目录
- IPv4 地址
- 全局地址和私有地址
- IP报文分片与重组
- IPv6
- IPv4首部
- IPv6首部
- DNS
- ARP
- ICMP
- DHCP
- NAT
- IP隧道
- 路由控制
1. IPv4 地址
- 描述：在连接到网络的所有主机中识别出进行通信的主机的目标地址，具有32 bit，由网络地址和主机标识组成，不同网段的网络地址不允许重复，同网段内的主机标识不允许重复，由子网掩码确定标识网络地址的比特位数，如192.168.1.10 /24组成如下：
| 192 | 168 | 1 | 10 | /24 |
|---|---|---|---|---|
| 11000000 | 10101000 | 00000001 | 00001010 | 255.255.255.0 |
- A类地址：网络地址为前8 bit，第1 bit为0，地址范围为0.---.---.--- ~ 127.---.---.---
| 0 | 7 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit |
|---|
- B类地址：网络地址为前16 bit，前2 bit为10，地址范围为128.0.---.--- ~ 191.255.---.---
| 1 | 0 | 6 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit |
|---|
- C类地址：网络地址为前24位，前2 bit为110，地址范围为192.0.0.--- ~ 223.255.255.---
| 1 | 1 | 0 | 5 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit |
|---|
- D类地址：网络地址为前32 bit，前3 bit为1110，地址范围为224.0.0.0 ~ 239.255.255.255
| 1 | 1 | 1 | 0 | 4 bit | 8 bit | 8 bit | 8 bit |
|---|
- 广播地址：用于在同一数据链路中相互连接的主机间发送数据，将IP地址中的主机地址全部设为1即为广播地址，广播分为本地广播和直接广播，本地广播指的是向同网段内的主机进行广播，会被路由器屏蔽，直接广播指的是向不同网段内的主机进行广播
- IP多播：用于将数据发送给特定组内的主机，使用D类地址进行多播，前四位为1110，后28位为多播的组编号
2. 全局地址和私有地址
-
私有地址：A类 10.0.0.0-10.255.255.255 网络数：1
B类 172.16.0.0-172.31.255.255 网络数：16
C类 192.168.0.0-192.168.255.255 网络数：255 - NAT技术：将私有IP与全局IP进行互换
3. IP报文分片与重组
- 描述：根据不同数据链路的MTU（最大数据大小）不同对IP报文进行分片，并在目标主机进行重组，路由器只进行分片而不进行重组
- IP报文分片：按照MTU大小对UDP或TCP爆粉进行分割，并在IP首部中设置片偏移字段，用于表示分片后IP报文的数据在UDP或TCP报文数据中的相对位置和该分片之后是否还有后续其他分片
- IP报文重组：根据IP首部中的片偏移字段，对数据进行重组操作
- 路径MTU：指从发送端到接收端之间不需要分片时最大的MTU大小，即路径中所有数据链路的最小MTU，这样只需要在发送端进行分片，路由器就可以不用参与分片
4. IPv6
- 描述：为了根本解决IPv4地址耗尽的问题而提出的标准化网络协议，长度为IPv4的4倍（128 bit），一般写成8个16 bit
- 全局单播地址：前64 bit为网络地址，网络地址由48 bit全局路由前缀和16 bit子网ID组成，后64 bit为接口ID，用作主机地址
| 48 bit | 16 bit | 64 bit |
|---|---|---|
| 全局路由前缀 | 子网ID | 接口ID（主机地址） |
- 链路本地单播地址：前10位为1111 1110 10，后面54位为0，最后64为接口ID，用作主机地址
| 10 bit | 54 bit | 64 bit |
|---|---|---|
| 1111 1110 10 | 0 | 接口ID（主机地址） |
- 唯一本地地址：前8位为1111 1101，后面40位为全局ID，随即决定，
| 7 bit | 1 bit | 40 bit | 16 bit | 64 bit |
|---|---|---|---|---|
| 1111 110 | 通常为1 | 随机决定 | 子网ID | 接口ID（主机地址） |
- 分片：只在发送端进行，最小MTU为1280字节
5. IPv4首部
IPv4首部
- 版本：4 bit，表示标识IP首部的版本号，IPv4的版本号为4，就位0100
- 首部长度：4 bit，标本IP首部的大小，单位为4字节，对于没有可选项的IP包，首部长度为5，即为4*5=20字节
- 区分服务：8 bit，用来进行质量控制
- 总长度：16 bit，表示IP首部与数据合起来的总字节数
- 标识：16 bit，用于分片重组，同一个包分片后的标识相同
- 标志：3 bit，表示包被分片的相关信息
| 1 bit | 1 bit | 1 bit |
|---|---|---|
| 0（固定为0） | 表示是否可以分片（0-可以分片，1-不能分片） | 表示是否为最后一个包（0-最后一个包，1-中间的包） |
- 片偏移：13 bit，用来标识被分片的片段相对于原始数据的位置，单位为8字节
- 生存时间：8 bit，指可以中转多少个路由器，每经过一个路由器TTL减1，直到变成0丢弃
- 协议：8 bit，表示IP首部的下一个首部属于哪个协议
- 首部校验和： 16 bit，用于校验IP首部
- 源地址：32 bit，发送端IP地址
- 目的地址：32 bit，接收端IP地址
- 可选项：长度可变，用于进行实验或诊断
- 填充：在有可选项的情况下，用于将IP首都填充至32的整数倍
- 数据：保存IP上层的数据
6. IPv6首部
IPv6首部
7. DNS
- 描述：管理域名和IP地址之间对应关系的系统
- 域名服务器：管理域名的主机和相应软件
- 解析器：进行DNS查询的主机和软件，比如用户的主机
8. ARP
- 描述：以目标地址为线索，来定位下一个应该接受数据分包的网络设备对应的MAC地址，即通过IP地址查询MAC地址，用以在数据链路层进行数据传输
- ARP请求：包含目标主机的IP地址、发送端IP地址和发送端MAC地址，通过广播的形式发送给本数据链路中的所有主机
- ARP响应：包含目标主机的MAC地址
- RARP：从MAC地址定位IP地址的协议，通过RARP服务器实现
9. ICMP：
- 描述：主要功能包括确认IP包是否成功送达目标地址、通知在发送过程中IP包被丢弃的具体原因，以及改善网络设置等，ICMP消息主要分为错误消息和查询消息两类
- 目标不可达消息：IP路由器无法将IP数据包发送给目标地址时，会给发送端返回一个目标不可达的ICMP消息
- 重定向消息：路由器发现发送端主机使用了次优的路径发送数据，就会返回一个ICMP重定向消息，消息中包含了最适合的路由信息和源数据
- 超时消息：当IP包中的TTL字段变为0时，路由器会返回一个ICMP超时消息
10. DHCP：自动设置IP地址、统一管理IP地址分配
- DHCP客户端通过广播发送DHCP发现包，要求设置IP地址和子网掩码
- DHCP服务器返回一个DHCP提供包，提供可以使用的网络设置
- DHCP客户端通过广播发送DHCP请求包，通知想要使用DHCP提供包中的设置
- DHP服务器再次返回一个DHCP提供包，通知允许使用前一个DHCP提供包中的设置
11. NAT
- 描述：用于本地网络中的私有地址到连接互联网时的全局IP地址的转换技术
12. IP隧道
- 描述：在网络层的首部后面继续追加网络层的首部的通信方法，用于在不同的网络中的传送数据，比如在IPv6数据包后面追加IPv4首部，以便在IPv4网络中传送IPv6数据包
13. 路由控制
- 描述：IP数据包通过路由器的存储转发功能，从而最终到达目标地址。所有主机都维护着一张路由控制表，该表记录了IP数据包在下一步应该发往的路由器
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路由控制表：记录网络地址与下一步应该发送到的路由器的地址
静态路由 — 管理员设置好的并将路由信息固定的方法
动态路由 — 由路由协议在运行过程中自动地设置路由控制信息 - 默认路由：与路由控制表中无匹配项的被转发至默认路由
- 环回地址：127.0.0.1作为环回地址，被用于本机上的程序之间进行通信的地址，数据不会流向网络
