网络协议从入门到底层原理（4）网络层（版本、首部长度、区分服务、总长度、标识、标志、片偏移生存时间、协议、首部校验和）

古城微笑少年丶 2023-01-04 14:57 4阅读 0赞

### 网络协议从入门到底层原理 ###

*  网络层
 *  网络层首部 - 版本、首部长度、区分服务
 *  网络层首部 - 总长度
 *  网络层首部 - 标识、标志
 *  【实践】ping 的几个用法、wireshark抓包
 *  网络层首部 - 片偏移
 *  网络层首部 - 生存时间
 *  【实践】根据TTL追踪经过路由器
 *  网络层首部 - 协议、首部校验和
 *  【实践】Wireshark 完整网络层首部

> [【网络协议从入门到底层原理】学习笔记汇总][Link 1]

网络互联模型：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
请求过程：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
网络分层：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# 网络层 #

网络层数据包（IP数据包，Packet）由 **首部、数据** 两部分组成  
**数据**：很多时候是由传输层传递下来的**数据段（Segment）**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

# 网络层首部 - 版本、首部长度、区分服务 #

**版本（Version）**

*  占4位
 *  0b0100：IPv4
 *  0b0110：IPv6

**首部长度（Header Length）**

*  占4位，二进制乘以4才是最终长度
 *  0b0101：20（最小值）
 *  0b1111：60（最大值）

区分服务（Differentiated Services Field）

*  占8位
 *  可以用于提高网络的服务质量（QoS，Quality of Service），这个了解即可

# 网络层首部 - 总长度 #

**总长度（Total Length）**

*  占16位
 *  首部 + 数据的长度之和，最大值是 65535  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
    由于**帧的数据不能超过1500字节**，所以过大的IP数据包，需要 **分片（fragments）** 传输给数据链路层，每一片都有自己的网络层首部（IP首部）

# 网络层首部 - 标识、标志 #

**标识（Identification）**

*  占16位
 *  数据包的ID，当数据包过大进行**分片时，同一个数据包的所有片的标识都是一样的**
 *  有一个计数器专门管理数据包的ID，每发出一个数据包，ID就加1

**标志（Flags）**

*  占3位
 *  第1位（Reserved Bit）：保留
 *  第2位（Don’t Fragment）：1代表不允许分片，0代表允许分片
 *  第3位（More Fragments）：1代表不是最后一片，0代表是最后一片

# 【实践】ping 的几个用法、wireshark抓包 #

`ping /?` 查看ping的用法  
`ping ip地址 -l 数据包大小` 发送指定大小的数据包(`ping www.baidu.com -l 1400`)  
`ping ip地址 -f` 不允许网络层分块 (`ping www.baidu.com -l 2000 -f`)

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通过 Wireshark 抓包查看 `ping www.baidu.com` 发送的包

通过 `ping` 命令，实际上发送了4次 ICMP数据包：  
![在这里插入图片描述][20210111002821725.png]  
通过 Wireshark 可以证实：  
![在这里插入图片描述][20210111002808149.png]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

# 网络层首部 - 片偏移 #

**片偏移（Fragment Offset）**

*  占13位
 *  片偏移乘以8：**字节偏移**（wireshark显示的是字节偏移）
 *  每一片的长度一定是8的整数倍  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]

`ping ke.qq.com -l 4000` 以前可以往腾讯课程发长度为4000的数据包，现在似乎不行了。。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]

# 网络层首部 - 生存时间 #

**生存时间（Time To Live，TTL）**

*  占8位
 *  **每个路由器在转发之前会将TTL减1**，一旦发现TTL减为0，路由器会返回错误报告
 *  观察使用 `ping` 命令后的TTL，能够推测出对方的操作系统、中间经过了多少个路由器  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
    Wireshark：  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]

# 【实践】根据TTL追踪经过路由器 #

`ping ip地址 -i TTL` 设置TTL的值  
通过 `tracert`、`pathping` 命令，可以跟踪数据包经过了哪些路由器

--------------------

`ping baidu.com -i 1` 经过1次就消亡，显然由**网关**回复。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
通过 `ping baidu.com -i 1`、`ping baidu.com - i 2`、`ping baidu.com -i 3` … 可以追踪发包到百度经过的路由器。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]

--------------------

`tracert` 和 `pathping` 命令实际上更简单也可以追踪路由器：

`tracerrt baidu.com`  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70]  
`pathping baidu.com`：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_1_color_FFFFFF_t_70 1]

# 网络层首部 - 协议、首部校验和 #

**协议（Protocol）**

*  占8位
 *  表明所封装的数据是使用了什么协议  
    ![在这里插入图片描述][2021011121130924.png]

**首部校验和（Header Checksum）**

*  用于检查首部是否有错误

Wireshark：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]

# 【实践】Wireshark 完整网络层首部 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_43734095/article/details/112449428
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221119/037dd1d322c149a984d8aa36817785e0.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221119/31601391ba9b4e54a886b3cf2ebb359f.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20221119/bbf75a5685bf4505af46b3743ba3e258.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210111001625566.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210111001925583.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80MzczNDA5NQ==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[20210111002821725.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210111002821725.png
[20210111002808149.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/20210111002808149.png
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