【计网】（五）网络层首部

hello。 今天来看看新的一章节：网络层。本章节的主要任务就是认识下面这张图（IP数据包）的首部字段。当然网络层在面试中还可能会被问到 IP分片、ping的工作原理，当然在投递开发岗，基本上都是问应用层和传输层的知识，问到网络层的概率相对低一点。

网络层

网络层的数据包（IP数据包，Packet）是由首部+数据两个部分组成。而这个数据部分，一般情况下都是由传输层传递下来的数据段，但也不排除一些特殊情况，比如有些协议就是从网络层往下传输的，并不会传递到传输层和应用层。

• 版本（version）

  占4位，只有两个值。一个是 0b0100 即IPv4，另一个是 0b0110 即IPv6。

• 首部字段（Header Length）

  占4位，这个数值×4 = 首部字段长度，因为首部字段的最小长度是固定的20字节，最大长度是60字节。所以这个可变部分的最大值就是40个字节。但是一般情况首部字段就是20字节。

• 区分服务（differentiated Service Field）

  占8位。这个是用于提高网络的服务质量（QoS，Quality of Service）。这里包括3位的优先级字段、1位的保留字段和4位的TOS字段。4位TOS分别表示：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。其中最多有一个能置为1。
  比如客户端发送数据给服务端，数据在经过路由器的时候，路由器识别区分服务（例如，区分服务的优先级值为3）的优先级后可以让这部分数据优先通过。

• 总长度（Total Length）

  占16位。指的是整个IP数据包的长度，是以字节为单位的。即首部+数据部分的总长度不超过 65535字节。

  

  在上一篇文章，也简单提及过分片的原因，就是IP数据包的长度最大是65535字节，而一个数据帧的数据部分一般情况是1500字节。所以在网络层往数据链路层传递数据时，需要进行“切分数据”，也就是常说的IP分片。

  接下里介绍的标识、标识、片偏移就是在描述如何分片。

• 标识（Identification）

  占16位。其范围在0-65535之间。初始值是系统随机生成的，每发送一个数据包，其值就会+1。当达到65565后，再次+1就会回归到0。这个数值在分片时，会被复制到每个分片中，因此同一数据包的标志值都是一样的，就能表明这些分片来自同一个数据包。

• 标志（Flags）

  ​ 占3位。

  ​ 第1位（Reserved Bit） 保留不用。

  ​ 第2位是 Don’t Fragment 即是否不能分片，值=1时，表示这个IP数据包不能分片，值=0时，表示这个IP数据包可以分片。

  ​ 第3位是 More Fragment 即 后面是否还有分片。简单点说就是用来标志当前分片是不是最后一片了。值=1，表示后面还有其他分片，值=0，表示后面没有其他分片了。

  

• 片偏移（Fragment Offset）

​ 占13位。是分片相对于原始IP数据报开始处的偏移量。（指的是数据部分）

​ 而实际的字节偏移量是 片偏移 * 8。所以除了最后一个分片以外，其他分片的数据部分的长度必须是8的倍数。

​ 举个例子，假设当前分片不是最后一片，且片偏移=100，则表示这个分片是从原始IP数据报的数据部分的 100 * 8 = 800字节处开始的。

• 生存时间（Time To Live， TTL）

  占8位。用于限制IP数据报所经过的路由器数。不同的操作系统，TTL值也是不同的。每个路由器在转发数据之前，会先将TTL值-1，如果TTL值=0后，还没有到达目标主机，则路由器将不会进行转发，会直接返回ICMP差错报文（目标不可达）。

  这个TTL存在的意义在于 防止路由器进行死循环转发数据，即A、B两路由器一直互相传递，占用带宽。

  

• 协议（Protocol）

  占8位。用于区分上层协议，表明所封装的数据使用了什么协议。常见的如下：

  

• 首部校验和（Header Checksum）

  占16位。是由发送端进行填充，用于检查首部是否有错误。接收端用CRC算法检验IP数据报首部在传输过程中是否出现了差错，且这个只会检查首部，不会管数据部分的。

• 源IP地址、目标IP地址

  这个大家应该都比较熟悉，一个IP地址占32位。用来指定发送端和接收端的IP。

当然，感兴趣的同学还可以了解ping命令，以及ping命令的工作原理，这里就简单说一下ping如何使用。

ping -h，可查看ping的使用方法。

ping 127.0.0.1，ping的是环回地址，用于检查本机的网卡是否可用。

ping ip地址 -l 数据包大小，指定数据包的长度。

还可以用一下命令得到传输数据途径的路由器IP地址：

我们会在linux主机系统下，直接执行命令行： traceroute hostname 。

而在Windows系统下是执行tracert的命令： tracert hostname。

好啦，本期更新就到此结束啦！！！