【Linux 网络编程5】网络/数据链路层--IP协议，MAC帧协议和ARP协议

1. IP协议格式和字段含义

• 4位版本：IPv4或者Ipv6(他们两个不兼容)；

• 4位首部长度：报头=首部长度*4；

• 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；

• 16位总长度：报文（固长）+有效载荷；封装和解包；

• 8位生存时间：数据报到达目的地的最大报文跳数. 一般是64. 每次经过一个路由, TTL -= 1, 一直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是用来防止出现路由循环；

• 8位协议：TCP或者UDP，采用不同的编号；

• 16位首部校验和：使用CRC进行校验, 来鉴别头部是否损坏；

• 32位源IP地址：发送端的IP地址；

• 32位目的IP地址：接收端的IP地址；

2.分包(分包是少数情况)

Q:为什么会有分包？

A:因为数据链路层的有效载荷很小，只有1500；

• 16位标识：如果属于一个TCP报文被分包就会是相同的16位标识，不被分包的也自己的16位标识；（对端排序标识，达到按序到达）；

• 3位标志：1位表示是否被分包，1位表示是否是被分包的最后一个IP报文，1位保留；

• 13片偏移：被分包的每个包的最小的下标，对端的网络层在拼接为一个完整的TCP报文，在向上交付；缺点：如果被分包的一个部分被丢包，那么对端的网络层拼接不上，则整个被分包的报文都会被网络层丢弃；

一个IP报文有20报头，数据链路层1500-20=1480；每次只能传1480个字节数据；

Q:如何判断有无丢包？

A:可以分成前中后三部分，如果13位片偏移是0就是前部分，中部分就是前面的累加字节数，后部分看3位标志中的1位表示是否是被分包的最后一个IP报文；

3.网段划分

1. IPv4网络通信总共有2^32IP地址，大概42亿多；

2. IP可以分为ABCDE5类，A类是2^32的一半，B类又是A类的一半，C类是B类的一半，依次类推；

3. A类就有2^7个，也就是2^网络号，把A类的所有IP分为2^7份；网络号可以区分国家比如：1是中国、2是美国，这是例子不一定是这个映射；

各类的具体IP数值：

• A类 0.0.0.0到127.255.255.255

• B类 128.0.0.0到191.255.255.255

• C类 192.0.0.0到223.255.255.255

• D类 224.0.0.0到239.255.255.255

• E类 240.0.0.0到247.255.255.255

3.1.子网掩码

A类有2^24对于一个县太多了，应该划分的更小保证不浪费且更便于管理；

网络号	140.252.20.64
子网掩码	255.255.255.240
子网地址范围	140.252.20.64~140.252.20.79

4.数据链路层

4.1.MAC帧协议

1. 用于物理层传输用；

• 6位源地址和6位目的地址：48个比特位，每个都是唯一的电脑出厂自带在网卡上

• 类型帧协议类型字段有三种值,分别对应IP（传数据）、ARP/RARP（获取MAC地址），向上交付的不同；

• 4位CRC：校验，传输可能导致比特翻转；

4.1.1.MTU

• 以太网帧中的数据长度规定最小46字节,最大1500字节,ARP数据包的长度不够46字节,要在后面补填充 位；

• 最大值1500称为以太网的最大传输单元 (MTU),不同的网络类型有不同的MTU；

• MSS=MAC帧报头+MTU

• 双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值,然后双方得知对方的MSS值之后, 选择较小的作为最终MSS,MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中(kind=2)

4.2.ARP协议

1. ARP协议和MAC帧协议都属于数据链路层协议

2. APR协议用于IP地址换MAC地址，MAC帧协议用于局域网中传输；

两个协议在数据链路层的位置：两个协议是上下层关系

ARP协议的格式

• 硬件类型指链路层网络类型,1为以太网; 协议类型指要转换的地址类型,0x0800为IP地址; 硬件地址长度对于以太网地址为6字节; 协议地址长度对于和IP地址为4字节;

• op字段1表示ARP请求，2表示ARP应答；

• 以太网地址就是MAC地址

ARP协议原理：

5.其他的协议和技术

5.1.DNS技术

1. 用来把域名转化为IP地址；

域名简介：

www.qq.com

• .com:一级域名：表示这是一个企业域名. 同级的还有 "net"(网络提供商), "org"(非盈利组织)等

• qq:二级域名，公司名

• www.:只是一种习惯用法. 之前人们在使用域名时, 往往命名成类似于ftp.xxx.xxx/www.xxx.xxx这样的格 式, 来表示主机支持的协议

5.2.一个问题，ping命令有端口号吗？

A：没有，ping是基于ICMP协议的一个命令，icmp是是一个网络层协议

5.3.代理服务器

5.3.1.正向代理：靠近客户端

收集请求，再由代理代理服务器来发送请求，校园网就是这样设计的，好处：

1. 身份识别：只有身份正确的才能使用，外来人就不能免费使用

2. 加速访问：被多次访问的资源可以缓存下来

3. 识别请求：把客户端一些不安全的请求直接丢弃

5.3.2.反向代理：靠近服务器端

负载均衡：把大量的请求分别给各个server，让每台服务器都得到好的利用