计算机网络（8） --- IP与IP协议

计算机网络（7） --- UDP协议和TCP协议_哈里沃克的博客-CSDN博客UDP协议和TCP协议https://blog.csdn.net/m0_63488627/article/details/132125374?spm=1001.2014.3001.5501

1.IP与IP协议

IP作用

协议编辑

2.网段划分

DHCP划分

CIDR划分

特殊的IP地址

IP地址的数量限制

3.私有IP地址和公网IP地址

4.路由

5.分片问题

1.分片理论

前提

协议

总结

缺点

2.分片操作

1.IP与IP协议

IP作用

1.网络层的作用就是将消息从A主机发送到B主机

2.IP协议有传输跨主机的能力，但是不是一定能跨主机。需要与传输层进行配合，再确认到路由器传输失败或者传输时间过长需要重新传输，进行策略性调整。

协议

1.4位版本：表示IP协议的种类，有IPv4和IPv6，常见的是IPv4

2.4位首部长度：与tcp协议一致，表示报头的大小

3.8位服务类型：发送的策略

4.16位总长度：表示整个报文的大小

5.8位生存时间：表示报文在路由中的有效时间，避免路由循环导致消息发送不到

6.8位协议：表示上层的报文类型是什么

2.网段划分

IP地址=网络号+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；

1.在同一内网中，网络号一致，但是主机号不一致

2.在不同的网中，网络号不一致，但主机号可以一致

那么只要网络号和主机号就能表示不同的主机，但是需要分配这样IP地址，因为32位不能分配所有的主机。

DHCP划分

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，因此该策略是不合适的。

CIDR划分

1.引入一个额外的子网掩码来区分网络号和主机号;

2.子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 "0" 来结尾

3.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;

4.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

5. 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

1.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;

2.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;

3.127.*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

我们说过：32位不能分配所有的主机，那么需要有策略解决该问题

1.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;

2.NAT技术

3.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

3.私有IP地址和公网IP地址

1.路由器是连接两个局域网的设备，所以为了区分则路由器有两个IP地址。

2.局域网的主机有对应的私有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

3.一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).

4.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

4.路由

1.数据由一个路由器传向另一个路由器的行为叫“一跳”

2.路由器存在一个路由表，表示在当前子网中，连接路由器的所有主机。并且路由器存在一个默认路由。

3.Linux下通过route指令就可以查看当前的路由表

Destination表示连接路由的子网IP地址

Gate表示下一跳去往的IP

Genmask表示该子网IP的掩码

Flags的UG表示当前的默认路由

Iface表示路由的接口，连接子网

4.发送信息的路径分三种情况：一是在子网内部能找到对应的IP地址；二是子网找不到，需要借助默认路由往公网跳；三是跳往指定的路由向公网传输

5.当一个主机向某个IP地址发送数据的步骤为：1.先遍历路由表，将当前得到的目的IP与表内遍历的掩码进行&运算，随后与Destination比较是否一致，如果网络号系统就是要找的主机；如果不是就需要通过默认路由向公网发送

5.分片问题

1.分片理论

前提

1.一个提前需知道的问题，网络层的数据只是用于IP找主机用的，但是真正在网线上传输的数据其实是下一次的MAC帧。

2.MAC帧的要求就是所有的数据都要小于1500MB，而MAC帧不允许进行分割数据；而TCP也不允许进行分割，因为它是面向字节流的，没有所谓的分割可言。那么自然就需要IP协议进行分割。IP协议有相关的数据进行记录。

协议

1.16位标识：表示分割，如果分割的报文是一样的，那么此刻的分片就是同一个报文分下来的

2.3位标志：第一位保留，无意义；第二位表示“禁止分片”，如果置为1并且超过1500字节，那么IP就会放弃发送该报文了；而第三位表示“更多分片”，如果是最后一片，则置为1，其他都是0

3.13位片偏移：表示当前的数据片是原本报文的哪个偏移

总结

1.区分一个数据片是否被切割过的依据就是看接收到的数据16位标识位是否一致

2.那么当3位标志的“更多分片”为1表示数据还没有接收完，为0表示到结尾了。那么最后的数据片只要看“更多分片”为0即可，而开始数据片“更多分片”为1，并且偏移为0。若想保证数据片没有遗漏，只需要检查数据片的“起始位置+数据片大小”是否等于下一个数据片的偏移量。

3.拆分的工作由网络层的IP协议进行，那么合成也是通过IP协议进行合成。

4.为了保证报文中的数据是否有误，我们需要TCP协议和IP协议的校验和进行校验是否出现问题。

缺点

分数据片的情况是不常见的，因为其操作流程消耗时间。并且拆分出来的数据加大错误的概率。而只要丢失一个数据，tcp需要重新传一整个报文，因为tcp面向字节流，它不在意网络层的数据具体到哪一个点出现错误。

2.分片操作

大致情况如图