网络协议底层原理4——网络层

网络层

网络层数据包(IP数据包，Packet)由首部、数据2部分组成
数据:很多时候是由传输层传递下来的数据段(Segment)

1.网络层首部 - 版本、首部长度、区分服务
版本（Version）：占4位
0b0100：IPv4
0b0110：IPv6

首部长度（Header Length）：占4位，二进制乘以4才是最终长度
0b0101：20（最小值）
0b1111：60（最大值）

区分服务（Differentiated Services Field）：占8位
可以用于提高网络的服务质量（QoS，Quality of Service）

2.网络层首部 - 总长度
总长度（Total Length）：占16位
首部 + 数据的长度之和，最大值是 65535

由于帧的数据不能超过1500字节，所以过大的IP数据包，需要 分片（fragments） 传输给数据链路层，每一片都有自己的网络层首部（IP首部）

3.网络层首部 - 标识、标志
标识（Identification）：占16位，数据包的ID，当数据包过大进行分片时，同一个数据包的所有片的标识都是一样的
有一个计数器专门管理数据包的ID，每发出一个数据包，ID就加1

标志（Flags）：占3位
第1位（Reserved Bit）：保留
第2位（Don’t Fragment）：1代表不允许分片，0代表允许分片
第3位（More Fragments）：1代表不是最后一片，0代表是最后一片

4.ping 的几个用法、wireshark抓包
ping ip地址-l数据包大小 发送指定大小的数据包：ping www.baidu.com -l 800
ping ip地址-f 不允许网络层分片：ping www.baidu.com -l 800 -f
ping ip地址-i TTL 设置TTL的值


ping www.baidu.com -l 800测试


我们按照800字节数据ping域名，查看包数据，发现是828个字节
分析：800数据包 + 20包头 + 8ICMP头

ping www.baidu.com -l 4000
分析：按照帧数据不能大于1500来看，我们的这个4000数据量的包会被分成三分来发送，如下图

丢包有点高

第一个数据包1480数据+20包头
第二个数据包1480数据+20包头
第三个数据包1040数据+20包头+8 ICMP协议头
刚好4000数据发完

5.网络层首部 - 片偏移
片偏移（Fragment Offset）：占13位
片偏移乘以8：字节偏移（wireshark显示的是字节偏移）
每一片的长度一定是8的整数倍

6.网络层首部 - 生存时间
生存时间（Time To Live，TTL）：占8位
每个路由器在转发之前会将TTL减1，一旦发现TTL减为0，路由器会返回错误报告
观察使用 ping 命令后的TTL，能够推测出对方的操作系统、中间经过了多少个路由器


根据TTL追踪经过路由器：ping ip地址 -i TTL 设置TTL的值
通过 tracert、pathping 命令，可以跟踪数据包经过了哪些路由器

ping baidu.com -i 1 经过1次就消亡，显然由网关回复

通过 ping baidu.com -i 1、ping baidu.com - i 2、ping baidu.com -i 3 … 可以追踪发包到百度经过的路由器。

tracert 和 pathping 命令实际上更简单也可以追踪路由器：
tracerrt baidu.com

pathping baidu.com

7.网络层首部 - 协议、首部校验和
协议（Protocol）：占8位
表明所封装的数据是使用了什么协议

首部校验和（Header Checksum）：用于检查首部是否有错误

8.Wireshark 完整网络层首部

资料学习：小码哥教育
B站学习链接：网络协议学习
文章借鉴：网络协议从入门到底层原理