【Java】网络层协议IP协议

IP协议

• 四位版本号：指定IP协议的版本，对于IPv4来说，就是4
• 四位头部长度：IP头部的长度是多少个4字节，也就是头部长度*4的字节数，4bit位能表示的最大数字是，15，因此IP头部最大长度是60字节
• 8位服务类型（Type Of Service）：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。对于ssh/telnet这样的应用程序，最小延时比较重要；对于
  ftp这样的程序，最大吞吐量比较重要。
• 16位总长度（total length）：IP数据报整体占多少个字节。
• 16位标识（id）：唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每
  一个片里面的这个id都是相同的。
• 3位标志字段：第一位保留（保留的意思是现在不用，但是还没想好说不定以后要用到）。第
  二位置为1表示禁止分片，这时候如果报文长度超过MTU，IP模块就会丢弃报文。第三位表
  示"更多分片"，如果分片了的话，最后一个分片置为1，其他是0。类似于一个结束标记。
• 13位分片偏移（framegament offset）：是分片相对于原始IP报文开始处的偏移。其实就是
  在表示当前分片在原报文中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的。因此，
  除了最后一个报文之外，其他报文的长度必须是8的整数倍（否则报文就不连续了）
• 8位生存时间（Time To Live，TTL）：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：表示上层协议的类型。
• 16位头部校验和：使用CRC进行校验，来鉴别头部是否损坏。
• 32位源地址和32位目标地址：表示发送端和接收端。
• 选项字段（不定长，最多40字节）：略

IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）是在计算机网络中用于唯一标识和定位设备的一组数字。IP地址是网络通信中非常重要的概念，用于路由数据包以正确地将它们传递给目标设备。

IP地址由32位二进制数或IPv4（Internet Protocol version 4）格式表示，例如 192.168.0.1。每个IPv4地址由四个8位字段组成，每个字段用十进制表示，范围从0到255。IPv4地址的全球唯一性由Internet分配的机构进行管理和分配。

随着互联网的扩大和设备数量的增加，IPv4地址空间变得有限。为了解决这个问题，引入了更大的IPv6（Internet Protocol version 6）地址空间，它采用128位二进制数表示，例如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。IPv6提供了更多的地址容量，以应对日益增长的网络连接需求。

IP地址不仅可以用于标识设备，还可以用于确定设备所在网络的位置，以及用于网络通信中的路由和寻址等。

IP地址分为两个部分，网络号和主机号
网络号：标识网段，保证相互连接的两个网段具有不同的标识
主机号：标识主机，同一网段内，主机和主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号

1. 同一个局域网中的设备，网络号必须相同，主机号必须不同
2. 两个相邻的局域网，网络号必须不同

一个IP地址。那部分是网络号，哪部分是主机号？
通过子网掩码来识别的
‘
子网掩码和IP地址一样，也是4字节，32位的整数，左侧必须是连续的1，右侧必须是连续的0
此处我的电脑子网掩码转化为二进制就是11111111 1111111 11111111 00000000
此时前24个bit就是网络号，后8个bit位是主机号

NAT机制

NAT（Network Address Translation）是一种在计算机网络中常用的机制，用于在私有网络和公共网络之间转换IP地址。

在一个局域网（例如家庭或办公室网络）中，通常会有多台设备共享同一个公共IP地址。这些设备使用私有IP地址，例如 192.168.0.1、192.168.0.2等。当这些设备需要通过路由器连接到互联网时，NAT机制就发挥作用了。

具体来说，NAT将私有IP地址转换为公共IP地址，以便与互联网进行通信。当设备发送数据包时，路由器会修改数据包的源IP地址，将私有IP地址替换成公共IP地址。这样，在互联网上，数据包的源就是公共IP地址，而不是私有IP地址。

当互联网上的响应数据包返回时，路由器会根据转换记录将目标IP地址从公共IP地址转换回对应的私有IP地址，并将响应发送给正确的设备。

NAT的主要作用有以下几点：

节省公共IP地址：通过使用私有IP地址和NAT机制，多个设备可以共享少量的公共IP地址，从而避免了IP地址的浪费。
网络安全性：由于私有IP地址在互联网上不可直接访问，NAT提供了一定程度的网络安全性，隐藏了局域网中的具体设备。
网络管理：NAT可以实现端口映射（port forwarding），使得从互联网上访问私有网络中的特定设备成为可能。
总之，NAT机制在私有网络和公共网络之间起到了连接和转换IP地址的重要作用，使得多个设备可以通过共享少量的公共IP地址与互联网进行通信

IPv6

IPv6（Internet Protocol version 6）是互联网协议的一种版本，用于标识和定位网络上的设备。相比较IPv4，它拥有更大的地址空间，并提供了一些新的功能和改进。

以下是IPv6的一些主要特点：

扩展的地址空间：IPv6采用128位地址格式，相对于IPv4的32位地址，IPv6的地址空间大大扩展，理论上可以支持约340万亿亿亿亿（3.4×10^38）个不同的地址。

简化的地址表示：IPv6地址使用8组4位的十六进制数字表示，例如：2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。为了简化表示，IPv6允许省略连续的0，还可以使用双冒号(::)来代替一串0。例如：2001:0db8:85a3::8a2e:0370:7334。

自动地址配置：IPv6引入了一种称为SLAAC（Stateless Address Autoconfiguration）的机制，使得设备可以自动分配自己的IPv6地址，而无需手动配置或依赖DHCP服务器。

更好的移动性支持：IPv6在设计时考虑了移动设备的需求，提供了更好的移动性支持，使移动设备可以更方便地切换网络和保持连接。

安全性增强：IPv6内置了IPsec（IP security）协议，提供了更好的网络安全性，确保数据在传输过程中的机密性、完整性和认证性。

支持多播和任播：IPv6原生地支持多播（Multicast）通信，可以有效地在网络上传送数据给多个设备。此外，IPv6还引入了任播（Anycast）地址，使得数据包能够被路由到最近的目标设备。

随着互联网的发展和IPv4地址的枯竭，IPv6作为其替代方案逐渐得到广泛采用，以满足日益增长的网络连接需求。