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一、IP 协议格式 二、认识 IP 地址
2.1 概念
2.2 作用
2.3 格式
2.4 组成 2.5 分类
2.6 特殊的IP地址
2.7 子网掩码
2.7.1 格式
2.7.2 作用
2.7.3 计算方式
三、NAT 机制 一、IP 协议格式 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。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。 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。 选项字段不定长最多40字节不做介绍 二、认识 IP 地址
2.1 概念 IP 地址 Internet Protocol Address 是指互联网协议地址又译为网际协议地址。 2.2 作用 IP 地址是 IP 协议提供的一种统一的地址格式它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址以此来屏蔽物理地址的差异。 2.3 格式 IP 地址是一个 32 位的二进制数通常被分割为 4 个 “8 位二进制数 ” 也就是 4 个字节如 01100100.00000100.00000101.00000110 。 通常用 “ 点分十进制 ” 的方式来表示即 a.b.c.d 的形式 a,b,c,d 都是 0~255 之间的十进制整数。如100.4.5.6。 IP协议有两个版本IPv4和IPv6。IPv4数量2^32大约43亿左右而TCP/IP协议规定每个主机都需要有一个IP地址。对于全世界计算机来说这个数量是不够的所以后来推出了IPv6长度128位是IPv4的4倍。但因为目 前IPv4还广泛的使用且可以使用其他技术来解决IP地址不足的问题所以IPv6也就没有普及。
2.4 组成 IP 地址分为两个部分网络号和主机号 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 通过合理设置网络号和主机号就可以保证在相互连接的网络中每台主机的 IP 地址都是唯一的。 那么如何划分网络号和主机号呢 2.5 分类 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 2.6 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 本机环回主要用于本机到本机的网络通信系统内部为了性能不会走网络的方式传输对于开发网络通信的程序即网络编程而言常见的开发方式都是本机到本机的网络通信 在上述的分类中存在IP地址浪费的问题
单位一般会申请B类网络C类连接主机数量有限但实际网络架设时连接的主机数量又常远小于65534B类连接主机数造成IP地址浪费同理A类网络的IP地址也会造成大量的浪费。当一个单位申请了一个网络号。他想将该网络能表示的IP地址再分给它下属的几个小单位时如果在申请新的网络就会造成浪费。 为了解决以上问题引入子网掩码来进行子网划分。 2.7 子网掩码
2.7.1 格式 子网掩码格式和 IP 地址一样也是一个 32 位的二进制数。其中左边是网络位用二进制数字 “1” 表示 1 的数目等于网络位的长度右边是主机位用二进制数字“0” 表示 0 的数目等于主机位的长度。 子网掩码也可以使用二进制所有高位1相加的数值来表示。 2.7.2 作用 划分ABC三类 IP 地址子网 如一个 B 类 IP 地址 191.100.0.0 按 A ~ E 类分类来说网络号二进制数为 16 位网络号 16位主机号。 假设使用子网掩码 255.255.128.0 即 17 来划分子网意味着划分子网后高 17 位都是网络位 / 网络 号也就是将原来 16 位主机号划分为 1 位子网号 15 位主机号。 此时 IP 地址组成为网络号 子网号 主机号网络号和子网号统一为网络标识划分子网后的网络号 / 网段 网络通信时子网掩码结合IP地址可以计算获得网络号划分子网后的网络号及主机号划分子网后的主机号。一般用于判断目的IP与本IP是否为同一个网段。 对于网络通信来说发送数据报时目的主机与发送端主机是否在同一个网段流程是不一样的。 2.7.3 计算方式
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。 将子网掩码二进制按位取反再与 IP 地址位与计算得到的就是主机号。 示例 关于IP协议还有一个重要功能——路由选择(数据报在IP协议下如何传输)
路由器转发的过程类似于问路的过程每个路由器内部都有一个数据结构——路由表。数据报到达路由器就查询路由表。若查到就直接按照这个方向转发。否则路由器给一个默认的方向沿着默认方向走。
三、NAT 机制 IPv4 协议中 IP 地址数量不充足那么如何解决这个问题呢 NAT 技术当前解决 IP 地址不够用的主要手段是路由器的一个重要功能 NAT能够将私有IP对外通信时转为全局IP也就是就是一种将私有IP和全局IP相互转化的技术方法很多学校家庭公司内部采用每个终端设置私有IP而在路由器或必要的服务器上设置全局IP全局IP要求唯一但是私有IP不需要在不同的局域网中出现相同的私有IP是完全不影响的 NAT路由器将源地址从10.0.0.10替换成全局的IP 202.244.174.37NAT路由器收到外部的数据时又会把目标IP从202.244.174.37替换回10.0.0.10在NAT路由器内部有一张自动生成的用于地址转换的表当 10.0.0.10 第一次向 163.221.120.9 发送数据时就会生成表中的映射关系 NAPT 工作过程 那么问题来了如果局域网内有多个主机都访问同一个外网服务器那么对于服务器返回的数据中目的IP 都是相同的。那么 NAT 路由器如何判定将这个数据包转发给哪个局域网的主机 这时候NAPT来解决这个问题了使用IPport来建立这个关联关系 这种关联关系也是由 NAT 路由器自动维护的。例如在 TCP 的情况下建立连接时就会生成这个表项在断开连接后就会删除这个表项。 NAT 技术的缺陷 无法从NAT外部向内部服务器建立连接转换表的生成和销毁都需要额外开销通信过程中一旦NAT设备异常所有的TCP连接都会断开 好啦今天的分享就到这里。 希望各位看官读完文章后能够有所提升 创作不易还希望各位大佬支持一下 ✈️✈️✈️点赞你的认可是我创作的动力 ⭐⭐⭐收藏你的青睐是我努力的方向 ✏️✏️✏️评论你的意见是我进步的财富
