Linux网络---网络层和IP

1、IP协议基本概念 主机配有 IP 地址也要进⾏路由控制的设备路由器即配有 IP 地址⼜能进⾏路由控制节点主机和路由器的统称2、IP协议头格式4 位版本号 (version): 指定 IP 协议的版本对于 IPv4 来说就是 4.4 位头部长度 (header length): IP 头部的长度是多少个 32bit, 也就是 length*4 的字节数.4bit 表示最大的数字是 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 0, 其他是 1. 类似于一个结束标记.13 位分片偏移 (frament 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3、网段划分归还“钱包” 先找到“06”也就是图中对应的学院再通过后面的找到某学院中的某个人。“校群”是公网每一个“学院”群叫做内网或子网。如何实现网段划分通过合理设置主机号和⽹络号, 就可以保证在相互连接的⽹络中, 每台主机的IP地址都不相同.那么问题来了, ⼿动管理⼦⽹内的IP, 是⼀个相当⿇烦的事情.• 有⼀种技术叫做DHCP, 能够⾃动的给⼦⽹内新增主机节点分配IP地址, 避免了⼿动管理IP的不便.• ⼀般的路由器都带有DHCP功能. 因此路由器也可以看做⼀个DHCP服务器.A类 0.0.0.0到127.255.255.255B类 128.0.0.0到191.255.255.255C类 192.0.0.0到223.255.255.255D类 224.0.0.0到239.255.255.255E类 240.0.0.0到247.255.255.255CIDRCIDR不再关心你的IP是A、B还是C它只依靠一个东西——子网掩码。随着Internet的飞速发展这种划分方案的局限性很快显现出来大多数组织都申请B类网络地址导致B类地址很快就分配完了而A类却浪费了大量地址例如申请了一个B类地址理论上一个子网内能允许6万5千多个主机。A类地址的子网内的主机数更多。然而实际网络架构中不会存在一个子网内有这么多的情况。因此大量的IP地址都被浪费掉了。针对这种情况提出了新的划分方案称为CIDR(Classless Interdomain Routing)(无类别域间路由)引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号子网掩码也是一个32位的正整数。通常用一串“0”来结尾将IP地址和子网掩码进行“按位与”操作得到的结果就是网络号网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关子网掩码就是“网络号位全写1主机号位全写0”的一个32位二进制数。可见IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号主机号从全0到全1就是子网的地址范围IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法例如140.252.20.68/24表示IP地址为140.252.20.68子网掩码的高24位是1也就是255.255.255.0特殊的IP地址将IP地址中的主机地址全部设为0就成为了网络号代表这个局域网将IP地址中的主机地址全部设为1就成为了广播地址用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包127.*的IP地址用于本机环回(loop back)测试通常是127.0.0.1可见,IP地址与子网掩码做与运算可以得到网络号,主机号从全0到全1就是子网的地址范围;IP地址和子网掩码还有一种更简洁的表示方法,例如140.252.20.68/24,表示IP地址为140.252.20.68,子网掩码的高24位是1,也就是255.255.255.0IP地址的数量限制我们知道IP地址IPv4是一个4字节32位的正整数。那么一共只有 2的32次方个IP地址大概是43亿左右。而TCP/IP协议规定每个主机都需要有一个IP地址。这意味着一共只有43亿台主机能接入网络么实际上由于一些特殊的IP地址的存在数量远不足43亿另外IP地址并非是按照主机台数来配置的而是每一个网卡都需要配置一个或多个IP地址。CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题(提高了利用率减少了浪费但是IP地址的绝对上限并没有增加)仍然不是很够用。这时候有三种方式来解决动态分配IP地址只给接入网络的设备分配IP地址。因此同一个MAC地址的设备每次接入互联网中得到的IP地址不一定是相同的NAT技术(后面会重点介绍)IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版。这是互不相干的两个协议彼此并不兼容IPv6用16字节128位来表示一个IP地址但是目前IPv6还没有普及私有IP地址和公网IP地址如果一个组织内部组建局域网,IP地址只用于局域网内的通信,而不直接连到Internet上,理论上使用任意的IP地址都可以,但是RFC 1918规定了用于组建局域网的私有IP地址10.*,前8位是网络号,共16,777,216个地址172.16.到172.31.,前12位是网络号,共1,048,576个地址192.168.*,前16位是网络号,共65,536个地址包含在这个范围中的,都成为私有IP,其余的则称为全局IP(或公网IP);一个路由器可以配置两个IP地址一个是WAN口IP一个是LAN口IP(子网IP)。路由器LAN口连接的主机都从属于当前这个路由器的子网中。不同的路由器子网IP其实都是一样的(通常都是192.168.1.1)。子网内的主机IP地址不能重复。但是子网之间的IP地址就可以重复了。每一个家用路由器其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点。这样的运营商路由器可能会有很多级最外层的运营商路由器WAN口IP就是一个公网IP了。子网内的主机需要和外网进行通信时路由器将IP首部中的IP地址进行替换(替换成WAN口IP)这样逐级替换最终数据包中的IP地址成为一个公网IP。这种技术称为NAT(Network Address Translation网络地址转换)。如果希望我们自己实现的服务器程序能够在公网上被访问到就需要把程序部署在一台具有外网IP的服务器上。这样的服务器可以在阿里云/腾讯云上进行购买。组建内网---路由器我们所有人都不可能直接连接公网我们都是通过先连到局域网中通过局域网入的公网私有IP可以重复公网IP具有唯一性