Java EE——网络层IP协议的格式与内容解析

网络层

网络层需要定义发送方和接收方的位置，并且在发送方和接收方中众多的交换机，路由器之中找到一个合理的路径进行传输数据

IP协议报文格式

1. 4位版本 （只有IPv4和IPv6两个版本）
2. 4位首部长度 （和TCP一样，首部可以变长）
3. 8位服务类型 （实际只有4位有效，并且4位中只有一个可以取1，代表IP协议的工作模式）
4. 16位总长度 （代表IP数据报的长度）
5. 16位标识 （同组的包有相同的标识，便于包的组装）
6. 3位标志 （主要有两位起作用，一位代表当前是否分包，一位代表这个包是不是最后一个）
7. 13位片偏移 （区分分包后的前后顺序）
8. 8位生存时间 （单位是次数，一般是32/64/128，每经过一个路由器转发，次数就会减一，如果这个包的生存时间到了0还没有到达接受方，就销毁这个包，防止这个包陷入传输的循环，空空浪费传输的资源）
9. 8位协议 （IP载荷中的数据报使用的传输层的协议，便于接受方在拆包时区分用哪个传输层协议解析数据）
10. 32位源IP地址 （发送方IP地址）
11. 32位目的IP地址 （接收方IP地址）
12. 数据 （载荷）

可以看到我们的IP地址只有32位，也就是说我们最多有42亿9000万个不同的主机，但是由于我们有各种服务器，物联网装备等等，所以这个数量对于我们来说是不够用的，我们通过以下
方式解决这个问题

动态分配IP地址

并不是一个设备出厂时就绑定好一个IP地址，而是只有当其上网时才给分配一个IP地址，不上网时就把IP地址回收。这样的话当美国人那边到了深夜，就很多人不上网了，就可以给我们这分配很多的IP地址

NAT机制

并不是每个主机都有独立的IP地址

将IP地址分成两类

1. 外网/公网IP
2. 内网/私网/局域网IP（例如10.xxx ，172.16xxx，172.31.xxx，192.168.xxx 这些都是内网IP）

我们约定在同一个局域网内部，IP地址不可以重复，而在不同的局域网下，IP地址可以重复。在局域网内部如果访问外网的服务器，就用一个外网的IP来代替局域网中的所有设备

例如我的路由器的IP地址是1.2.3.4，我有三个设备，手机IP是192.168.1.1，平板IP是192.168.1.2，电脑IP是192.168.1.3。这些设备在我的局域网中的IP地址是不能相同的。当我想拿我的手机访问CSDN的服务器（IP是5.6.7.8）时，会构造这样的一份数据报

源IP地址：192.168.1.1
目的IP地址：5.6.7.8
1
2

而当这个数据报传输到路由器上时，会将192.168.1.1替换成1。2.3.4，并且记录这个映射关系，然后把数据发送给CSDN的服务器，服务器会收到这样的数据报

源IP地址：1.2.3.4
目的IP地址：5.6.7.8
1
2

然后CSDN会根据请求生成响应，构造下面这样的数据报

源IP地址：5.6.7.8
目的IP地址：1.2.3.4
1
2

而当这个数据发送到路由器上，路由器会根据之前的映射关系，把1.2.3.4替换成192.168.1.1，再发送回我的手机上

这样的话，我们就可以用一个外网IP地址代替很多的设备的IP地址，也就可以解决IP地址数量不够用的问题了

使用IPv6

上述两个方法只是把不够用的资源通过不同的分配方式分给了主机，使得IP地址够用。然而想要根本上解决这个问题，我们可以使用IPv6这个协议。

IPv4使用4个字节表示IP地址，因此只有42亿个
而IPv6使用14个字节表示IP地址，这个数量就算给地球上每个沙子分配一个IP地址，也是够用的。

而IPv6之所以没有大量普及，就是因为其和IPv4不兼容，因此需要花钱换路由器。然而在国家的强制要求下，许多企业都升级成了IPv6，这也是防止美国对我们的限制

IP地址

主要分为以下两个部分

1. 网络号，用来标识网段，相互连接的两个网段有不同的标识
2. 主机号，用来标识主机，同一网段下的主机有相同的网络号，但是有不同的主机号

也就是说，同一个局域网下的设备的网络号是相同的，不同的主机有不同的主机号，两个相邻的局域网的网络号是不同的

而子网掩码（32位）可以划分出来从哪一位到哪一位是网络号
例如这32位中前面是23个一，就代表前23位是网络号，后9位是主机号，而所有连接在同一个局域网中的设备的网络号相同，因此前23位都是相同的
而如果我的路由器连接了两个局域网，那么这两个局域网的网络号是不同的，也即是前23位是不同的

特殊的IP地址

1. 主机号为0，代表这个IP是网络号
2. 主机号为1，代表这个IP是这个局域网的网关（一般就是路由器）
3. 主机号为全1，代表这个IP是广播IP
4. 127.XXX，代表这个IP是换回IP（例如我们的127.0.0.1）

路由选择

之所以我们的数据能够从发送者精确的规划出路径传送到接受者，就是因为路由选择的概念

当我们的数据到达路由器时，会把我们的数据报中的IP地址提供给路由器，路由器中有一个叫“路由表”的数据结构，也就是这个路由器认识的通往各个IP地址的路，如果认识，就直接告诉数据报应该怎么走，如果不认识，路由器就会把这个数据报转发给别的有可能认识的路由器

因此这个概念就相当于我们出去找地一样，问一个大爷路，这个大爷也许不知道应该怎么走，但是会告诉你一个大致的方向，你按照这个方向再去问问别人怎么走