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青岛网站建设与推广,百度地图嵌入公司网站,大型多媒体网站建设工具,炎陵网站建设文章目录0. 前言1. IP协议1-1 基本概念1-2 协议头格式2. 网段划分2-1 基本概念2.2 IP地址分五大类2-3 特殊的IP地址2-4 IP地址的数量限制2-5 私有IP地址和公网IP地址2-6 路由0. 前言 前面我们讲了#xff0c;应用层、传输层#xff1b;本章讲网络层。 应用层#xff1a;我… 文章目录0. 前言1. IP协议1-1 基本概念1-2 协议头格式2. 网段划分2-1 基本概念2.2 IP地址分五大类2-3 特殊的IP地址2-4 IP地址的数量限制2-5 私有IP地址和公网IP地址2-6 路由0. 前言 前面我们讲了应用层、传输层本章讲网络层。 应用层我们现在知道我们的数据并不是直接发到网络上的。传输层控制数据的发送也就是协议—TCP/UDP网络层具体执行的机构。 例子 现实生活中物流公司要求一次只能帮忙运送3公斤的东西可是我的电脑有十公斤怎么办哪肯定是把电脑拆开分别运送然后通过物流公司帮我们配送到目的地。这个例子中传输层就代表我们用户数据链接层代表物流公司。 网络层 在复杂的网络环境中确定一个合适的路径。 1. IP协议 1-1 基本概念 主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制;节点: 主机和路由器的统称。 1-2 协议头格式 4位版本号(version): 指定IP协议的版本, 对于IPv4来说, 就是4;4位头部长度(header length): IP头部的长度是多少个32bit, 也就是 length * 4 的字节数. 4bit表示最大的数字是15, 因此IP头部最大长度是60字节;8位服务类型(Type Of Service): 3位优先权字段(已经弃用), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0). 4位TOS分别表示: 最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本. 这四者相互冲突, 只能选择一个,对于ssh/telnet这样的应用程序, 最小延时比较重要; 对于ftp这样的程序, 最大吞吐量比较重要。16位总长度(total length): IP数据报整体占多少个字节.16位标识(id): 唯一的标识主机发送的报文. 如果IP报文在数据链路层被分片了, 那么每一个片里面的这个id都是相同的。3位标志字段: 第一位保留(保留的意思是现在不用, 但是还没想好说不定以后要用到). 第二位置为1表示禁止分片, 这时候如果报文长度超过MTU, IP模块就会丢弃报文. 第三位表示更多分片, 如果分片了的话,最后一个分片置为1, 其他是0. 类似于一个结束标记13位分片偏移(framegament offset): 是分片相对于原始IP报文开始处的偏移. 其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置. 实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的. 因此, 除了最后一个报文之外, 其他报文的长度必须是8的整数倍(否则报文就不连续了)作用-----就好比我们前言讲的那个物流例子物流公司数据链接层分批运送物品最后肯定还是我们网络层在拼接号8位生存时间(Time To Live, TTL): 数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由, TTL- 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环8位协议: 表示上层协议的类型16位头部校验和: 使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端选项字段(不定长, 最多40字节)。8位协议TCP/UDP协议数据有效载荷16位总长度-4位首部长度* 4 例如TCP数据段什么意思看图 封装分用图 解包相关过程 两个问题 如何封装和解包 定长报头 自描述字段 如何交付分用 UDP/TCP协议 分片五大方向 1 分片不是主流 容易出错TCP协议可以规定不要传太大就不用分片了 2 识别报文和报文的不同 a. 16位的标识不同报文标识不同。b. 相同报文的分片标识是相同的。c. 相同的标识放在一起便于分片组装。 3 具体识别报文是否被分片与是否没有被分片。 三位标志中的 更多分片标识位 13位偏移保证的。 4 如何识别分片的开始中间和结尾三部分 a. 更多分片标志位为0 13位偏移为0 报文未被分片b. 更多分片标志位为1 13位偏移为0 报文被分片此分片为原始报文起始。c. 更多分片标志位为0 13位偏移不为0 报文被分片表示最后一个分片。d. 更多分片标志位为1 13位偏移不为0 报文被分片表示后面还有分片。 5 异常处理我们的识别如果组装过程中任意一个分片丢失我们都能识别出来。 根据总产度如果不是起始分片还要减去报头长度 13位偏移 下一个分片偏移量两者进行比对。 小结 分片我们不推荐因为封装和分片的过程中上层传输层不知道。分片增加了丢包的概率。解决方法需要传输层协议规定。 2. 网段划分 2-1 基本概念 IP地址分为两个部分, 网络号和主机号 网络号: 保证相互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, 但是必须有不同的主机号; 图片来源与相关教材资料不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起。如果在子网中新增一台主机, 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中的其他主机重复。 通过合理设置主机号和网络号, 就可以保证在相互连接的网络中, 每台主机的IP地址都不相同。 2.2 IP地址分五大类 A类 0.0.0.0到127.255.255.255B类 128.0.0.0到191.255.255.255C类 192.0.0.0到223.255.255.255D类 224.0.0.0到239.255.255.255E类 240.0.0.0到247.255.255.255 随着Internet的飞速发展,这种划分方案的局限性很快显现出来,大多数组织都申请B类网络地址, 导致B类地址很快就分配完了, 而A类却浪费了大量地址。 针对这种情况提出了新的划分方案,称为CIDR(Classless Interdomain Routing) 引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号;子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 “0” 来结尾;将IP地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号;网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关。 IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号, 主机号从全0到全1就是子网的地址范围IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68, 子网掩码的高24位是1,也就是255.255.255.0子网掩码取反就是子网地址的最大号。 2-3 特殊的IP地址 将IP地址中的主机地址全部设为0, 就成为了网络号, 代表这个局域网;将IP地址中的主机地址全部设为1, 就成为了广播地址, 用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包。127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试,通常是127.0.0.1。 2-4 IP地址的数量限制 IP地址(IPv4)是一个4字节32位的正整数. 那么一共只有 2的32次方 个IP地址, 大概是43亿左右. 而TCP/IP协议规定, 每个主机都需要有一个IP地址。这么就意味着IP地址就不够用。 解决方法 动态分配IP地址: 只给接入网络的设备分配IP地址. 因此同一个MAC地址的设备, 每次接入互联网中, 得到的IP地址不一定是相同的NAT技术Network Address Translation 这种方法需要在专用网私网IP连接到因特网公网IP的路由器上安装NAT软件。装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器它至少有一个有效的外部全球IP地址公网IP地址。这样所有使用本地地址私网IP地址的主机在和外界通信时都要在NAT路由器上将其本地地址转换成全球IP地址才能和因特网连接。 IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及。 2-5 私有IP地址和公网IP地址 如果一个组织内部组建局域网,IP地址只用于局域网内的通信,而不直接连到Internet上,理论上 使用任意的IP地址都可以,但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址。 10.*,前8位是网络号,共16,777,216个地址; 172.16.到172.31.,前12位是网络号,共1,048,576个地址; 192.168.*,前16位是网络号,共65,536个地址;包含在这个范围中的, 都成为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公网IP)。 我们通常看到的IP就是私有的例如我们上学校的网时。 一个路由器可以配置两个IP地址, 一个是WAN口IP, 一个是LAN口IP(子网IP). 路由器LAN口连接的主机, 都从属于当前这个路由器的子网中. 不同的路由器, 子网IP其实都是一样的 (通常都192.168.1.1) 子网内的主机IP地址不能重复. 但是子网之间的IP地址就可以重复了. 每一个家用路由器, 其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点. 这样的运营商路由器可能会有很多级,最外层的运营商路由器, WAN口IP就是一个公网IP了。 子网内的主机需要和外网进行通信时, 路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP), 这样逐级替换, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP. 这种技术称为NAT(Network Address Translation网络地址转换) 小结 路由器要做的事情 a. 将报文中的源IP替换成为路由器的WAN口IPb. 每经过一个路由器都要做这个工作公网路由不需要c. 源IP地址在不同内网不同层级的网络节点转发并不断被替代的技术就是NAT技术 2-6 路由 在复杂的网络结构中, 找出一条通往终点的路线;路由的过程就是一跳一跳的“问路”的过程 IP数据包的传输过程也和问路一样 当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器依次反复, 一直到达目标IP地址。
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