学习笔记——网络参考模型——TCP/IP模型(网络层)

三、TCP/IP模型-网络层

1、IPV4报头

(1)IPV4报文格式

IP Packet(IP数据包),其包头主要内容如下∶

Version版本∶4 bit,4∶表示为IPv4; 6∶表示为IPv6。

Header Length首部长度∶4 bit,代表IP报头的长度(首部长度),如果不带Option字段,则为20,最长为60。

DS Field:定义优先级

DSCP:区分服务 后期结合QOS使用的 [不在QOS场景下 字段无意义]

Type of Service∶8 bit,服务类型。优先级,越高越先处理。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(IP报头+上层数据 [总长度-IP报头长度=上层数据] )。

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。

TTL(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 Address32 bit,源IP地址。

Destination IP Address32 bit,目的IP地址。

Options∶可变,选项字段。

Padding∶可变,填充字段,全填0。

(2)数据包分片

当数据包比链路MTU大时,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(标识)

DF:Dont’t fragment:不分片位[应用开发,本身制定了]

DF=0  代表该数据可以进行分片。保留段位∶0,保留。

DF=1  代表该数据不可以分片,数据大于MTU 单DF=1,则无法分片,数据丢弃。

不分段位∶1表示"不能分片"; 0表示"能分片"。

MF:更多分片

MF=1,表示"后面还有分片";

MF=0,表示"代表后方没有分片了,接受者可以重组"

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。

>分片后,子分片会保留和原始分片相同的IP报头。

>分片后,除原始分片之外,其他的子分片都不会携带上层的协议报头[icmp-传输层][一般指最后一个]

(3)协议号(Protocol)

IP报文头中的协议号字段标识了将会继续处理该报文的协议。即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层将数据部分上报给哪个进程处理。

目的端的网络层在接收并处理报文以后,需要决定下一步对报文如何处理。IP报文头中的协议字段标识了将会继续处理报文的协议。

该字段可以标识网络层协议,也可以标识上层协议,

- ICMP(Internet Control Message Protocol,因特网控制报文协议,对应值0x01)1=ICMP

- TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议,对应值0x06)      6=TCP

- UDP(User Datagram Protocol,用户数据包协议,对应值0x11)          17=UDP

- OSPF (Open Shortest Path First,开放式最短路径优先,对应值)          89=OSPF

(4)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(三层设备)[自带防环手断]。

防止IP数据包在网络内无休止的传输,一旦经过一个路由器(三层设备),TTL值就会减1,当该字段值为0时,数据包将被丢弃。

防环:规定特定数值255、128、64[不同的厂商不一样] 当TTL减为1后,数据会丢弃,并且向源端发送一个TTL超时。

破环:无法消除环路 -->结合 工程师在配置时合理化的配置

利用TTL特性,可以实现路由跟踪技术,排错的重要方法之一!

Ping -i   或   Tracert: ​​​​​​​

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。

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,无法到达目的端。环路发生后,所有发往这个目的地的报文都会被循环转发,随着这种报文逐渐增多,网络将会发生拥塞。

为避免环路导致的网络拥塞,IP报文头中包含一个生存时间TTL(Time To Live)字段。报文每经过一台三层设备,TTL值减1。初始TTL值由源端设备设置。当报文中的TTL 降为0时,报文会被丢弃。同时,丢弃报文的设备会根据报文头中的源IP地址向源端发送ICMP错误消息。(注意∶网络设备也可被配置为不向源端发送ICMP错误消息。)

Head checksum头部校验和 [E2=FCS] [类似]

FCS:所有                    Check-sum:校验IP报头的头部

2、IP地址

(1)IP地址介绍

IP地址在网络中用于标识一个节点(或者网络设备的接口)用于IP报文在网络中的寻址

IP地址:全局定位的作用 [工作在每一个需要网络层的设备上]

MAC地址:工作在链路上[工作在数据链路层环境下,实现在一个链路中定位某一个设备]

IP地址的作用是唯一标识网络中的一个节点,可以通过IP地址进行不同网段的数据访问。

在IP网络上,如果用户要将一台计算机连接到Internet上,就需要申请一个IP地址。IP地址就像现实中的地址,可以标识网络中的一个节点,数据就是通过它来找到目的地的。即我们通过IP地址实现全球范围内的网络通信。

IP地址是网络设备接口的属性,不是网络设备本身的属性。当我们说给某台设备分配一个IP地址时,实质上是指给这台设备的某个接口分配一个IP地址。如果设备有多个接口,通常每个接口都至少需要一个IP地址。

注∶需要使用IP地址的接口,通常是路由器和计算机的接口。

(2)IP地址表示

一个IPv4地址有32位二进制组成。IPv4地址通常采用"点分十进制"表示。

点分十进制表示法:IP地址表现形式能够帮助我们更好的使用和配置网络,但通信设备在对IP地址进行计算时使用的是二进制的操作方式,因此掌握十进制、二进制的转换运算非常有必要。

IPv4地址范围:00000000.00000000.00000000.00000000~11111111.11111111.11111111.1111111

即0.0.0.0~255.255.255.255。

进制,即表述数据的方法。进制类型:10进制、2进制、16进制

10进制:即组成数据的基本单元,包含了0-9。 主要是让人看的。

2进制:即组成数据基本单元,包含了0和1。 主要是让设备看的。

16进制:即组成数据基本单元,包含了0-9,a,b,c,d,e,f。 通常是用在“抓包软件”中,用于分析协议的数据包内容。

10进制的表示方法

127=1*10^2+2*10^1+7*10^0

2进制的表示方法

10101110=1*2^7+0*2^6+1*2^5+0*2^4+1*2^3+1*2^2+1*2^1+0*2^0

3、IP地址计算

2进制转换为10进制

常见应用场景:“IP地址”的识别和表示。

例如:IP地址的表示格式为:11000000.10101000.00000001.->192.168.1.1

2进制转换为10进制的核心精髓:

牢记2^n的结果,n=0~7

1,2,4,8,16,32,64,128:10进制转换为2进制

常见应用场景:”IP地址”的识别、表示和判断。判断IP地址是否同网段。

例如:判断PC1(192.168.1.1/24)和(192.168.1.130/24)是否为同一个网段

10进制转换为2进制的核心精髓

通过将10进制数除以2,将最终的“余数”组合在一起,变成8个2进制,不足8位的用0补全。

计算机=二进制 010101011 方便计算机处理 "逻辑集成电路" 通=1 断=0

十进制=192.168.1.111 4组十进制数 点分十进制 共4组成

1组十进制=8位二进制 4组=4*8=32位,每一组十进制数都可以用8个二进制数来表达。

如果某一位无法表达当前的数值时,则触发进位进制;进位时,原来的位数要置为0。

位数:每一个数在不同的位表达的含义不一致的,自后向前表达,自后是小值,向前为大值。

规则:二进制的0/1 在不同的位表达的含义不一致,0永远代表不取值,1则表达的信息要具体与不同位进行对应。

1111=8+4+2+1=15

11111=16+8+4+2+1=31

111111=32+31=63

1111111=64+63=127

11111111=128+64+32+16+8+4+2+1=255

255.255.255.255

最大:所有可变的二进制位都置为1。

1111=8+4+2+1=15

11111=16+8+4+2+1=31

111111=32+31=63

1111111=64+63=127

11111111=128+64+32+16+8+4+2+1=255

最小:所有可变的二进制位都置为0。

0000 0000=0          0.0.0.0

例∶172.16.10.1/16这个B类地址的网络地址、广播地址以及可用地址数分别是

网络地址∶将IP地址的主机位全设为0,所得结果是该IP地址所在网络的网络地址。

广播地址∶将IP地址的主机位全设为1,所得结果是该IP地址所在网络的广播地址。

IP地址数∶2",n为主机位位数。

可用IP地址数∶2"-2,n为主机位位数。

179 划分10次方

1*10的3-1次方 1*100=100

7*10的2-1次方 7*10=70

9*10的1-1次方 9*1=9

100+70+9=179

179 十进抽划分二进制

179 128 51 32 19 16 2 1

10110011

二进制和 十进制转换

二进制:用0和1,单位是:bit

十进制

128

64

32

16

8

4

2

1

二进制

10000000

1000000

100000

10000

1000

100

10

1

(1)累加法

3=11

6=110

10=1010

12=1100

20=10100

128=10000000

192=11000000

224=11100000

calc-----计算器---查看  程序员型

(2)凑数法

将每一组用8位二进制数表达出来,最终按照先后顺序,依次进行排列,得到最终的结果。

192.168.1.111

1100 0000. 1010 1000. 0000 0001. 0110 1111 === 192.168.1.111   //2进制 10进制

二进制转换成十进制

101=5

1100=12

1001=9

10010=18

128    64  32  16  8   4   2   1

3=11

7=111

15=1111

31=11111

63=111111

127=1111111

奇数:最后一个bit 一定是1   7=111  5=101

偶数:最后一个bit 一定是0   6=110  12=1100

一个网段可用地址数量计算∶

一个网段的主机位为n位,则P地址数为∶2",可用IP地址数为∶2"-2(减去网络地址0 -和广播地址)。

一个子网包含的可用的主机ip数量(一个网段有多少个ip 地址)

192.168.1.0 /24      254=2^m-2 (m代表主机位的个数)

192.168.1 .xxxxxxxx     后8bit主机位192.168.6.0  255.255.248.0 /21

可用IP地址数量 = 2^11-2=2046

192.168.1.0      255.255.255.252   可用IP地址数量 = 2^2-2=2

192.168.1.000000

00  主机位全0

192.168.1.000000

01

192.168.1.000000

10

192.168.1.000000

11 主机位全1

注意:主机位全0 或者全1 不能配置在任何PC或者路由器上面(即非法的主机ip)

主机位全0:网络地址代表整个网段 子网 

主机位全1:广播地址 子网广播地址

例如:192.168.1.128 255.255.255.128   /25 非法192.168.1.1      0000000

前25bit网络位 后面7bit主机位

例如:192.168.1.255 255.255.255.0 非法

例如:192.168.1.0       255.255.255.0 非法

例如:192.168.1.0       255.255.128.0 合法

4、IP地址分类

IP地址分为有类和无类。

有类(主类)IP地址:主要分为A、B、C类,每种类型固定的掩码。

无类IP地址:无论哪种类型的IP地址都没有固定掩码。

A类    1-126      例如:8.200.1.1      默认掩码: 255.0.0.0   1700W

第一个8位组的第一位 一定取值0 /8 == 255.0.0.0

00000000.xxxxxxx.……          01111111.1111111……

最小:0.0.0.0                  最大:127.255.255.255

B类 128-191    例如:172.16.1.1     默认掩码: 255.255.0.0     65536

第一个8位组的前两位 一定取值10 /16 == 255.255.0.0

10000000.xxxxxxx.……          10111111.1111111……

最小:128.0.0.0                最大:191.255.255.255

C类 192-223    例如:192.168.1.1    默认掩码: 255.255.255.0   256

第一个8位组的前三位 一定取值110 /24 == 255.255.255.0

11000000.xxxxxxx.……          11011111.1111111……

最小:192.0.0.0                 最大:223.255.255.255

D类 224-239    例如:224.5.5.5       组播地址

第一个8位组的前四位 一定取值1110。 //组播地址 //逻辑地址

11100000.xxxxxxx.……          11101111.1111111……

最小:224.0.0.0                最大:239.255.255.255

E类 剩下       实验地址

第一个8位组的前四位 一定取值1111。 //军事 保留地址

11110000.xxxxxxx.……          11111111.1111111……

最小:240.0.0.0                 最大:255.255.255.255

注意:A B C类地址属于单播地址,可以配置在PC上面。D E类无法配置在PC上面。

为了方便IP地址的管理及组网,IP地址分成五类∶

A、B、C、D、E类的类别字段分别是二进制数0、10、110、1110、1111,通过网络号码字段的前几个比特就可以判断IP地址属于哪一类,这是区分各类地址最简单的方法。

A、B、C三类地址是单播IP地址(除一些特殊地址外),只有这三类地址才能分配给主机接口使用。

D类地址属于组播IP地址。只能作为逻辑地址存在,不能配置在设备接口上。

E类地址专门用于特殊的实验目的。

A、B、C类地址比较∶

1)使用A类地址的网络称为A类网络;使用B类地址的网络称为B类网络;使用C类地址的网络称为C类网络。

2)A类网络的网络号为8 bit,个数很少,但所允许的主机接口的个数很多;首位恒定为0,地址空间为∶0.0.0.0~127.255.255.255。

3)B类网络的网络号为16 bit,介于A类和C类网络之间;首两位恒定为10,地址空间为∶128.0.0.0~191.255.255.255。

4)C类网络的网络号为24 bit,个数很多,但所允许的主机接口的个数就很少;首三位恒定为110,地址空间为∶192.0.0.0~223.255.255.255。

注∶主机(Host),通常指路由器和计算机的统称。并且常把主机的某个接口的IP地址简称为主机IP地址。

组播地址∶组播能实现一对多传递消息。

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:网络号为X,主机号的每个比特都为0。不能分配给具体的主机接口使用。

广播地址:网络号为X,主机号的每个比特都为1。不能分配给具体的主机接口使用。

可用地址:又称主机地址,可用分配给具体的主机接口使用。

一个网段可用地址数量计算:一个网段的主机位为n位,则IP地址数为:2",可用IP地址数为:2"-2 (减去网络地址和广播地址)。

5、私网地址和公网地址

(1)私网IP地址

私网IP地址:任何人都可以使用的地址,一般用于局域网(内网),私网地址无法在公网上(运营商)被路由(传输)。

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

例如:192.168.1.3   >7.7.7.7   202.1.1.1------>7.7.7.7

私有地址范围

A类   10.0.0.0 /8          10.0 0.0~10.255.255.255

B类   172.16.0.0 /12       172.16 0.0~172.31.255.255

C类   192.168.0.0 /16      192.168.0.0~192.168.255.255

(2)公网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。全球独一无二 ,可以在公网上被路由。

为了解决IP地址短缺的问题,提出了私有地址的概念。私有地址是指内部网络或主机地址,这些地址只能用于某个内部网络,不能用于公共网络。

公网IP地址∶连接到Internet的网络设备必须具有由ICANN分配的公网IP地址。

私网IP地址∶私网IP地址的使用使得网络可以得到更为自由地扩展,因为同一个私网IP地址是可以在不同的私有网络中重复使用的。

私有网络连接到Internet∶私有网络由于使用了私网IP地址,是不允许连接到Internet的。后来在实际需求的驱动下,许多私有网络也希望能够连接到Internet上,从而实现私网与Internet之间的通信,以及通过Internet实现私网与私网之间的通信。私网与Internet的互联,必须使用网络地址转换(NAT)技术实现。

注∶NAT(Network Address Translation)网络地址转换,其基本作用是实现私网IP地址与公网IP地址之间的转换。

IANA(Internet Assigned Numbers Authority),因特网地址分配组织。

(3)特殊IP地址

(A)127.0.0.0 ~ 127.255.255.255  本地环回,代表自己,用于设备内部的协议栈测试使用。

IP协议规定:如果数据的目的IP地址为127,该网络则无法发送出本设备的接口。

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,举例如下。

255.255.255 这个地址称为有限广播地址,它可以作为一个IP报文的目的IP地址使用。

路由器接收到目的IP地址为有限广播地址的IP报文后,会停止对该IP报文的转发。

(B)0.0.0.0 //不可用   0.0.0.0--0.255.255.255

(1)如果把这个地址作为网络地址,它的意思就是"任何网络"的网络地址;

(2)如果把这个地址作为主机接口地址,它的意思就是"这个网络上主机接口"的IP地址。

0.0.0.0的作用:

1.未指定的地址  

2.路由层面:全网所有的地址

例如∶当一个主机接口在启动过程中尚未获得自己的IP地址时,就可以向网络发送目的IP地址为有限广播地址、源IP地址为0.0.0.0的DHCP请求报文,希望DHCP服务器在收到自己的请求后,能够给自己分配一个可用的IP地址。

127.0.0.0/8 这个地址为环回地址,它可以作为一个IP报文的目的IP地址使用。其作用是测试设备自身的软件系统。

一个设备产生的目的IP地址为环回地址的IP报文是不可能离开这个设备本身的。

169.254.0.0/16 如果一个网络设备获取IP地址的方式被设置成了自动获取方式,但是该设备在网络上又没有找到可用的DHCP服务器,那么该设备就会使用169.254.0.0/16网段的某个地址来进行临时通信。

注∶ DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),动态主机配置协议,用于动态分配网络配置参数,如IP地址。

广播分为:

全向广播  255.255.255.255  针对发送者而言

定向广播

0.0.0.0所有 代表任何网段255.255.255.255   广播169.254.x.x   没获取到地址特殊mac地址

全F 的MAC地址     广播MAC

01-00-5e-xx-xx-xx    组播mac

6、IP地址构成

结构上分为网络位和主机位两部分∶

网络位,代表IP地址所属的网段。网络位一致的ip地址和掩码的组合称为同一个网段。

主机位,代表网段上的某个节点。由子网掩码决定分界点。

相同网段:前面的网络位相同!!

例如:192.168.1.1    255.255.255.0 ===/24

11000000.10101000.00000001. 00000001    前24个bit 是网络位,后8个bit是主机位。

IP地址是以网络号和主机号来标示网络上的主机的,我们把网络号相同的主机称之为本地网络。网络号不相同的主机称之为远程网络主机,本地网络中的主机可以直接相互通信;远程网络中的主机要相互通信必须通过本地网关(Gateway)来传递转发数据。

网络地址:代表了本网段的所有地址,出现在路由表。

广播地址: 用于本网络内所有的主机通信的。


整个华为数通学习笔记系列中,本人是以网络视频与网络文章的方式自学的,并按自己理解的方式总结了学习笔记,某些笔记段落中可能有部分文字或图片与网络中有雷同,并非抄袭。完处于学习态度,觉得这段文字更通俗易懂,融入了自己的学习笔记中。如有相关文字涉及到某个人的版权利益,可以直接联系我,我会把相关文字删除。【VX:czlingyun    暗号:CSDN】

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🍅 视频学习:文末有免费的配套视频可观看 🍅 点击文末小卡片 ,免费获取软件测试全套资料,资料在手,涨薪更快 上一篇说了关于json数据处理,是为了断言方便,这篇就带各位小伙伴实战一下…

【工作流】 工作流相关概念及Activiti基本介绍

目录 工作流作用工作流的几个要素应用具体应用场景 工作流系统工作流系统的组成部分:都有哪些工作流系统 工作流引擎工作流引擎的特点:都有哪些工作流引擎 工作流、工作流引擎、工作流系统三者区别ActivitiActiviti的主要特点发展历史优缺点优点&#xf…

医疗保健的未来——Kompas.ai如何助力精准医疗

引言 在现代医学中,精准医疗逐渐成为提高诊疗效果的重要手段。随着科技的进步,人工智能(AI)在医疗领域的应用越来越广泛。本文将探讨精准医疗的发展趋势,并介绍Kompas.ai如何通过AI技术助力精准医疗的发展。 精准医疗…

哈尔滨三级等保测评需要测哪些设备?

哈尔滨三级等保测评需要测的设备,主要包括物理安全设备、网络安全设备和应用安全设备三大类别。这些设备在保障哈尔滨地区信息系统安全方面发挥着至关重要的作用。 首先,物理安全设备是确保信息系统实体安全的基础。在哈尔滨三级等保测评中,物…

纷享销客安全体系:安全合规认证

安全合规认证是指组织通过独立的第三方机构对其信息系统和数据进行评估和审查,以确认其符合相关的安全标准、法律法规和行业要求的过程。 安全合规认证可以帮助组织提高信息系统和数据的安全性,并向客户、合作伙伴和监管机构证明其符合相关的安全标准和…

Parallels Desktop for Mac 19.4.0更新了哪些内容?有什么改进?

带来了重新设计的共享 Mac 文件夹版本,这些文件夹现在是符号链接,像指针一样指向您的 Mac 文件夹中的文件,同时仍然显示在 Windows 的本地磁盘上。 修复了由于共享文件夹问题导致 NinjaTrader 无法正常启动的问题。 修复了由于共享文件夹问…

指标体系建设10大坑

在企业经营和运营管理中,指标体系的建设至关重要,它在一定程度上是反映业务的问题状况,影响决策者的决策。但是,在指标体系的建设过程中,常常会存在一些不容忽视的“坑”,今天做个总结,以下为个…

基于SpringBoot+Vue电影院选票系统设计和实现(源码+LW+调试文档+讲解等)

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基于Python+FFMPEG环境下载B站歌曲

题主环境 WSL on Windows10 命令如下 # python3.9 pip install --pre yutto yutto --batch https://www.bilibili.com/video/BV168411o7Bh --audio-only ls | grep aac | xargs -I {} ffmpeg -i {} -acodec libmp3lame {}.mp3WinAmp

大白话讲清楚:什么是 Langchain 及其核心概念

在AI和机器学习领域,每天都有新技术和框架涌现。今天,我们来聊聊最近引起广泛关注的一个框架 —— Langchain。 https://python.langchain.com/docs/get_started/introduction 那么,Langchain到底是什么,它为什么这么受欢迎&…

.NET集成DeveloperSharp操作Redis缓存

🏆作者:科技、互联网行业优质创作者 🏆专注领域:.Net技术、软件架构、人工智能、数字化转型、DeveloperSharp、微服务、工业互联网、智能制造 🏆欢迎关注我(Net数字智慧化基地),里面…

Vue3+vite部署nginx的二级目录,使用hash模式

修改router访问路径 import { createRouter, createWebHashHistory } from vue-routerconst router createRouter({history: createWebHashHistory (/mall4pc-bbc/),routes: [XXX,] })配置package.json文件 "build:testTwo": "vite build --mode testing --ba…

go语言接口之接口值

概念上讲一个接口的值,接口值,由两个部分组成,一个具体的类型和那个类型的值。它们 被称为接口的动态类型和动态值。对于像Go语言这种静态类型的语言,类型是编译期的概 念;因此一个类型不是一个值。在我们的概念模型中…