计算机网络note_IP协议

最新推荐文章于 2024-11-03 17:35:03 发布

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分类专栏： # 计算机网络文章标签：网络协议

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1、IP协议在网络层中的位置

2、IP数据报的格式

IP协议版本号：4bit；

IPv4网络这个值是0100；

头部长度：4bit，以4字节为单位；

没有option时是20个字节所以一般为20/4=5=0x101；

type of service服务类型：8bit，有优先权、低延迟、高吞吐量、高可靠位；

在实际中已经不用了，因为大家都想把自己优先级设最高、最低延迟、高吞吐量、高可靠嘛；

length：整个IP数据报的长度（报头+数据区），以字节为单位；
16位标识、flags、fragment offset：分片/重组使用，后面介绍；
TTL：每经过一个路由器，减1；
upper layer：IP协议可以承载各种上层协议；

Internet checksum：头部的校验和；（校验方式同UDP）
32位源IP；32位目标IP；

2.1、IP分片和重组（fragment&reassembly）

网络中，不同的链路有MTU（最大传输单元）之分；

大的IP数据报如果通过另一种链路来转发，就要分成若干小的IP数据报，最后在目标主机处进行重组；

具有相同的16bit ID；
不同的偏移量，以8字节为单位；
最后一个分片标记为0，代表分片的总数；

一个具体的分组例子：如何将一个4000字节的IP数据报转成 3个1500字节的IP数据报；

3、IP地址

3.1、什么是IP地址？

IP地址：32位，对主机或路由器的接口编址；

路由器通常有多个接口；
主机通常一个接口，也可能有多个接口；

3.2、什么是子网（Subnets）？

IP地址高位部分相同，低位不同，这些节点构成的网络叫做子网；

在子网内部，无需路由器介入，各主机可一跳到达；

3.3、IP地址的分类

3.4、内网专用IP地址

只在局部网络中有意义，以区分不同的设备；

专用地址不会被当做公用地址，因此路由器不会对目标地址是专用地址的分组进行转发；

专用地址范围

class A：10.0.0.0~10.255.255.255，mask 255.0.0.0

class B：172.16.0.0~172.31.255.255，mask 255.255.0.0

class C：192.168.0.0~192.168.255.255，mask 255.255.255.0

3.5、如何获得一个IP地址？

上网要配置4个信息，IP地址、子网掩码、默认网关、DNS服务器；

由系统管理员分配；
使用DHCP，从DHCP服务器中动态获取IP地址；

可以看到启动了DHCP，DHCP的服务器地址和默认网关的地址是一样的，也就是说我连接的路由设备兼具了默认网关和DHCP的功能；

DHCP给我分配了IP地址，时限是2小时；

3.6、DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol）

3.6.1、DHCP提供的服务：

让加入网络的主机拥有一个IP地址；
动态IP是有限时的，可以更新限时；
重启时，允许重新使用以前的IP；
支持移动用户加入到网络（短期在网）

3.6.2、DHCP是如何工作的？

主机：广播 “DHCP discover” 报文；
DHCP服务器：“DHCP offer” 响应报文；
主机：请求IP地址，发送“DHCP request”报文；
DHCP服务器：回复“DHCP ack”报文；

4、路由转发

4.1、IP编址：CIDR（Classless InterDomain Routing）无类域间路由

子网部分可以在任意位置
地址格式：a.b.c.d/x，x是子网号的长度；

4.2、转发表和转发算法

首先，获取IP数据报中目标IP地址；

然后，将目标IP地址&子网掩码，与第一列网络号匹配，从最后一列Interface转发出去；

第一行：目标IP地址为202.38.73.00xx xxxx 与&子网掩码255.255.255.192，得到202.38.73.0；

第二行：目标IP地址为202.38.64.00xx xxxx 与&子网掩码255.255.255.192，得到202.38.64.0；

4.3、层次编址：路由聚集（route aggregation）

支持不完全的聚集，匹配最长子网掩码；

5、NAT（Network Address Translation）

5.1、什么是NAT？

本地网络只有一个IP地址，通过NAT技术可以让一个IP为局域网多设备使用；

NAT只有一个IP地址，但是端口号是16位（65536）的，用端口号来区分局域网内不同的主机；

5.2、实现：（NAT转换表，记录对应关系）

发送数据报：源地址→NAT的IP地址、源端口号→新端口号；
接收接收报：NAT的IP地址→源地址、新端口号→源端口号；

5.3、NAT 穿越问题

客户端如何主动访问NAT局域网内的服务器？

方案1：静态配置NAT

138.76.29.7，port 2500就对应着服务器10.0.0.1 port 2500；

方案2：Universal Plug and Play（UPnP）Internet Gateway Device（IGD）协议

在服务器部署之前，查询NAT路由器存在的端口映射，加一个新的端口来租用；

方案3：使用中继，客户端和服务器使用中继交换信息；

6、IPv6（128bit IP地址）

6.1、为什么有IPv6？

IPv4的32bit地址空间用完了；
提升QoS服务质量：不分片、去掉checksum、

6.2、IPv6数据报格式

固定的40字节头部；

传输过程中不允许分片，如果数据报过大返回ICMP信息给源主机；

ver：版本号，0110；
pri：优先级；
flow label：没有严格定义，标识哪些数据报在一个flow；（比如同一个IP发的数据报）
payload len：载荷数据长度，除了头部40字节之后的部分，图中就后面data的字节数；
next header：标识上层协议，或扩展头部；
hop limit：相当于原来的TTL；

6.3、IPv4到IPv6的过渡

使用隧道（Tunneling），在IPv4路由器之间传输携带IPv6数据报的IPv4;

参考链接：

IP数据报格式详解_believe209的博客-优快云博客_ip数据报的格式