沈阳高端网站制作,云县网站建设找那家,电脑上安装wordpress,西安网站建设哪家好网络层协议 IP协议基本概念协议头格式网段划分特殊的IP地址IP地址的数量限制私有IP地址和公网IP地址路由IP协议头格式后续 在复杂的网络环境中确定一个合适的路径 IP协议
承接上文#xff0c;TCP协议并不会直接将数据传递给对方#xff0c;而是交付给下一层协议#xff0c;… 网络层协议 IP协议基本概念协议头格式网段划分特殊的IP地址IP地址的数量限制私有IP地址和公网IP地址路由IP协议头格式后续 在复杂的网络环境中确定一个合适的路径 IP协议
承接上文TCP协议并不会直接将数据传递给对方而是交付给下一层协议那么TCP协议扮演了什么角色呢 先介绍IP地址的作用
定位主机具有将一个数据包跨网络可靠地传递给对方的能力
IP地址有这个能力但是并不一定能够做到有很大概率可以做到此时TCP协议就为此出谋划策IP去执行如此以来便能够做到
所以TCP扮演策略IP付出实际行动 路径选择中目的IP非常重要决定了路径该如何走 IP目标网络目标主机 怎么理解目标网络和目标主机呢
举个栗子 你打算去沈阳游玩沈阳就是目标网络游玩地点比如故宫故宫就是目标主机
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
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44位首部长度(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)3位标志13位片偏移后面详细介绍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)
协议最重要的两个问题 如何解包 IP协议有4位首部长度16位总长度解包轻松完成
如何分用交付 IP协议报头中的8位协议表示上层的协议类型分用也可轻松完成
网段划分
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
介绍网段划分之前先举个栗子 有一天你在校园里把自己的学生卡不小心给丢了结果被张三给捡到此时如果张三想要物归原主他有两种做法 第一种做法见到一个同学就问对方这张学生卡是不是对方的这种做法效率太低不可取 第二种做法在学校每个学生都有学号来标识自己学号被划分几部分学院专业班级人数恰好学生卡上也有你的学号张三并不知道你是什么学院的所以他只能将证件交给学院的学生会院学生会再将证件交到校学生会本学院的成员肯定是知道此证件是本院的学生最后将证件归还给你如此一来效率大大提高 校学生会是目标网络院学生会就是目标主机院学生会是目标网络学生就是目标主机
所以互联网中每一台主机都要隶属于某一个子网在子网中便可快速定位到每个主机
网段划分就是为了划分出每个子网未来方便定位主机 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
那么问题来了, 手动管理子网内的IP, 是一个相当麻烦的事情 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的不便一般的路由器都带有DHCP功能. 因此路由器也可以看做一个DHCP服务器
因为IP地址一共就43亿多所以为了提高利用率提出了划分方案, 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
举个栗子
IP地址140.250.25.68子网掩码255.255.255.240网络号140.250.25.68子网地址范围140.250.25.64~140.250.25.79
计算过程
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
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
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
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)
为了详细理解私有IP和共有IP先举个栗子 如果家里想要连网先要联系附近的运营商来装路由器路由器装好之后需要先设置账号和密码准备工作全部完成之后便可找到自家的IP账号输入密码联通网路家里面的各个设备连接网络之后也就组成了一个子网
结合上面的内容 一般在一个子网中管理子网中IP的设备通常是路由器 目标网络和子网掩码子网中的主机都会被路由器管理目标网络和子网掩码都是在路由器内部已经配置过的
路由器的作用分为三点
转发DHCP|组建局域网NAT 介绍一下数据路由的过程 假设从左侧主机192.168.201/24私网向122.77.241.3/24公网发送数据有了源IP和目的IP数据很快便可传递到目的主机中但是却存在一个问题公网和私网是不能同时出现的而且如果目的主机进行应答又该怎么办呢
路由器中存在两个IPLAN口对内WAN口对外 真实的路由过程如下
数据在经过路由器进行转发时目的IP不变源IP会自动转换为路由器的WAN口IP反过来亦是如此这个操作也称为NAT计数上图只是一小部分子网往上可以连接上城市省份国家和上面举的例子学生证丢失一样
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(通常都是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)
抽象的图解如下 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, 就是这样一跳一跳(Hop by Hop) “问路” 的过程 所谓 “一跳” 就是数据链路层中的一个区间. 具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间
举个栗子 假如你下了火车准备去学校这时你只能通过问路的方式得知学校的地址当你询问一个陌生人时会有三种答案不知道不知道但是告知你有人知道不知道但是知道到达学校过程中某一地点的地址
在网络的路由中只存在后面两种情况 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
那么如何判定当前这个数据包该发送到哪里呢? 这个就依靠每个节点内部维护一个路由表
destination:目标IPgateway:路由选择genmask:子网掩码flags:使用状态Iface:接口
路由的过程
遍历路由表目的IP路由表中的子网掩码-确定报文的目标网络对比结果是否和目标IP相等通过Iface接口发出报文
IP协议头格式后续
网络层的下一层数据链路层MAC帧协议规定有效载荷不能超过1500字节MTU)
网络层并不能决定单个报文的大小TCP决定单个报文的大小数据链路层有规定只能接收那么多网络层只能夹在中间提出解决方案
当IP报头IP有效载荷超过1500字节时 IP分片和组装自己的IP层进行分片对方的IP层进行组装
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)
报文分片简单组装是个大问题 如何得知报文被分片 3位标志中如果更多分片位1说明该标识的报文进行分片如果更多分片为0并且13位片偏移大于零也标识报文进行分片除此之外都没有分片
同一个报文的分片如何被识别出来 16位标识
每个分片的位置有没有收全或者丢失 更多分片为1片偏移为0是第一个分片更多分片为0片偏移大于零是最后一个分片当前的起始位置分片自身长度下一个报文中填充的分片的偏移量大小如果对不上就说明分片丢失
如何进行正确的组装 按照片偏移进行升序排序即可
如何保证组装的报文是正确的 TCP/IP存在校验和
分片这一操作并不妥善对于TCP/UDP/IP一个报文被拆分为多份任意一个分片丢失都会造成组装失败从而导致报文重新发送
