华为HCIA-Datacom学习笔记------网络层协议及IP编址------第三篇

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一、前言

IPv4 (Internet Protocol Version 4)协议族是TCP/IP协议族中最为核心的协议族。它工作在TCP/IP协议栈的网络层，该层与OSI参考模型的网络层相对应。网络层提供了无连接数据传输服务，即网络在发送数据报文时不需要先建立连接，每一个IP数据报文独立发送。在本篇中，将介绍IPv4地址的基本概念，介绍如何进行子网划分，并且会绍网络IP地址规划和IP地址的基本配置。

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二、网络层协议

网络层经常被称为IP层。但网络层协议并不只是IP协议，还包括ICMP (Internet Control Message Protocol)协议、IPX (Internet Packet Exchange)协议等。

●IP协议

IP是Internet Protocol的缩写。Internet Protocol本身是一个协议文件的名称, 该协议文件的内容非常少，主要是定义并阐述了IP报文的格式。
经常被提及的IP,一般不是特指Internet Protocol这个协议文件本身，而是泛指直接或间接与IP协议相关的任何内容。

IP协议有版本之分，分别是IPv4和IPv6。目前，Internet上的IP报文主要都是IPv4报文,但是逐步在向IPv6过渡。若无特别声明，本篇所提及的IP均指IPv4。
IPv4 (Internet Protocol Version 4)协议族是TCP/IP协议族中最为核心的协议族。它工作在TCP/IP协议栈的网络层，该层与OSI参考模型的网络层相对应。
IPv6 (Internet Protocol Version 6)是网络层协议的第二代标准协议，也被称为IPng (IP Next Generation) 。它是Internet工程任务组IETF (Internet Engineering Task Force) 设计的一套规范，是IPv4 (Internet Protocol Version 4)的升级版本。

●数据封装

应用数据需要经过TCP/IP每一层处理之后才能通过网络传输到目的端，每一层上都使用该层的协议数据单元PDU (Protocol Data Unit)彼此交换信息。不同层的PDU中包含有不同的信息，因此PDU在不同层被赋予了不同的名称。
如上层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为Segment (数据段) ;
数据段被传递给网络层，网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet (数据包) ;
数据包被传递到数据链路层，封装数据链路层报头得到的PDU被称为Frame (数据帧) ;
最后，帧被转换为比特,通过网络介质传输。
这种协议栈逐层向下传递数据，并添加报头和报尾的过程称为封装。
本篇我们主要讨论数据在网络层的封装，如果封装为IP协议,则被称为IP Packet (IP数据包) 。

●IPv4报文格式

●IP Packet (IP数据包) ，其包头主要内容如下:
Version: 4 bit, 4:示为IPv4; 6:示为IPv6。
Header Length: 4 bit, 首部长度，如果不带Option字段, 则为20,最长为60。
Type of Service: 8 bit, 服务类型。只有在有QoS差分服务要求时，这个字段才起作用。
Total Length: 16 bit, 总长度, 整个IP数据包的长度。
Identification: 16 bit,标识，分片重组时会用到该字段。
Flags: 3 bit, 标志位。
Fragment Offset: 12 bit， 片偏移，分片重组时会用到该字段。
Time to Live: 8 bit, 生存时间。
Protocol: 8 bit, 协议:下一层协议。指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个进程处理。
●常见值:
1: ICMP, Internet Control Message;
2: IGMP, Internet Group Management;
6: TCP ,Transmission Control Protocol;
17: UDP, User Datagram Protocol。
Header Checksum: 16 bit, 首部检验和。
Source IP Address: 32 bit, 源IP地址。
Destination IP Address: 32 bit, 目的IP地址。
Options: 可变,选项字段。
Padding: 可变,填充字段，全填0。

●数据包分片

将报文分割成多个片段的过程叫做分片。
网络中转发的IP报文的长度可以不同，但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度，则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。
Identification: 16 bit,发送主机赋予的标识，分片重组时会用到该字段。
Flags: 3 bit,标志位。
————保留段位: 0,保留。
————不分段位: 1,表示"不能分片"; 0,表示“能分片"。
————更多段位: 1,表示”后面还有分片"; 0,表示"最后一个数据片”。
Fragment Offset: 12 bit,片偏移,分片重组时会用到该字段。指出较长的分组在分片后,该片在原分组中的相对位置，与更多段位组合,帮助接收方组合分段的报文。

● 生存时间（Time to Live,TTL）

TTL字段设置了数据包可以经过的路由器数目。
一旦经过一个路由器，TTL值就会减1，当该字段值为0时，数据包将被丢弃。

Time to Live: 8 bit,生存时间。可经过的最多路由数，即数据包在网络中可通过的路由器数的最大值。
1.报文在网段间转发时，如果网络设备上的路由规划不合理,就可能会出现环路，导致报文在网络中无限循环,无法到