网络层重点协议之IP协议（IPv4）

今天药忘吃喽~ 2024-03-27 17:08 81阅读 0赞

网络层的作用就是来路由的选择，规划传输的路径，其中网络层的重点协议就是IP协议。

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### **4位版本号** ###

版本号的取值只有4和6

### **4位首部长度** ###

描述了IP报头有多长，报头中有一个选项部分，是变长的，是可有可无的部分，所以IP报头是变长的。其中单位是4个字节。

### **8位服务类型（TOS）** ###

实际上只有4位有效，而且这4位中只有一位可以是1，其它都是0，这4位就表示了IP协议的四种工作模式（最小延时，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本）。在实际开发中就可以根据需要，来切换IP的模式，达到最优的效果。但是在实际开发中很少这样去设定，因为性能瓶颈往往是业务带来的。

### **16位总长度（字节数）** ###

描述了一个IP数据包的长度（头+载荷）。这个长度减去前面的IP报头的长度，剩下的就是载荷长度，一个完整的TCP/UDP数据报长度。16位总长度，就是最大能支持64KB，如果一个IP数据报携带的数据载荷太长了，超过了64KB，就会在网络层针对数据进行拆分，把一个数据拆成多个IP数据报,再分别发送，接收方，再重新拼装。

### **16位标识** ###

同一个数据拆成的多个包的标识是一样的。

### **13位片偏移** ###

标识了多个包的先后顺序。

### **3位标志** ###

相当于是分包的结束标志。

### **8位生存时间（TTL）** ###

一个数据报在网络上能够传输的最大时间，但是这个时间的单位不是"秒”而是“次数”。一个数据报构造出来,会有一个初始的 TTL 数值(比如 32 或者 64, 或者128....) 这个报每次经过一个路由器转发,TTL - 1，如果一直减到 0 了，还没有到达目标,此时就认为这个包永远也到不了了，就可以丢弃了。

### **8位协议** ###

描述了当前载荷部分内容是属于那个协议的(TCP/UDP)。

### **16位首部校验和** ###

此处只需要针对首部进行校验，载荷部分(TCP/UDP 数据报)自身已经有校验和了。

### **IP地址（IPv4 & IPv6）** ###

我们日常能看到的IP地址是一串数字，但是实际上IP地址是32位的二进制数，使用“.”把32位二进制数分割为4个“8位二进制数”（也就是4个字节）。但是32位只能表示42亿9千多万个数字，对于全世界来说，IP地址是完全不够的。非常推荐大家看看这个视频（讲的是IPv6关系到国家安全）[https://www.bilibili.com/video/BV1i14y157YV/?spm\_id\_from=333.1007.top\_right\_bar\_window\_default\_collection.content.click&vd\_source=b5701c7bfe1c913f3002eee3d6d787d9][https_www.bilibili.com_video_BV1i14y157YV_spm_id_from_333.1007.top_right_bar_window_default_collection.content.click_vd_source_b5701c7bfe1c913f3002eee3d6d787d9]

为了解决IP地址不够用的问题，NAT技术（网络地址转换）的发展，使用一个IP代表了一批设备。在NAT背景下，就把IP地址分成了两个大类：

内网IP：10.\*，172.16.\*-172.31.\*，192.168.\*

外网IP：剩下的是公网IP

NAT 要求,公网 IP 必须是唯一的。私网 IP 可以在不同的局域网中重复出现。如果某个私网里的设备想访问公网的设备,就需要对应的 NAT 设备(路由),把 地址进行映射,从而完成网络访问。反之,公网的设备,无法直接访问私网的设备的，不同局域网的私网的设备没法直接相互访问。内网 IP 只要在局域网内部不重复即可，不同局域网中则是允许重复的。内网中的电脑接入运营商路由器,去访问外部服务器都会被路由器替换成路由器自己的IP地址。

NAT 机制能够有效的解决 IP 不够用的问题，但是带来的副作用就是网络环境更加复杂以及其他问题.....

IPv6从根本上解决了 IP 不够用的问题，使用 16 字节 表示IP 地址，128 位。42亿\*42亿\*42亿\*42亿 约等于天文数字，可以给地球上的每一粒砂子都分配一个 IPv6 地址。

### IP协议之地址管理 ###

**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，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号

把一个 IP 地址,分成了两个部分一个叫做网络号,一个叫做主机号。

例如：192.168.0.10

网络号是 192.168.0，主机号 是 10，当前的局域网下的设备,网络号都是 192.168.0。

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网络号不一定就是前面的三个字节来表示，是通过子网掩码来动态调整的。

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此处 255.255.255.0 就是子网掩码，是32位，左侧都是 1， 右侧都是 0，1 的部分就描述了 IP 有多少位是 网络号。

### IP协议之路由选择 ###

路由选择就是规划路径。

每个路由器都会保存一定的周围设备的信息(路由表)，每次有一个 IP 数据报经过路由器,就需要匹配路由表,看看接下来怎么走。如果路由表上有匹配的项(该路由器认识路) ，直接按照要求走就行了。如果没有匹配的项,(路由器不认识路),会提供一个默认路径,沿着这个方向继续走。

每经过一个路由器问一次, TTL - 1，如果减到 0 了，还没到, 说明这个包就永远也到不了。

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