IP 基础知识

IP

IP 地址

8位字节规则

IPV4为32比特的二进制数，通常用点分十进制表示,ip地址包括两部分：网络位和主机位，网络位表示IP所属网段，主机位用来唯一标记本网段的某台网络设备。

网络主机按照主机数量分为三类：大型网络，中型网络，和小型网络。
**·**大型网络：可以定义包含大量主机的网络。大型网络相对较少。
**·**中型网络：相对于大型网络和小型网络而言，包含主机数量中等，而且中型网络的数量也中等。
**·**小型网络：作为大型网络的对照，仅包含很少数量的主机，但小型网络的数目很多。
对于以上三种网络对应了三类网络地址。

A类地址：用于大型网络，第一个八位组是网络号，后3个八位组表示主机号。8位的网络号最多可以表示256个网络，二每个网络地址可以提供的主机数为2^24或16777216
B类地址：用于中型网络。前2个八位组表示网络号，后两个八位组表示主机号。网络号和主机号数量均为2^16或65535个。
C类地址：对应A类IP地址。前3个八位组表示网络号，最后一个八位组表示主机号。
D类地址：为组播地址。主机收到以D类地址为目的地址的报文后，且该主机是该组播组成员，就会接收并处理该报文。各类IP地址可以通过第一个字节中的比特位进行区分。如A类地址第一字节的最高位固定为0，B类地址第一字节的高两位固定为10，C类地址第一字节的高三位固定为110，D类地址第一字节的高四位固定为1110。
**E类地址：**第一字节的高四位固定为1111.

地址掩码

每一台设备和接口都将被分配一个惟一的、主机号明确的地址，例如171.21.35.17.不管设备是路由器还是主机，显然都需要知道自身的地址，而且它还需要能够确定它所属的网络，在这个案例中，它属于 172.21.0.0。
这一任务通常由地址掩码来完成。地址掩码是一个 32 位的字符串，与IPv4 地址的每位相对应。掩码也可以像IPv4 地址一样用点分十进制表示。这种表示方法会成为某些初学者的绊脚石。显然地址掩码可以用点分十进制书写，但是它并不是一个地址。

IP 报头组成

字段含义：
版本（Version）：标识了 数据包的IP版本号。


报头长度（header length）：字段长度位4位，表示32位子长的的IP报头长度。
显式拥塞通知 (Explicit Congestion Notification, ECN)：在图1-3中的显式拥
塞通知是某些路由器用来支持显式拥塞通知的，当它支持该特性时，这些位可以用于拥塞信号(ECN=11）
总长度 (Total Length)：数据包总长度字段的长度为 16位，以八位组为单位计，其中包括 D报头。接收者用 IP 数据包总长度减去 IP 报头长度，就可以确定数据包数据有效载荷的大小。16位长的二进制数用十进制表示最大可以为 65 535，所以IP 数据包的最大长度是 65 535。
标识符 (Identifier)：宇段长度为16 位，通常与标记宇段和分段偏移字段一起用于数据包的分段。如果数据包原始长度超过数据包所要经过的数据链路的最大传输单元（MTU)，那么必须将数据包分段为更小的数据包。例如，一个大小为5000 字节的的数据包在穿过网络时，如果遇到一条 MTU 为1500 字节的数据链路，即数据帧最多容纳大小为1500 字节的数据包。路由器需要在数据成帧之前将数据包分段成多个数据包，其中每个数据包长度不得超过 1500字节：然后路由器在每片数据包的标识宇段上打上相同的标记，以便按收设备可以识别出;属于一个数据包的分段。
标记字段 (Flag)：长度为3位，其中第1位没有使用。第2位是不分段(DF)位。当 DF 位被设置为1时，表示路由器不能对数据包进行分段处理。如果数据包由于不能被分 段而末能被转发，那么路由器将丟弃该数据包并向源点发送错误消息。这一功能可以在网络上用于测试MTU 值。第3位表示还有更多分段(MF)位，当路由器对数据包进行分段时，除了最后一个分段的 MF 位设置为 0外，其他所有分段的 MF 位均设置为 1，以便接收者直到收
到 MF 位为0的分段为止。
分段偏移 (Fragment Offset)：字段长度为 13 位，以8个八位组为单位，用于指明分段起始点相对于报头起始点的偏移量。’由于分段到达时可能错序，所以分段偏移字段可以使接收者按照正确的顺序重组数据包。请注意，如果一个分段在传输中丢失，那么必须在网络中同一点对整个数据包重新分段并重新发送。因此，容易发生故障的数据链路会造成时延不成比例。另外，如果由于网络拥塞而造成分段丢失，那么重传整组分段会进一步加重网络拥塞。
生存时间 (Time To Live, TTL)：字段长度为8位，在最初创建数据包时 TTL即被设置为某个特定值。当数据包逐个沿路由器被传输时，每台路由器都会降低TTL的数值。当TTL值减为0时，路由器将会丢弃该数据包并向源点发送错误信息。这种方法可以防止数据包在网络中无休止的被传输。
协议 (Protocol)：字段长度为8位，它给出了主机到主机层或传输层协议“地址〞 或协议号，协议字段指定了数据包中信息的类型。当前已分配了 100 多个不同的协议号。

网关

报文转发过程中，首先需要确定转发路径以及通往目的网段的接口，然后将报文封装在以太帧中通过指定的物理接口转发出去。如果目的主机与源主机不在同一网段，报文需要先转发到网关，然后通过网关将报文转发到目的网段。
网关是指接收并处理本地网段主机发送的报文并转发到目的网段的设备。为实现此功能网关必须知道目的网段的IP地址。网关设备上连接本地网段的接口地址即为该网段的网关地址。