4-2IP Network Protocol

4.2IP Network Protocol

4.2.1数据报格式

网络层分组称为数据报。

1.IPv4格式

格式如下图：

解释：

  • **版本号：**4bit，规定了IP协议版本。

  • **首部长度：**4bit，标注实际数据从哪里开始，即首部的长度。（由于IP数据报允许包含可变数量的选项）

    • 如果没有选项，则一般的数据报首部是20字节的长度
    • 最大首部长度为60字节

  • **服务类型：**8bit，用于将一些不同类型的IP数据报区分开来（低延迟、高吞吐量、可靠性等）。

  • **数据报长度：**16bit，表示IP数据报的总长度（首部+数据），以字节为单位。理论最大值为65535。

  • **标识、标志与片偏移：**16+3+13bit，这三个字段与IP分片有关。

  • **寿命：**8bit，TTL字段保证数据报不会永远在网络中循环。每经过一台路由器，该字段的值减1。

    • 最大寿命255

  • **协议：**8bit，用于指示IP数据报的数据部分交付给哪个运输层协议。

    • 6代表TCP
    • 17代表UDP
    • 1代表ICMP

  • **首部检验和：**16bit，对首部中每2字节进行加和，最终结果取反。

    • 注意：每经过一次路由器都要重算，因为TTL字段变化了。

  • **源IP和目标IP地址：**各占32bit。

  • **选项：**允许IP首部被扩展。该字段用于一些可选的报头设置，主要用于测试、调试和安全的目的。这些选项包括严格源路由（数据报必须经过指定的路由）、网际时间戳（经过每个路由器时的时间戳记录）和安全限制。

    • 使用0填充末尾保证报头长度是32位的整数倍。

  • **数据：**用于存储TCP、UDP、IMCP等协议的数据。

2.IP数据报分片

底层链路层协议可能不能发送过大的IP数据报，因此需要对数据报进行分片。

4.2.2IPv4编址

IP地址具有32位，形式为a.b.c.d/x。其中a，b，c，d代表IP地址，/x代表子网掩码的位数。

1.IP地址的分类

  • a类：以0开头，后面跟着7为作为网络地址，剩下的24位作为主机地址

  • b类：以10开头，后面跟着14位作为网络地址，剩下的16位作为主机地址

  • c类：以110开头，后面跟着21位作为网络地址，剩下的8位作为主机地址

  • d类：广播地址

  • e类：保留地址

2.特殊地址

  • 网络部分全0：表示当前网络

  • 主机部分全0：表示当前主机

  • 主机部分全1：向网络的所有主机广播

  • 127.x.x.x：回环地址，从本机应用层下至IP层就回来了。用于测试

3.内网专用IP地址

一些地址在每一个内网中都有，但不会出现在公网里。路由器不对目标地址是专用地址的分组进行转发。

a类：10.0.0.0~10.255.255.255 /8

b类：172.16.0.0~172.31.255.255 /16

c类：192.168.0.0~192.168.255.255 /24

4.CIDR

将子网一般化，允许出现任意位数的网络地址。其实质是在大网络下划出子网。因此需要子网掩码来确认子网的网络地址。（大网络仍然根据a，b，c类划分）

5.DHCP（动态主机配置协议）

用于动态配置主机的IP地址和子网掩码。要求所在网络拥有一个DHCP服务器。

配置过程：

  • 主机广播是否存在DHCP服务器

  • DHCP服务器（可能存在多个）收到并广播推荐的IP地址

  • 主机选择一个DHCP服务器，发送请求报文。（同时配置好了自己的地址）

  • 服务器发送Ack

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