网络通信原理——IP协议

IP协议

网络层概述

        位于 OSI模型第三层。

作用

1. 定义网络设备的逻辑地址，俗称网络层地址（如IP地址）。
2. 在不同的网段之间选择最佳数据转发路径。

协议

IP、IPX、 AppleTalk 等协议。

IP协议报文格式

        网络层的所有功能，都是通过该层的诸多协议实现的。

        目前网络中，主要的网络层协议是IP 协议。

IP数据报是可变长度的，它由两部分组成：首部和数据

1. 首部由两部分组成：固定部分和可变部分。
2. 固定部分20字节，可变部分由一些选项组成，最长40字节。

IP头部字段分析

IP头部字段：TTL、标识符、协议号

TTL值：每经过一台路由器值减1，直到0后，丢奔报文。

标识符：用来区分不问的数据包。

协议号：用来标识数据解封装之后，交给上层的哪个协议处理。

协议号： 1 ——ICMP

               6 ——TCP

               17 ——UDP

 

 

 

⚠️在IP数据包封装流程中，IP地址始终不变，但是Mac地址是在变化的。

IP地址

IP地址概述

作用

1. 任何联网的设备都心须拥有IP地址，否则无法上网。
2. 范围内，唯一的标识一 个联网的设备。

结构

1. IP地址长度为32bit即4个字节，网络位＋主机位。
2. 两部分相加为 32bit。
3. 掩码的长度与IP地址的长度是相同的，同为32bit。

表示

1. 二进制表示

11000000.10101000.00000001.00000001

2.  点分十进制

192.168.1.1

掩码

       区分IP地址中的网络位和主机位

1. IP地址中，与掩码中的1对应的位，称之为网络位。
2. IP地址中，与掩码中的0对应的位，称之为主机位。
3. 

IP地址分类

      IP地址分为A、B、C、D、E五类，每一类有不同的划分规则。 

⚠️蓝色部分指主机位，灰色部分为网络位。

A、B、C三类地址的默认掩码

1. A类：255.0.0.0
2. B类：255.255.0.0
3. C类：255.255.255.0
4. D和E类，不使用掩码

不同类型的IP地址

背景

IP地址空间不足

1. IP地址通过32bit表示，总数量为2的32次方，即4294967296个。
2. 随着网络的发展，联网的设备逐渐增多，IP地址被快速消耗。

IP地址浪费问题

        一个网段内没有使用的IP地址，不能配置在其他网段的主机上，导致同网段的空闲IP地址完全浪费掉。

解决方案

私有IP地址、公有IP地址、子网划分

1. 公有IP地址，在 internet 上使用，可以实现上网，需要付费购买。
2. 私有P地址，只能在企业或者家庭网络内部使用，无法上网，免费使用。

私有地址

私有IP地址空间

1. A类：10.0.0.0~ 10.255.255.255
2. B类：172.16.0.0~172.31.255.255
3. C类：192.168.0.0~192.168.255.255
4. D类：239.0.0.0~239.255.255.255

在企业和家庭内部的网络中 ，设备使用的都是私有IP地址，例如：家用TP-Link 路由器的管理IP地址：192.168.1.1/24。

特殊IP地址

网络地址：主机位全为0的IP地址。表示的是一个网络范围 ，仅仅表示一个区域，不代表任何一个主机。

例如：192.168.1.0 255.255.255.0，是网络地址。

广播地址：主机位全为1的IP地址，表示的是一个网络范围内的所有主机/设备。

例如：192.168.1.255 255.255.255.0 ，是广播地址。

其他特殊地址

1. 127.0.0.0~ 127.255.255.255，称之为回环地址。表示的是设备自身，通常使用的回环地址是 127.0.0.1。
2. 全1的IP地址，即255.255.255.255，表示一个网段内的所有主机/设备。
3. 全0的IP地址，即 0.0.0.0 ，表示设备当前没有IP地址。

可用IP地址

       可用的IP地址范围以及广播地址和网络地址，以下面网段为例。