兰州市建设厅官方网站,做网站用的编程工具,做商品网站数据库有哪些,东莞证券手机app下载安装目录 IP 协议的相关特性 一、IP协议的特性 二、 IP协议数据报格式 三、 IP协议的主要功能 1. 地址管理 动态分配 IP地址 NAT机制 NAT背景下的通信 IPV6 2. 路由控制 3.IP报文的分片与重组 数据链路层相关知识 1、以太网协议#xff08;Ethernet#xff09; 2.M… 目录 IP 协议的相关特性 一、IP协议的特性 二、 IP协议数据报格式 三、 IP协议的主要功能 1. 地址管理 动态分配 IP地址 NAT机制 NAT背景下的通信 IPV6 2. 路由控制 3.IP报文的分片与重组 数据链路层相关知识 1、以太网协议Ethernet 2.MTU MTU对IP协议的影响 MTU对UDP协议的影响 MTU对于TCP协议的影响 3. ARP协议 ARP协议的作用 ARP协议的工作流程编辑 总结 数据链路层 网络层 传输层 应用层 IP 协议的相关特性
一、IP协议的特性 IPInternet Protocol协议是互联网中使用的网络协议之一它的特性包括 无连接性IP协议是一种无连接协议每个数据包都是独立发送和处理的。因此每个数据包都需要包含完整的源和目的地址信息以便被正确路由到目的地。不可靠性IP协议不提供任何可靠性保证数据包在传输过程中可能会在网络拥塞、链路故障等情况下丢失或重复需要应用层自行处理数据的可靠性。分组交换IP协议使用分组交换技术将数据分成若干个固定大小的数据包进行传输每个数据包都有其独立的路由路径和传输时间。网络层协议IP协议在OSI模型中属于网络层主要负责数据包的寻址和路由选择。IPv4和IPv6IP协议有两个版本IPv4和IPv6其中IPv4是现有网络中广泛使用的版本而IPv6则是一种新的IP协议版本主要为了解决IPv4枯竭的地址问题。头部格式IP协议的数据包头部包括源地址、目的地址、协议类型、TTL等信息具体数据包头部格式不同于IPv4和IPv6版本的不同而有所区别。 二、 IP协议数据报格式 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 lengthIP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 Service3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 lengthIP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MTUIP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。8位生存时间Time To LiveTTL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。 三、 IP协议的主要功能 1 寻址和路由 2 传递服务 3 数据报分片和重组 1. 地址管理 IP地址本质是一个32位的整数 , 通常会把这32位的整数,转换成点分十进制的表示方式 每个部分取值范围 0-255 例如 127.0.0.1 那么32位整数能表示多少不同的地址呢 经过计算是42亿9千万 然而在如今肯定是不够用的 便有了一下解决方案 动态分配 IP地址
也就是设备上网才分配IP地址,不上网就不分配
并没有增加IP数量,只能一定程度缓解,不能彻底解决问题.
NAT机制
就是把所有的IP地址分为两大类 内网IP: 10.* 172.16.*---172.31.* 192.168.* 外网IP: 剩下的IP 注意:外网IP必须是唯一的内网IP则可以重复出现 NAT背景下的通信 外网设备 -外网设备,不需要任何 NAT,直接就能通信 内网设备 - 其他内网设备, 不允许!! 外网设备 -内网设备,不允许!! 内网设备 -外网设备,对应的内网设备的路由器,触发NAT 机制进行 IP 替换,此时就会给这个网络数据报的源IP替换成路由器自己的 ip IPV6 IPv6Internet Protocol version 6是IP协议的一种新版本也是互联网中的下一代IP协议。IPv6的主要特点和优势包括以下几点 1.地址空间更大IPv6地址长度为128位比IPv4的32位要大四倍因此IPv6可以提供更多的地址空间以支持未来互联网中更多的设备和用户。 2.更好的安全性IPv6引入了IPSec协议提供了强大的主机间加密和认证机制能够有效防止网络攻击和欺骗。 3. 自动化配置IPv6协议自带地址自动配置机制如SLAAC可以大大简化管理员配置网络地址的工作同时也可以避免地址冲突的问题。 4. QoS和流量控制支持IPv6支持基于流的服务质量QoS和流量控制以提高网络传输效率和可靠性。 5.更好的移动性支持IPv6支持移动IPMIPv6协议可以在网络中实现设备的无缝漫游支持设备在不同网络环境中快速切换从而提高网络可用性。 6. 应用广泛IPv6已经被广泛应用于各种网络设备和应用如智能家居、物联网、移动通讯、云计算等领域。 2. 路由控制
路由控制Routing是指将分组数据发送到最终目标地址的功能。即使网络非常复杂也可以通过路由控制确定到达目标地址的通路。一旦这个路由控制的运行出现异常分组数据极有可能“迷失”无法到达目标地址。因此一个数据包之所以能够成功地到达最终的目标地址全靠路由控制。
发送数据包时所使用的地址是网络层的地址即IP地址。然而仅仅有IP地址还不足以实现将数据包发送到对端目标地址在数据发送过程中还需要类似于“指明路由器或主机”的信息以便真正发往目标地址。保存这种信息的就是路由控制表Routing Table。实现IP通信的主机和路由器都必须持有一张这样的表。它们也正是在这个表格的基础上才得以进行数据包发送的。
该路由控制表的形成方式有两种一种是管理员手动设置另一种是路由器与其他路由器相互交换信息时自动刷新。前者也叫静态路由控制而后者叫做动态路由控制。为了让动态路由及时刷新路由表在网络上互连的路由器之间必须设置好路由协议保证正常读取路由控制信息。 3.IP报文的分片与重组
下图展示了网络传输过程中进行分片处理的一个例子。由于以太网的默认MTU是1500字节因此4342字节的IP数据报无法在一个帧当中发送完成。这时路由器将此IP数据报划分成了3个分片进行发送。而这种分片处理只要路由器认为有必要会周而复始地进行分片以8个字节的倍数为单位进行。经过分片之后的IP数据报在被重组的时候只能由目标主机进行。路由器虽然做分片但不会进行重组。
这样的处理是由诸多方面的因素造成的。例如现实当中无法保证IP数据报是否经由同一个路径传送。因此途中即使等待片刻数据包也有可能无法到达目的地。此外拆分之后的每个分片也有可能会在途中丢失在目标主机上进行分片的重组时可能有一部分包会延迟到达。因此一般会从第一个数据报的分片到达的那一刻起等待约30秒再进行处理。 。即使在途中某一处被重新组装但如果下一站再经过其他路由时还会面临被分片的可能。这会给路由器带来多余的负担也会降低网络传送效率。出于这些原因在终结点目标主机端重组分片了的IP数据报成为现行的规范
数据链路层相关知识
1、以太网协议Ethernet 以太网是一种计算机局域网技术。IEEE组织的IEEE 802.3标准制定了以太网的技术标准它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。以太网是目前应用最普遍的局域网技术取代了其他局域网技术如令牌环、FDDI和ARCNET。 CSMA/CDCarrier Sense Multiple Access with Collision Detection载波侦听多路访问/冲突检测协议早期主要是以太网络中数据传输方式广泛应用于以太网中主要应用于有限局域网。 无线局域网由于没有实际的物理信道无法进行正常的冲突检测于是无线局域网主要采用CSMA/CA的带冲突避免的载波监听多路访问控制技术。 以太网帧格式 源地址和目的地址是指网卡的硬件地址也叫MAC地址长度是48位是在网卡出厂时固化的帧协议类型字段有三种值分别对应IP、ARP、RARP帧末尾是CRC校验码 2.MTU MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制。这个限制是不同的数据链路对应的物理层产生的限制 以太网帧中的数据长度规定最小46字节最大1500字节ARP数据包的长度不够46字节要在后面补填充位最大值1500称为以太网的最大传输单元MTU不同的网络类型有不同的MTU如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上数据包长度大于拨号链路的MTU了则需要对数据包进行分片fragmentation不同的数据链路层标准的MTU是不同的 MTU对IP协议的影响 由于数据链路层MTU的限制对于较大的IP数据包要进行分包。 将较大的IP包分成多个小包并给每个小包打上标签每个小包IP协议头的 16位标识id 都是相同的每个小包的IP协议头的3位标志字段中第2位置为0表示允许分片第3位来表示结束标记当前是否是最后一个小包是的话置为1否则置为0到达对端时再将这些小包会按顺序重组拼装到一起返回给传输层一旦这些小包中任意一个小包丢失接收端的重组就会失败。但是IP层不会负责重新传输数据 MTU对UDP协议的影响 一旦UDP携带的数据超过14721500 - 20IP首部 - 8UDP首部那么就会在网络层分成多个IP数据报。这多个IP数据报有任意一个丢失都会引起接收端网络层重组失败。那么这就意味着如果UDP数据报在网络层被分片整个数据被丢失的概率就大大增加了 MTU对于TCP协议的影响 TCP的一个数据报也不能无限大还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度称为MSSMax Segment SizeTCP在建立连接的过程中通信双方会进行MSS协商。最理想的情况下MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU。双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值。然后双方得知对方的MSS值之后选择较小的作为最终MSS。MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中kind2 3. ARP协议
虽然我们在这里介绍ARP协议但是需要强调ARP不是一个单纯的数据链路层的协议而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议
ARP协议的作用 在网络通讯时源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号却不知道目的主机的硬件地址数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符则直接丢弃因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址 ARP协议的工作流程 源主机发出ARP请求询问“IP地址是192.168.0.1的主机的硬件地址是多少”并将这个请求广播到本地网段以太网帧首部的硬件地址填FF:FF:FF:FF:FF:FF表示广播目的主机接收到广播的ARP请求发现其中的IP地址与本机相符则发送一个ARP应答数据包给源主机将自己的硬件地址填写在应答包中每台主机都维护一个ARP缓存表可以用arp -a命令查看。缓存表中的表项有过期时间一般为20分钟如果20分钟内没有再次使用某个表项则该表项失效下次还要发ARP请求来获得目的主机的硬件地址 总结
数据链路层 数据链路层的作用两个设备同一种数据链路节点之间进行传递数据以太网是一种技术标准既包含了数据链路层的内容也包含了一些物理层的内容。例如规定了网络拓扑结构访问控制方式传输速率等以太网帧格式理解mac地址理解arp协议理解MTU 网络层 网络层的作用在复杂的网络环境中确定一个合适的路径。理解IP地址理解IP地址和MAC地址的区别。理解IP协议格式。了解网段划分方法理解如何解决IP数目不足的问题掌握网段划分的两种方案。理解私有IP和公网IP理解网络层的IP地址路由过程。理解一个数据包如何跨越网段到达最终目的地。理解IP数据包分包的原因。了解NAT设备的工作原理。 传输层 传输层的作用负责数据能够从发送端传输接收端。理解端口号的概念。认识UDP协议了解UDP协议的特点。认识TCP协议理解TCP协议的可靠性。理解TCP协议的状态转化。掌握TCP的连接管理确认应答超时重传滑动窗口流量控制拥塞控制延迟应答捎带应答特性。理解TCP面向字节流理解粘包问题和解决方案。能够基于UDP实现可靠传输。理解MTU对UDP/TCP的影响。 应用层 应用层的作用满足我们日常需求的网络程序都是在应用层能够根据自己的需求设计应用层协议。了解HTTP协议。理解DNS的原理和工作流程
