网络层&&IP协议的基本原理数据链路层&&ARP协议域名解析以及一些重要技术

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_54549527/article/details/131945114

本文详细介绍了网络层的关键概念，包括IP协议的头格式、分片原理、网络地址划分以及DHCP和CIDR技术。同时，讨论了数据链路层的以太网帧格式、MTU对IP、UDP、TCP协议的影响，以及ARP协议的工作过程。此外，还涵盖了DNS域名解析和NAT技术，以及ICMP协议的作用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1 网络层

网络层作用：在复杂的网络环境中确定一个合适的路径。

tcp/ip协议，tcp解决可靠性与效率，ip提供在网络中传输的能力。

传输层决定了单次向下交付数据包的大小。

IP协议

IP（Internet Protocol）协议是一种网络层协议，用于在互联网上进行数据传输。它定义了数据如何在网络中进行分组、寻址和路由。IP协议是互联网的核心协议之一，它为互联网上的每个设备分配一个唯一的IP地址，以便进行数据交换。

主机: 配有IP地址, 但是一般不进行路由控制的设备

路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制

节点: 主机和路由器的统称

协议头格式

封装和解包：定长报头+自描述字段

如何交付(分用)：报头的8位协议：udp or tcp

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): 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MTU, IP模块就会丢弃报文.(比如配合管理工作做MTU的大小探索时)

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, 其他是0. 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 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IP地址和32位目标IP地址: 表示发送端和接收端.

选项字段(不定长, 最多40字节): 略

链路层由于物理特征的原因，一般无法转发太大的数据，链路层有一次可以转发到网络的报文大小的限制（默认1500字节，MTU，最大传输单元）。

分片：将一个比较大的ip报文，拆分成为多个小的，满足条件的报文。分片的行为是网络层做的，同样组装的行为也必须由对方的网络层做。

为什么要组装？

对方给自己的网络层是一个完整的TCP报文，接收方，在网络层向上交付也必须是一个完整的报文。协议的一致性，也减少了协议编写和维护的成本。IP分片和组装的行为TCP是不知道也不关心的。

分片是如何做到的？

在网络层中，分片是通过IP协议来实现的。IP协议定义了将数据包分割成较小的片段并在网络上进行传输的机制。以下是分片的工作过程：

数据包分割：发送端将较大的数据包分割成较小的片段，每个片段称为分片。每个分片都包含IP头部和一部分数据。

分片标识：每个分片都被赋予一个唯一的标识号，以便接收端能够将它们重新组装成原始的数据包。这个标识号存储在IP头部的标识字段中。

分片偏移：每个分片还包含一个分片偏移字段，指示该分片在原始数据包中的位置。这个偏移值用于确定分片的顺序以及它们在重新组装时的位置。

分片大小：每个分片都有一个最大长度限制，这是由网络的最大传输单元（MTU）决定的。如果数据包的大小超过了MTU的限制，就需要进行分片。

分片传输：分片被单独发送到目的地，通过网络传输。每个分片都独立地经过路由器和其他网络设备，可能会采取不同的路径到达目的地。

分片重组：接收端收到分片后，根据IP头部的标识号和分片偏移字段，将它们重新组装成原始的数据包。接收端使用这些信息确定分片的顺序和位置，以正确地重建原始数据包。

需要注意的是，由于网络的不可靠性，分片的丢失或延迟可能会导致数据包无法正确重组。因此，网络层的分片机制需要依赖上层的传输层协议（如TCP）来确保数据的可靠传输。