网络层简析_网络层负责切割数据包吗-优快云博客

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网络层

地址管理
路由选择：路径规划

IP报头

网络层的代表协议：IP

IPv4 协议（v4：版本号）

4位版本：只有4和6
4位首部长度：描述了IP报头多长（IP报头是变长的）。报头中有一个选项部分，是变长的，此处单位也是4字节。
8位服务类型（TOS）：实际只有4位有效，4位中只有1位可以是1，其他都是0。4位就表示IP协议的4种形态/工作模式。
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（字节数）：IP数据包的长度（报头 + 数据）
总长度 - 首部长度 = 数据长度（载荷长度），即一个完整的TCP/UDP数据报长度。
16位总长度是否表示一个IP数据报，最大只能支持64kb？
确实有这个限制，但是IP自身支持对包的拆分和组装。当IP数据报携带的数据太长了，就会在网络层对数据进行拆分，把一个数据拆分成多个IP数据报，在分别发送，接收方再拼装。

发送方：把100KB的数据，交给传输层（封装），传输层交给网络层（封装），网络层就把这个100KB的数据拆分。再交给数据链路层，由以太网分装成两个数据帧。
接收方：数据链路层，针对两个数据帧进行分用，得到两个IP数据报，交给网络层。网络层针对这些IP数据报进行解析，把里面的载荷拼成一个，交给传输层。

下面3个字段是辅助拆包 / 组包提供的

16位标识：同一个数据拆成多个包，该标识是一样的
3位标志：结束标志
13位片偏移：多个包的先后顺序。分片相对于原始IP报文开始处的偏移。
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：一个数据报在网络上能够传输的最大时间（跳数）。
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= 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。如果校验和不一致，直接丢弃，IP不负责重传。如果上层是TCP，TCP会在没收到ack后重传。
32位源地址和32位目标地址：表示发送端和接收端。我们使用点分十进制。32位数字只能表示42亿9千万个数字，表示全世界所有的上网设备。
选项字段：不定长，最多40字节。

IP地址

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；

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
主机号为1，比如192.168.0.1 一般为网关IP。

IP地址不够用的解决方案

为了解决IP地址不够用的问题，
1. 动态分配IP地址，没有从根本上增加IP地址，只是提高了利用率
2. NAT网络地址转换，本质是使用一个IP代表一批设备，提高IP地址的利用率，使用端口区分。NAT机制能够解决IP不够用，单让网络环境变得更复杂了
在NAT背景下，就把IP地址分成两个大类
- 内网IP：10.*； 172.16.* - 172.31.*； 192.168.*
- 外网IP：
3. IPv6：从根本上解决IP不够用问题。使用16字节表示IP地址，128位。 42亿 * 42亿 * 42亿 * 42亿

数据链路层

考虑相邻两个节点之间的传输。
相邻节点：通过网线/光纤/无线直接相连的两个设备。
数据链路层典型协议：以太网 （规定了数据链路层，也规定物理层的内容）
我们使用的网线，就叫做 ” 以太网线“ ，（遵循以太网协议的网线）

以太网帧格式

图

以太网数据帧 = 帧头 + 载荷（完整的IP数据报） + 帧尾
帧头包含：目的地址，源地址，类型。
（目的地址，源地址此处不是IP地址，是MAC地址）

MAC地址：也叫物理地址，和IP地址完全独立的另一套地址体系。每个设备都有唯一的mac地址，出厂设置好的。6字节。
IP地址是用来描述整个传输过程的起点和终点；
MAC则是用来描述两个相邻节点的起点和终点。

帧协议类型字段有三种值：IP、ARP、RARP

类型0800：普通的以太网数据帧，载荷部分就是一个完整的IP数据包。
类型0806：载荷部分是ARP报文。
类型8035：载荷部分是RARP报文。

ARP和RARP都是数据链路层中另外的协议。
ARP协议会在交换机/路由器里建立出一个表，这个表相当于一个hash表，能够建立出IP和mac之间的映射关系。

MTU是一个数据链路层的数据帧能够承载数据的最大长度。（载荷的长度）
载荷具体多长和使用的物理介质有很大关系，也和数据链路层使用的协议有很大关系.
比如使用以太网协议, MTU 就是1500 (字节) (和物理层有很大关系)
正是MTU，引起了IP这个协议来进行分包组包。IP的分包组包通常不是根据这个IP最大长度64kb分的。因为大概率情况下数据链路层的MTU都比64kb要小