【计算机网络】TCP/IP协议栈—因特网层（网络层）

本文主要是介绍【计算机网络】TCP/IP协议栈—因特网层（网络层），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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TCP/IP协议栈—因特网层（网络层）

• 传输层负责建立主机之间进程与进程之间的连接，而网络层则负责数据从一台主机到另一台主机之间的传递
• 网络层的PDU被称为Packet（包）

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

IPv4报文格式

• Version—4位，声明IP协议版本（IPv4, Version=0100; IPv6, Version=0110）

• Header Length 写作5（实际数值为20）

• TOS（Type of Service）服务类型

• Total Length 总长度=头部长度+数据长度（TCP头部+用户数据），整个IP包的长度

• Identification，Flags，Fragment Offset这三个字段用于做分片，为碎片化服务

• TTL（Time to Live）生存周期

  • 限制IP数据包在计算机网络中的存在的时间，大小只占1个Byte，最大值为255
  • IPv4的这个区域记录一个整数(比如30)，表示在IP包接力过程中最多经过30个路由接力，如果超过30个路由接力，那么这个IP包就作废。IP包每经过一个路由器，路由器就给Time to Live减一。当一个路由器发现Time to Live为0时，就不再发送该IP包。
  • 不同设备的默认TTL值不同，Windows设备TTL=128，Unix设备TTL=255，Linux设备TTL=64，可通过ping主机看TTL值判断操作系统类型

• Protocol 协议

  • 标识IP包上一层（IP上面不一定是传输层）是什么协议，大小1Byte=8bit=256
  • TCP（6），UDP（17），ICMP（1）

• Header Checksum 头部校验和

• Source IP Address 源IP，原地址，固定的，不会随意改变

• Destination IP Address 目标IP，目标地址，固定的，不会随意改变

• Options

  • 在头部的最后，是options。每个options有32位，是选填性质的区域。一个IPv4头部可以完全没有options区域。不考虑options的话，整个IPv4头部有20 bytes(上面每行为4 bytes)。但由于有options的存在，整个头部的总长度是变动的。
  • 用IHL（Internet Header Length）来记录头部的总长度

IP地址

什么是IP地址

IP地址详解，结合起来看

• IP地址在网络中用于标识一个节点（或者网络设备接口）。
• IP地址用于IP报文在网络中寻址

• 一个IPv4地址有32bit
• IPv4地址通常采用“点分十进制”表示

• IPv4地址范围：0.0.0.0—255.255.255.255

IP地址构成

• 网络部分：用来标识一个网络
• 主机部分：用来区分一个网络内的不同主机
• 网络掩码：区分一个IP地址中的网络部分和主机部分

10.1/24代表有24个1

IP地址分类（有类编址）

• 为了方便IP地址的管理及组网，IP地址分为五类：

A类：网段类比较少，A类每个网段类的主机数量较多。
B类：比较均衡。
C类：网段较多，网段类的每个地址较少。

IP地址类型

• 我们通常把一个网络号所定义的网络范围称为一个网段

• 网络地址：用于标识一个网络

  • 例如：192.168.10.0/24
  • 

• 广播地址：用于向该网络中的所有主机发送数据的特殊地址

  • 192.168.10.255/24
  • 

• 可用地址：可分配给网络中的节点或网络设备接口的地址

  • 192.168.10.1/24
  • 

注意：
网络地址和广播地址不能直接被节点或网络设备所使用
一个网段可用地址数量为2ⁿ-2（n：主机部分比特位数）

IP地址计算

为什么要划分子网（VLSM）

• 一个B类地址（2¹⁶=65536个IP地址）用于一个广播域，地址浪费
• 广播域太庞大，一旦发生广播，内网不堪重负

• 将一个网络号划分成多个子网，每个子网分配给一个独立的广播域

  如此一来广播域的规模更小，网络划分更加合理，IP地址得到了合理利用

特殊IP地址

• IP地址空间中，有一些特殊的IP地址，这些IP地址有特殊的含义和作用，距离吐下

本地链路地址==>DHCP地址

私网IP地址

• **公网IP地址：**IP地址是由IANA统一分配的，以保证任何一个IP地址在Internet上的唯一性。这里的IP地址是指公网IP地址
• **私网IP地址：**实际上一些网络不需要连接到Internet，比如一个大学的封闭实验室内的网络，只要同一网络中的网络设备的IP地址不冲突即可。在IP地址空间里，A、B、C三类地址中各预留了一些地址专门用于上述情况，称为私网IP地址

A类：10.0.0.0—10.255.255.255       10.0.0.0/8
B类：172.16.0.0—172.31.255.255     172.16.0.0/12
C类：192.168.0.0—192.168.255.255   192.168.0.0/24

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