IP协议

最新推荐文章于 2025-05-22 09:15:00 发布

原创最新推荐文章于 2025-05-22 09:15:00 发布 · 212 阅读

0 ·

CC 4.0 BY-SA版权

Linux 专栏收录该内容

9 篇文章

订阅专栏

IP协议

提供一种能力，从A主机将数据跨网络送至B主机的能力。

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，只能进行路由控制。

节点：主机和路由器的统称。

IP地址：网络号+主机号

IP报文在路由时，以IP协议所在的目标地址路由。

IP协议段格式：

IP协议解释：

4位版本号：指IP协议的版本，对于IPV4来说，就是4（IPV6占128个bit位）。
4位首部长度：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头部的最大长度是60字节。
8位服务类型： 3位优先权字段（已经弃用），4位TOS字段（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，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），一位保留字段（必须置为0）。
16位总长度：IP数据报整体占多少个字节。
16位标识（id）：唯一的表示主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每一片的这个id都是相同的。
3位标志字段：第一位保留，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，其他为0。类似一个结束标记。
13位分片偏移：分片相对于原始IP报文开始处的偏移。实际偏移的字节数是这个值*8得到的。除最后一个报文之外，其他报文的长度必须是8的整数倍（否则报文不连续）。
8位生存时间（TTL）:数据报到达目的地的最大报文跳数，一般是64.每经过一个路由,TTL-=1，一直减到0还没到达，丢弃；这个字段主要是防止路由循环。
8位协议：上层协议类型。
16位首部校验和：使用CRC进行校验，来鉴别头部是否损坏。
32位源IP地址和目的IP地址：表示发送端和接收端。

分片组装：（一般不建议分片，若出现分片数据丢失，则需要上层重传数据。）

保证将所有的分片先放在一起（16位标识）
根据13位片偏移，计算偏移量，实现拼接
根据更多分片标志位，查看是否是最后一个分片。

网段划分

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

如何管理子网中的IP？

有一种技术叫做DHCP，能够自动给子网内增加的主机节点分配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成一个DHCP服务器

CIDR

划分网络号和主机号。

引入一个额外的子网掩码来区分网络号和主机号；
子网掩码是一个32位的正整数。前半部分全“1”后半部分全“0”；
将IP地址和子网掩码进行“按位与”操作，得到的就是网络号；

划分子网的例子：


IP地址	140.252.20.68	8C FC 14 44
子网掩码	255.255..255.240	FF FF FF F0
网络号	140.252.20.64	8C FC 14 40
子网掩码地址范围	140.252.20.64-140.252.20.79

特殊的IP地址

主机地址全为0，成了网络号，代表局域网。
主机地址全为1，成了广播地址，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地址用于本机环回测试，通常是127.0.0.1

解决IP地址不够用问题

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:用路由器的WAN口IP替换源IP地址
IPV6

私有IP地址和公网地址

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，理论上使用任意的地址都可以，但是RFC1918规定了组建局域网的私有IP地址。

私有IP不能出现在公网上，只在局域网中出现。

私有IP有可能会重复（解决内存地址不够用问题），公网IP不会重复。

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1048,576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，其他则成为公网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）。

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。

子网中的主机要与外网通信时，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，最终数据包的IP地址成为一个公网IP，这种技术成为NAT技术（网络地址转换）。

路由

在复杂的网络结构，找出一条通往终点（目的IP的目的网络）的路线。

举一个例子：你刚考上大学，要来所考上的大学报到，怎么到这个大学报道呢？“问路”解决。一种情况是：你问一个大爷他说不知道你要去的地方在哪，但是他知道旁边的大妈知道；还有一种情况是，大爷知道，但是你无法直接到那个地方，必须先到哪，再到哪，最后才能到目的地；最后一种情况是那个大爷就是你所要去的地方的门卫（你已经到达目的地）。

路由的过程，就是这样一跳一跳“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。

路由选择的三种结果：