【Linux】网络层之IP协议

网络层

在整个互联网中，为了能够标识每台机器，所有连接互联网的机器都会被分配一个IP地址，实现端到端之间的数据透明传送，具体功能包括寻址和路由选择，连接的建立，保持和终止。

网络层协议的作用

网络层主要的协议有IP协议，IP协议主要就是将数据包从源地址传输到目的地址，同时负责数据包的路由选择，分段和重组的功能。

IP协议的格式

从图中可以看到，主要分为20个字节的固定长度和40字节的选项（IP头部），剩下的就是数据本身了（其实数据本身也包含了传输层头部+应用层数据）

那么在20个字节的固定长度中包含： 4位版本号：IP协议的版本
4位头部长度：IP协议头部的长度，4个bit位表示的最大数字是15，15*4=60表示最大的IP头部长度是60字节 8位服务类型：
16位总长度：IP数据报整体占多少字节
16位标识：标识发送的报文是否是同一个报文，如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每个片中的16位标识是相同的
3位标志字段：第一位保留，第二位为1表示禁止分片，如果报文长度超过MTU就会丢弃该报文，第三位表示更多分片，如果进行了分片，那么最后一个分片置为1，其他置为0
13位片偏移：表示当前分片在原报文的哪个位置，以保证分片之后的报文也是连续的
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，每经过一个路由就会减一，如果到0还每到达就会被丢弃，防止出现路由循环
8位协议：表示上层协议类型 16位头部校验和：使用CRC校验，鉴别IP头部是否损坏 32位源地址和32位目的地址：表示发送和接收端的IP地址
选项：40个字节的选项，可有可无

IP协议是如何管理地址的

将IP地址分为两部分：网络号和主机号
网络号：标识两个不同的网段
主机号：在同一个网段下，主机之间有相同的网络号，但是主机号不同

对于如何划分网络号，使用了一种划分方案，CIDR
引入了一个额外的子网掩码来区分主机号和网络号，子网掩码是32位的正整数，将子网掩码和IP地址进行按位与运算即可得到该IP地址的网络号。

IP地址	140.252.20.68
子网掩码	255.255.255.0
网络号	140.252.20.0
子网地址范围	140.252.20.0~140.252.20.255

其中：子网地址中主机号全为0代表网络号，代表整个局域网，主机号全为1称为广播地址，可以给所有在此连接中的主机发送数据包

特殊的IP地址

为了进一步缓解IP地址枯竭的问题，还使用了动态IP分配地址，即只给接入网络的设备分配IP地址，使用IPV6协议升级IPV4，提高IP地址的数量，使用公网和私网IP

子网地址中主机号全为0代表网络号，代表整个局域网，主机号全为1称为广播地址，可以给所有在此连接中的主机发送数据包

公网IP和私网IP

私网IP：10...* 172.16.. 192.168..
这三个作为私网IP，其余的称为公网IP，当私网IP的机器需要和公网IP的机器进行通信时，就需要将其私网IP地址转化为公网IP地址，这种转换方式就称为NAT（地址转换协议）。