计算机网络-网络层：IP协议

目录

一、IP协议格式

二、IP地址管理

1.动态地址分配&组建私网

2. 早期网络划分方式

3. 当前网络划分方式CIDR方案

4. 特殊IP地址

5. 公网与私网（外网与内网）

6. 路由选择

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网络层：负责地址管理与路由选择

一、IP协议格式

4位版本号：

        4/6 表示：ipv4、ipv6。

4位头部长度：

        以4B为单位描述报头大小，IP报头最大为60B，最小为20B。

8位服务器：

        3位优先权字段弃用，1位保留（暂未使用），4位服务类型。

        4位服务类型：最小成本，最高可靠性，最大吞吐率，最小延时。

16位数据报长度：

        限制IP报文必须小于64k。

16位分片标识：

        标识当前分片属于哪个原始报文。

网络层的数据分片：

        在链路层存在一个MTU（最大传输单元），是链路层限制的一个数据帧大小。以太网默认是1500字节。网络层在拿到传输层交付给自己的数据后，会判断封装报头后，是否会大于MTU，如果大于MTU则需要进行数据分片（将大的完整的报文，分割成多个小的报文）。

        网络层会给每个分片都封装一个IP报头，然后发送数据。

        数据到达对端主机后，会进行分片重组，重组为原始报文交付给传输层。但是网络传输就有可能使数据没有按序到达，因此每个分片中都有标识自己属于哪个原始报文，并且标识自己所在原始报文中的位置。

3位标志：

        1位保留，1位禁止分片标志（置1表示不允许分片），1位分片结束标志。

13位分片偏移：

        标识当前分片在原始报文中相对起始的偏移量。

注意：13位分片偏移没办法表示64k的偏移量，所以这个分片偏移是以8B为单位的。因此除了最后一个分片，其他分片一定都是8的整数倍大小。

8位TTL：

        报文生命周期：所能经过的路由器跳数。

8位上层协议类型：

        数据分用的时候，选择当前数据所使用的解析协议。

16位校验和：

        校验数据的一致性。

32位源端IP&32位对端IP：

        描述通信的起点与终点主机。

0~40字节选项数据：

        路由信息……

二、IP地址管理

1.动态地址分配&组建私网

        ipv4地址共有近43亿，但是也出现了不够用的情况，出现了两种解决方案：

动态地址分配DHCP：

        DHCP：动态地址分配，谁上网给谁分配IP地址。

NAT技术组建私网：

        NAT网络地址转换技术。

2. 早期网络划分方式

IP地址的分配是一种分网络的分配，每个子网只分配固定的IP地址。

IP地址组成：网络号+主机号

（1）网络号：当前IP地址所在子网络的标识。

保证互相连接的两个网段具有不同的标识。

（2）主机号：一个主机在其所在子网中的标识。

同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号。

（3）不同的子网，其实就是把网络号相同的主机放在一起。

（4）若在子网中增加一台主机，则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致，但是主机号必须不能和子网内的其他主机重复。（一般路由器都带有DHCP技术，能够自动的给子网内新增的主机节点分配IP地址，避免了手动管理的不便）

早期五类IP地址划分：

A类：高1位固定为0，7位网络号，24位主机号，用于组建超大型网络。

        网络号范围：0~127

        IP地址范围：0.0.0.0~127.255.255.255

B类：高2位固定10，14位网络号，16位主机号，用于组建中型网络。

        网络号范围：128.0~191.255

        IP地址范围：128.0.0.0~191.255.255.255

C类：高3位固定110，21位网络号，8位主机号，

        网络号范围：192.0.0~223.255.255

        IP地址范围：192.0.0.0~223.255.255.255

D类：224.0.0.0~239.255.255.255

E类：240.0.0.0~247.255.255.255

3. 当前网络划分方式CIDR方案

        在早期基础上进行细分，引入了子网掩码，来区分网络号和主机号。

子网掩码：

        无符号4字节的整数，规则是必须由连续的二进制1组成，通常以一串连续的0结尾。

子网掩码作用：

（1）子网划分，限定一个子网的主机号个数。子网掩码取反就是一个子网中的最大主机号。

（2）判断一个IP地址是否属于某个子网。子网掩码与IP地址相与，可以得到子网网络号。

4. 特殊IP地址

（1）127.0.0.1

        本地的虚拟回环网卡地址，用于进行本地的网络回环测试。

（2）255.255.255.255

        全网广播地址。

（3）0.0.0.0

        被识别为本机任意网卡地址（常用于服务端绑定地址）。

（4）主机号全0的IP地址

        表示网络号，是网络标识。

（5）主机号全为1的IP地址

        局域网的广播地址（udp广播）。

5. 公网与私网（外网与内网）

公网（外网）：我们常说的互联网，也叫外网。

私网（内网）：自己用路由器实现的内部通信网络，也叫内网

组建私网的作用：

        使用NAT技术，可以让私网中的大量主机使用同一个对外地址进行上网，节省IP地址的使用。

        因为私网对外通信使用的是对外地址，私网内部的地址对外不可见，因此不同的私网，IP地址可以重复。

用于组建私网的网络：

（1）10.*.*.*

（2）172.16.*.*~172.31.*.*

（3）192.168.*.*

6. 路由选择

每个网络设备上都有一个路由表：

（1）路由表中记录了当前设备所连接的网络信息。

（2）其实在互联网上，每个路由器上不仅只有自己的路由表，还有周围其他路由器的路由表。

（3）路由器将流经路由器的数据目的IP地址与路由表中网络进行比对，看是否属于某个网络，然后进行路径规划，选择转发对象。

路由表生成算法：

（1）静态路由：路由表由网络管理员手动维护。

（2）动态路由：通过一些路由表生成算法自动生成，如距离向量算法，Dijkstra算法等。