1.IP协议

1.1 协议头的格式

4位版本：指定IP协议的版本，IPV4就是4。

4位首部长度：*4 == 报头的长度  [0-60]

8位服务类型：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：报文的总长度

16位标识：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 --会在后面说分片部分详解

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. 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)。

16位头部校验和: 使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏.

32位源地址和32位目标地址: 表示发送端和接收端

1.2 网段划分

        互联网中的每一台主机都要隶属于一个子网！-- 为了方便定位这个主机，从而高效的找到这个主机。

• 引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号;
• 子网掩码也是一个32位的正整数. 通常用一串 "0" 来结尾;
• 将IP地址和子网掩码进行 "按位与" 操作, 得到的结果就是网络号;
• 网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关

1.3 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

1.4 IP地址的数量限制

 

• 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其实都是一样的(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.
• 子网内的主机需要和外网进行通信时, 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, 最终数据包中的IP地址成为一个公网IP. 这种技术称为NAT(Network Address Translation，网络地 址转换).
• 如果希望我们自己实现的服务器程序, 能够在公网上被访问到, 就需要把程序部署在一台具有外网IP的服 务器上. 这样的服务器可以在阿里云/腾讯云上进行购买.

 1.6 路由

• 当IP数据包, 到达路由器时, 路由器
• 路由器决定这个数据包是能直接发
• 依次反复, 一直到达目标IP地址;

•  路由表可以使用route命令查看
• 如果目的 IP 命中了路由表 , 就直接转发即可 ;
• 路由表中的最后一行,主要由下一跳地址和发送接口两部分组成,当目的地址与路由表中其它行都不匹配 时,就按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳地址。

 假设某主机上的网络接口配置和路由表如下:

• 这台主机有两个网络接口,一个网络接口连到192.168.10.0/24网络,另一个网络接口连到 192.168.56.0/24网络;
• 路由表的Destination是目的网络地址,Genmask是子网掩码,Gateway是下一跳地址,Iface是发送接口,Flags中的U标志表示此条目有效(可以禁用某些条目),G标志表示此条目的下一跳地址是某个路由器的 地址,没有G标志的条目表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络,不必经路由器转发;

•  跟第一行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,与第一行的目的网络地址不符
• 再跟第二行的子网掩码做与运算得 到192.168.56.0,正是第二行的目的网络地址,因此从eth1接口发送出去;
• 由于192.168.56.0/24正 是与eth1 接口直接相连的网络,因此可以直接发到目的主机,不需要经路由器转发;  

• 依次和路由表前几项进行对比, 发现都不匹配;
• 按缺省路由条目, 从eth0接口发出去, 发往192.168.10.1路由器;
• 由192.168.10.1路由器根据它的路由表决定下一跳地址

1.7 IP报头的16位标识符、3位标识符、13位片偏移

        真正在网线中传输的是MAC帧数据，但是MAC帧的有效载不能超过1500(MTU,可以修改)。

1500中包含的就是IP报头+IP有效载荷。但是，IP不能决定自己的报文大小，在网络中决定报文大小的是TCP(传输控制协议)。

IP：分片与组装(并不是主流情况)：

        分片：自己的IP层  组装：对方的IP层

TCP和MAC帧并不关心IP的分片与组装

• 所有片的16位标识符都相同
• 3位标志位的第3位"更多分片"，为0时，该片为分片的最后一片
• 13位偏移量：是分片相对于原始报文的偏移量

1. 如何得知一个报文被分片了?
   (1).如果更多分片是1，就证明被分片了
   (2).如果更多分aa片是0，且片偏移量>0,就是分片了，否则不是。
2. 同一个报文的分片如何被识别？ 16位标识符
3. 更多分片是1，片偏移量=0为第一个分片；更多分片为1，片偏移量>0为最后一个分片
4. 根据偏移量来组装分片的
5. 当前报文的偏移量(起始位置) + 当前报文的长度 = 下一个报文的便宜量，则报文收全了，否则没有收全。
6. 如何保证组装起来的报文是正确的？ TCP/IP首部校验和

我们要注意，分片并不是一个好的操作，因为将一个报文分为福哦个，会增加丢包的概率。