网络层ip协议

Ip协议报文格式

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 0, 其他是 1. 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).

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.

网段划分

IP地址

一个IP地址是由两部分构成=网络号+主机号

网络号：简单来说就是根据地区的不同来用不同的编号，举个例子就是你在重庆和上海的IP地址肯定是不一样的，在现在可以说是一个常识性问题。
主机号：简单来说就是在同一网络中来标识不同的设备，举个例子就是在同一个路由器下，路由器会对设备做区分就用编号来代替你们的设备。

有一种技术叫做 DHCP, 能够自动的给子网内新增主机节点分配 IP 地址, 避免了手动管理 IP 的不便.所以说呢，路由器会自动给你分配地址，可能当重启路由器之后你的IP也可能会发生变化！

网络号划分

我们知道IP地址是一个32位地址每八位划分划分一段，就比如192.168.144.10这个IP地址。

过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案, 把所有 IP 地址分为五类, 如下图所示

简单据个例子：比如A类地址，有七位网络号，且最高位是零，所以可以分配的网络地址就有最多127个，后面的主机号就是可以分配的主机数量，24位就有16777215个。

如果按照这样的方式来划分，势必造成很大的浪费，如果全世界都是用这样的方法来定制IP，那肯定会不够，毕竟每个国家的发展情况都是不一样会的。

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;

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

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

IP 地址的数量限制

我们知道, 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.这意味着, 一共只有 43 亿台主机能接入网络么?实际上, 由于一些特殊的 IP 地址的存在, 数量远不足 43 亿; 另外 IP 地址并非是按照主机台数来配置的, 而是每一个网卡都需要配置一个或多个 IP 地址.CIDR 在一定程度上缓解了 IP 地址不够用的问题(提高了利用率, 减少了浪费, 但是 IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够用. 这时候有三种方式来解决:

掩码的作用就体现出来了，这时候又要将运营商联系起来了。

私网IP地址与公网IP地址

由于我们的运营商出现了，这时后就有了局域网和广域网的说法了

局域网

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

所以局域网都是配备的私有IP地址
然后作为我们的路由器他是有WAN口IP和LAN口IP，那这个有什么用呢？后面联系到广域网才能理解。

广域网里边就有是我们的公网IP地址了，那么这个公网地址呢，就有向其他公网地址转发报文的功能！

那么我们举一个简单的例子

所以说

私有IP是为了干什么？就是为了解决IP不足的问题大家的私有IP都长这样只是在不同范围。这样我们每个地方的私有IP都这么做，就大大减缓的了IP不够用的问题。

WAN口网做了什么？WAN口用来替换src做路由。

运营商做了什么？运营商做的就是在公网IP中转发报文，到了运营商那个转发路由器上，就用wan口IP替换原本src地址，再转发到更大的广域网当中。
这也是我们为什么会向运营商交网费的原因？他怎么知道你交没交钱呢？那么手机号不就是你的唯一标识吗？

玩联机游戏的人就知道，我们连同一个wifi就能联机，不管这路由器有没有欠费，应为在内网中我们是不需要转发报文到广域网中的。