网络层 IP协议
文章目录
- 网络层：为分组交换网上的不同主机提供分组交换服务。
- IP协议
-
- 协议格式
- IP地址管理
-
- 网段划分
-
- DHCP技术
- 曾经的5类IP划分
- 子网掩码
-
- CIDR
- 私网IP
- NAT协议
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- NAPT
- 路由选择
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- 路由查找规则
-
- 路由过程
- 路由表 route -n 查看路由表
- 路由器在收到IP数据报告后执行的分组转发步骤如下：
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网络层：为分组交换网上的不同主机提供分组交换服务。
IP协议
协议格式
4位版本：ipv4就是4.
4位首部长度：20字节固定+40字节选项。
8位服务类型：TOC，高三位表示优先级，已弃用，其次从高到底依次为：最小延迟，最大吞吐量，最够可靠性，最小成本，一位保留。
16位总长度：理论可达2^16 - 1 =65535;实际上<= MTU。
16位标识符：如果IP数据报在数据链路层被分片了，这个标识符能标识分片是否属于同一数据包。
3位标志：第一位保留，第二位表示禁止分片，第三位表示分片是否结束（1：还有分片，0：没有分片）。
13位片偏移：描述的是分片在整个UDP数据包中的相对位置。
片偏移*8 = 在UDP数据包中按字节偏移的相对位置。
8位生存时间：TTL,当前IP数据包在网络中最大经历的路由器的个数，一般为64.每转发一次就-1，减到0就会被路由器丢弃。
8位协议： 记录传输层使用的什么协议。
由于MSS的存在，TCP的IP数据报不会发送分片，反之，如果分片了一个分片的丢失将导致整个TCP数据包的重发。
而UDP的IP数据报没有严格的限制，若大于MTU就会分片。
因此IP协议是不可靠的。
IP地址管理
为了解决IP地址分配问题。
IPV4版本的的IP有42.9亿个。
网段划分
将IP地址分为网络号也叫网络号和主机号。
网络号：唯一表示一个网段。
主机号：唯一标识同一网段下的不同主机。
DHCP技术
可以自动的子网内新增的主机分配IP.一般路由器都自带这个功能，因此路由器可以看做是一个DHCP服务器。
曾经的5类IP划分
D,E类是特殊地址分配，主机号全0的是
网络地址，主机号全一的是广播地址，这些都不能给主机或路由器分配。
| 分类 | 最高位 | 网络位 | 主机位 | 子网掩码 | IP范围 |
|---|---|---|---|---|---|
| A类 | 最高位0 | 7 | 24 | 255.0.0.0 | 1.0.0.0-127.255.255.255 |
| B类 | 高两位10 | 14 | 16 | 255.255.0.0 | 128.0.0.0-191.255.255.255 |
| C类 | 高三位110 | 21 | 8 | 255.255.255.0 | 192.0.0.0-223.255.255.255 |
| 分类 | 最高位 | * | IP范围 |
|---|---|---|---|
| D类 | 高四位1110 | 28位多播组号 | 224.0.0.0-239.255.255.255 |
| E类 | 高五位11110 | 27位待用 | 240.0.0.0-255.255.255 |
子网掩码
无符号32位整数，用于描述当前网络使用多少网络号多少主机号。
网络号部分全1，主机号部分全0；
127.0.0.1 本地回环
0.0.0.0 回收本地所有地址
CIDR
CIDR是如今的子网划分方式。
引入子网掩码通过从主机号借位进行子网划分。
私网IP
不能访问互联网资源，这样不同子网的私网IP就可以复用,还是为了缓解IP地址枯竭。
3个私网网段：
10.x.x.x
172.16.x.x
192.168.x.x
NAT协议
地址转换协议
作用：私网机器对公网机器发送请求或接受应答时，将私网/公网TP经过NAT网关转化为公网/私网IP.
方式：
静态NAT:一个私网IP对应一个公网IP.
动态NAT:选择当前空闲的一个公网IP进行转换（确实对于解决ip枯竭有很大帮助）。
NAPT
对于动态NAT的重载
在地址转换的时候，不仅将IP进行了转换，而且还将传输层的端口也进行转换。
解决的同一局域网内多个主机同时访问公网资源。
将同一局域网中不同主机的私网IP+port ==>同一个公网IP+不同port。
NAT总结 ：
- NAT对通信双发透明且无感知。
- NAT网关会保存映射关系，保证走出去还能再回来。
- 只能先从私网走出去才能从公网走回来。
- NAPT增加了端口转换大大缓解了ip枯竭。
- 增加了开销。
路由选择
就是找到去往下一个的地方，通过目的IP,和路由项进行选择。
路由器上有两个口
WAN口：连接上级路由器。
LAN口：组件路由器对应的子网。
路由查找规则
路由查找就是通过目的IP查找下一个主机的路由，具体如何走由数据链路层实施。
路由的原则：数据到达转发节点，由转发节点重新选择路由，既然转发节点需要路由，那么就一定需要数据分用，分用到网络层找到IP地址。
路由过程
路由的过程是一跳一跳的过程，一跳：就是数据链路层的一个区间，具体在以太网中指从源MAC到目的MAC之间的帧传输区间。
路由表 route -n 查看路由表
[jiahao@VM-0-17-centos ~]$ route -n
Kernel IP routing table
Destination Gateway Genmask Flags Metric Ref Use Iface
0.0.0.0 10.0.0.1 0.0.0.0 UG 0 0 0 eth0
10.0.0.0 0.0.0.0 255.255.252.0 U 0 0 0 eth0
169.254.0.0 0.0.0.0 255.255.0.0 U 1002 0 0 eth0
[jiahao@VM-0-17-centos ~]$
Destination： 目的网络号
Gateway： 网关地址
Genmask：子网掩码
Flags：
U：路由是动态的；
H：目标是一个主机；
G：路由指向网关，没有G就表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络,不必经路由器转发
R：恢复动态路由产生的表项；
D：由路由的后台程序动态安装；
M：由路由的后台程序修改；
!： 拒绝路由。
Metric：经过路由器个数
Ref ：引用次数 Linux中未使用。
Use:查询次数
Iface：接口,去往目的地址的网络路径的出口;
路由器在收到IP数据报告后执行的分组转发步骤如下：
1. 提取IP数据报告首部中的目的IP地址.
2. 判断目的IP地址所在的网络是否与本路由器直接相连(路由表中Flags没G)。如果是，就直接交付给目的网络，如果不是执行3.
3. 检查路由器表中是否有目的IP地址的特定主机路由(路由表中Flags为H)。如果有，按特定主机路由转发：如果没有，执行4.
4. 逐条检查路由表,目的IP&子网掩码的结果和每个目的网络号进行对比。若找到匹配路由，则按照路由表进行转发：若所有路由均不匹配，则执行5.
5. 若路由表中设置有默认路由，则按照默认路由表转发：否则向源主机报错。