络号共65536个地址构建小型网络在这个范围内的都是私有IP地址其余为全局IP地址在网络通信的过程中私有IP地址不能出现在公网上正常人直接接触的都是内网局域网而不是公网6.2.运营商路由器本身具有构建子网的能力给子网内所有主机分配IP地址运营商路由器与家用路由器构建成了一个子网网络号10.1.1.*家用路由器与家中网络设备构建成了一个子网网络号192.168.1.*运营商路由器配备了能与公网通信的IP地址是公网的出入口路由器内网IP是固定的不同内网的内网IP会出现重复所以内网IP只能在该内网中有效内网IP绝对不能出现在公网也不能出现在其他内网否则无法找回主机所在内网主机发送报文每经过一个内网的路由器就会进行源IP的替换替换成当前路由器的WAN口IPNAT技术网络地址转换内网IP经过路由器WAN口IP替换的技术运营商可以控制主机发送的报文是否转发到公网网络欠费或报文携带敏感信息时都会无法转发6.3.公网IP地址各国的运营商自主申请公网IP组件自己国家的公网环境公网IP不是单纯以国家为单位划分而是结合网民数量按照地区划分一个区域有多大的网络取决于有多少个公网IP七、路由在复杂的网络结构中找出一条通往终点的路线搜索路由表查找到下一跳路由器搜索路由表未找到提供缺省路由搜索路由表查找到目标网络所在的出入口路由器进行内网转发7.1.路由表Destination目的网络地址Gateway下一跳地址Genmask子网掩码FlagsU标志该条目有效G标志该条目的下一跳地址是路由器地址Iface发送接口7.2.路由表生成算法静态路由路由表由网络管理员收到维护动态路由路由表由一些算法自动生成距离向量算法、LS算法、Dijkstra算法八、IP报文分片与组装8.1.MTU与MSSMTU最大传输单元数据链路层接收的有效载荷大小不超过1500字节如果超过就要在发送方网络层进行分片处理在接收方网络层进行组装任一分片丢失都表示该报文整体丢失分片越多发生丢包的概率越大MSS最大段尺寸1500 - IP报头大小20- TCP报头大小20 1460字节传输层控制每次交给网络层的报文大小就能够减少分片数量8.2.分片与组装16位标识不同报文标识不同相同分片标识相同3位标志第一位保留位固定为0第二位DF位设为1表示禁止分片报文长度超过MTUIP自动丢弃报文第三位MF位设为0表示最后一个分片设为1表示非最后一个分片13位偏移量分片在原始报文的偏移量不包含报头偏移量必须是8的整数倍保证后三位是0实际偏移量 3 写入偏移量写入偏移量 3 实际偏移量报文分片如何甄别是否分片3位标志的第三位是13位标志的第三位是013位片偏移大于0如何保证分片收全16位标识相同的分片聚合在一起按照片偏移进行升序排序自身片偏移数字 * 8 自身有效载荷大小 下一个分片的片偏移数字