网站建设关键词分类,闽侯福州网站建设,嘉兴互联网公司,网站发号源码2016引入IP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地址分片与组装如何分片与组装#xff1f; 引入 我们前面学习了传输层的相关知识#xff0c;难道真的就是直接传送吗#xff1f;当然不是#xff0c;那TCP究竟做了什么#xff1f;IP又扮演什么角… 引入IP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地址分片与组装如何分片与组装 引入 我们前面学习了传输层的相关知识难道真的就是直接传送吗当然不是那TCP究竟做了什么IP又扮演什么角色 IP层的核心工作: IP地址的作用定位主机的具有一个将数据报从A主机跨网络送到B主机的能力。 那么有能力就一定能做到吗比如一个同学数学非常好考了很多次的数学满分我们可以说他有考数学满分的能力有很大概率考满分但是他一定能做到吗 IP
IP将数据从A主机跨网络到B主机的能力 比如我们要从吐鲁番到北京去游玩我们没有从吐鲁番直达北京的能力那么我们就需要选择路径去一个一个转达最后到北京最终目的地就是北京。
路径选择中目标IP非常重要决定了我们的路径该如何走ip 目标网络目标主机比如我们去北京游玩肯定是要去北京某个具体的地方比如故宫、天安门广场等而北京可以理解成目标网络而北京故宫理解为目标主机为具体某一地方
先看一个生活案例 每个学生的学号都设计过的假如学号为学院号学生编号 正如上述互联网也是类似互联网中的每一台主机都要隶属于某一个子网。目的是为了方便定位这个主机这样查找的时候效率高(排除效率高)。这也就是子网划分的目的。 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)3位标志字段13位分片偏移(framegament offset)在目录的分片与组装会说明 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)略 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 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就比如你的学院新增一名学生那么他学号的学院号应该跟你一样而学生编号应该是不同于这个学院的所有学生
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
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(该图出自[TCP/IP]) A类 0.0.0.0到127.255.255.255 B类 128.0.0.0到191.255.255.255 C类 192.0.0.0到223.255.255.255 D类 224.0.0.0到239.255.255.255 E类 240.0.0.0到247.255.255.255
随着Internet的飞速发展这种划分方案的局限性很快显现出来大多数组织都申请B类网络地址导致B类地址很快就分配完了而A类却浪费了大量地址
例如申请了一个B类地址理论上一个子网内能允许6万5千多个主机A类地址的子网内的主机数更多然而实际网络架设中不会存在一个子网内有这么多的情况。因此大量的IP地址都被浪费掉了
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
划分子网例子
IP地址140.252.20.688C FC 14 44子网掩码255.255.255.0FF FF FF 00网络号140.252.20.08C FC 14 00子网地址范围140.252.20.0~140.252.20.255
IP地址140.252.20.688C FC 14 44子网掩码255.255.255.240FF FF FF F0网络号140.252.20.648C FC 14 40子网地址范围140.252.20.0~140.252.20.79 可见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
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(后面会重点介绍)IPv6IPv6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(企业路由器)172.16.到172.31.前12位是网络号共1,048,576个地址(企业路由器)192.168.*前16位是网络号共65,536个地址 (家用路由器) 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) 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) WAN口IP对外LAN口IP对内 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地址就可以重复了 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了 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) 如果希望我们自己实现的服务器程序能够在公网上被访问到就需要把程序部署在一台具有外网IP的服务器上这样的服务器可以在阿里云/腾讯云上进行购买
子网划分概念图具体划分是根据地区本图只是大致方向 分片与组装
数据链路层MAC帧协议自己的有效载荷不能超过1500字节(MTU可以修改的) 单个报文(IP报头IP报文的有效载荷)不要超过1500字节 – MAC帧的有效载荷
IP能决定单个报文的大小吗不能在网络中决定单个报文大小的是TCP它是传输控制协议 (IP分片与组装并不是主流情况)
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)
如何分片与组装
组装的问题
你怎么知道一个报文被分片了? 如果更多分片是1就证明该标识的报文分片了 如果更多分片是0并且 片偏移0 说明是分片否则不是!同一个报文的分片怎么被识别出来 16位标识哪一个是第一个哪一个是最后一个怎么判定收全或者丢失 当前的起始位置 自身长度 下一个报文中填充的偏移量大小哪个在前哪个在后如何正确的进行组装 只要按照片偏移进行升序排序即可怎么保证合起来的报文是正确的 TCP/IP有校验和
分片好吗 不好一个报文被拆成多个任意一个报文分片丢失就会造成组装失败。而TCP与MAC都不关心进行了分片也就导致如果出现丢失那么必然对端要将整个报文重传。
试着分片 如有错误或者不清楚的地方欢迎私信或者评论指出
