网络层最重要的协议—IP协议

叁歲伎倆 2024-03-22 13:27 59阅读 0赞

#### 网络层最重要的协议—IP协议 ####

*  IP协议格式
 *  解决IP地址不够用问题的三种方法
 *   *   *  方法一: 动态分配IP地址
         *  方法二: NAT网络地址转换
         *  方法三: IPv6(根本上解决IP不够用的问题)
         *  小结：
 *  IP协议之地址管理
 *   *  主机号/网络号
     *  子网掩码
     *  特殊IP

## IP协议格式 ##

![在这里插入图片描述][8e099736444b489cbc97b6edccf36f8c.png_pic_center]

*  **4位版本**：此处取4或6
 *  **4位首部长度**：描述IP报头的长度。**（单位也是4字节）**
 *  **16位总长度**：描述一个IP数据报的总长度（报头+载荷）
 *  **16位标识**：同一个数据拆成的多个包，标识相同
 *  **3位标志**：是结束标志
 *  **13位片偏移**：标识了拆分后多个包的先后顺序

> 16位标识，3位标志，13位片偏移，这几个字段都是为辅助拆包、组包提供的。

*  **8位生存时间**(TTL): 一个数据报在网络上能够传输的最大时间，**这个时间的单位不是秒，而是次数**。

> 一个数据报构造出来，会有一个初始的TTL数值，比如32或者64，或者128，这个数据报每次经过一个路由器转发，TTL减一。如果一直减到零了，还没有到达目标，此时就认为这个包可以丢弃。

*  **8位协议**：描述当前载荷部分内容是属于哪个协议的。（TCP/UDP）
 *  **16位首部校验和**：此处只需要针对首部进行校验，载荷部分(TCP/UDP数据报)，自身已经有校验和了。

> **注意**：此处如果校验和不一致，直接丢弃IP协议，不负责重传。如果上层使用TCP协议，TCP会在没收到ACK之后就重传。

*  **32位源IP地址/32位目的IP地址：是IP协议中最重要的部分。**

> 使用三个点 **.** 把32位四个字节的数字给分割开。分成四个部分，每个部分分别使用0-255十进制整数表示。例如172.18.33.76

> **问题一**：**16位总长度是否意味着一个IP数据报最大只能支持64KB？**  
> **答案**：**是否定的，一个IP数据报携带的数据载荷太长如果超过了64KB，就会在网络层针对数据进行拆分，把一个数据拆成多个IP数据报再分别发送给接收方，再重新拼装。**
> 
> 具体实现过程(以下是针对数据报超过64KB的操作)：  
> **发送方**:把数据交给**传输层**（封装)，传输层交给网络层(封装)，**网络层**就把这个数据**拆包**，比如拆成两份，这两份再交给**数据链路层**，由以太网封装成两个数据帧。  
> **接收方**:数据链路层，针对两个数据帧进行分用，得到两个IP数据报，交给网络层，**网络层**针对这俩IP数据报进行解析，把里面的载荷拼成一个再交给传输层

## 解决IP地址不够用问题的三种方法 ##

#### 方法一: 动态分配IP地址 ####

>  *  **这个方法没有从根本上增加IP地址，只是提高了利用率，治标不治本**。

#### 方法二: NAT网络地址转换 ####

*  **本质上是使用一个IP，代表一批设备**。**也能够大大提高IP地址的利用率。使用端口号区分。**

> 在NAT背景下，就把IP地址分成两个大类:
> 
>  *  内网IP/私网IP : 10.\* , 172.16.\* -172.31.\* ,192.168.\*
>  *  外网IP/公网IP : 剩下的是公网IP  
>     **NAT要求公网IP必须是唯一的，私网IP可以在不同的局域网中重复出现。**

**注意**：  
如果某个私网里的设备想访问公网的设备，就需要对应的NAT设备(路由器),把IP地址进行映射，从而完成网络访问。  
反之，公网的设备无法直接访问私网的设备，不同局域网里的私网设备没法直接相互访问。

#### 方法三: IPv6(根本上解决IP不够用的问题) ####

>  *  **使用16字节表示IP地址**

#### 小结： ####

**实际上，世界上仍然是以NAT+IPv4+动态分配来进行网络组建的，真正使用IPv6的地方非常少。**

## IP协议之地址管理 ##

**IP协议地址管理，把一个IP地址分成两个部分，一个叫做网络号，一个叫做主机号。**

### 主机号/网络号 ###

*  **主机号**: 标识主机，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。
 *  **网络号**：标识网段，保证相互连接的两个网段具有不同的标识，也就是局域网

### 子网掩码 ###

**作用：用来给一个IP地址划分网络号和主机号**

*  子网掩码中1的部分就描述了IP有多少位是网络号。

### 特殊IP ###

*  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。
 *  127.\*的IP地址用于本机环回（loop back）测试,通常是127.0.0.1（测试程序是否能正常工作）

[8e099736444b489cbc97b6edccf36f8c.png_pic_center]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/03/22/c0deee282954433f834eee6fffaac06d.png