商城网站 免费开源,指数基金定投怎么买,做信公众号首图的网站,网站建设公IP协议处于OSI参考模型的第三层——网络层#xff0c;网络层的主要作用是实现终端节点间的通信。IP协议是网络层的一个重要协议#xff0c;网络层中还有ARP(获取MAC地址)和ICMP协议(数据发送异常通知)
数据链路层的作用在于实现同一种数据链路下的包传递#xff0c;而网络层…IP协议处于OSI参考模型的第三层——网络层网络层的主要作用是实现终端节点间的通信。IP协议是网络层的一个重要协议网络层中还有ARP(获取MAC地址)和ICMP协议(数据发送异常通知)
数据链路层的作用在于实现同一种数据链路下的包传递而网络层则可以实现跨越不同数据链路的包传递。比如主机A通过Wi-Fi连接到路由器B路由器B通过以太网连接到路由器C而路由器C又通过Wi-Fi与主机D保持连接。这时主机A向D发送的数据包就依赖于网络层进行传输。
这篇文章主要介绍IP协议的基本知识和IP首部IP协议可以分为三大作用模块IP寻址、路由和IP分包。
IP地址
IP地址是一种在网络层用于识别通信对端信息的地址。它有别于数据链路层中的MAC地址后者用于标识同一链路下不同的计算机。
举一个形象的例子我要从镇江的家里去沈阳的东北大学通信两端的地址分别是家和学校他们相当于IP地址。然而没有交通工具可以让我从家直接去学校所以我先要打车去火车站然后坐高铁到沈阳站再转公交去学校。这三次中转分别属于三种交通方式(数据链路)每一次中转都有起点和终点他们就相当于MAC地址。每次中转可以称为一跳(Hop)
IP地址由32位正整数表示为了直观的表示我们把它分成4个部分每个部分由8位整数组成对应十进制的范围就是0-255。
比如172.20.1.1可以表示为10101100 00010100 00000001 00000001。转换规则很简单就是分别把四个部分的十进制(0-255)与8位二进制数字进行转换。
从功能上看IP地址由两部分组成网络标识和主机标识。
网络标识用于区分不同的网段相同段内的主机必须拥有相同的网络表示不同段内的主机不能拥有相同的网络标识。
主机标识用于区分同一网段下不同的主机它不能在同一网段内重复出现。
32位IP地址被分为两部分到底前多少位是网络标识呢一般有两种方法表示IP地址分类、子网掩码。
IP分类
IP地址分为四个级别分别为A类、B类、C类和D类。分类的依据是IP地址的前四位
A类IP地址是第一位为“0”的地址。A类IP地址的前8位是网络标识用十进制标识的话0.0.0.0-127.0.0.0是A类IP地址的理论范围。另外我们还可以得知A类IP地址最多只有128个(实际上是126个下文不赘述)每个网段内主机上限为2的24次方也就是16777214个。
B类IP地址是前两位为“10“的地址。B类IP地址的前16位是网络标识用十进制标识的话128.0.0.0-191.255.0.0是B类IP地址的范围。B类IP地址的主机标记长度为16位因此一个网段内可容纳主机地址上限为65534个。
C类IP地址是前三位为“110”的地址。C类IP地址的前24位是网络标识用十进制标识的话192.0.0.0-223.255.255.0是C类IP地址的范围。C类地址的后8位是主机标识共容纳254个主机地址。
D类IP地址是前四位为“1110”的地址。D类IP地址的网络标识长32位没有主机标识因此常用于多播。
子网掩码
IP地址总长度32位它能表示的主机数量有限大约在43亿左右。而IP地址分类更是造成了极大的浪费A、B类地址一共也就一万多个而世界上包含主机数量超过254的网段显然不止这么点。
我们知道IP地址分类的本质是区分网络标识和主机标识另一种更加灵活、细粒度的区分方法是使用子网掩码。
子网掩码长度也是32位由一段连续的1和一段连续的0组成。1的长度就表示网络标识的长度。以IP地址172.20.100.52为例它本来是一个B类IP地址(前16位是网络标识)但通过子网掩码它可以是前26为为网络标识的IP地址 子网掩码 路由控制
路由控制(Routing)是指将分组数据发送到目标地址的功能这个功能一般由路由器完成。(不要与家里用的小型无线路由器混为一谈)
路由器中保存着路由控制表它在路由控制表中查找目标IP地址对应的下一个路由器地址。下图描述了这一过程 路由控制 主机A的地址是10.1.1.30,要把数据发往地址为10.1.2.10的主机。在主机A的路由表中保存了两个字段由于目标地址10.1.2.10与10.1.1.0/24段不匹配所以它被发往默认路由10.1.1.1也就是图中路由器1的左侧网卡的IP地址。
路由器1继续在它自己的路由控制表中查找目标地址10.1.2.10它发现目标地址属于10.1.2.0/24这一段因此将数据转发至下一个路由器10.1.0.2也就是路由器2的左侧网卡的地址。
路由器2在自己的路由控制表中查找目标地址10.1.2.10根据表中记录将数据发往10.1.2.1接口也就是自己的右侧网卡的IP地址。主机B检查目标IP地址和自己相同于是接收数据。
路由控制表
路由控制的关键在于路由控制表路由控制表可以由管理员手动设置称为静态路由控制但是估计大部分人没这么干过。这是因为路由器可以喝其他路由器互换信息比即使自动刷新路由表这个信息交换的协议并没有在IP协议中定义而是由一个叫做“路由协议”的协议管理。
环路
上图中假设主机A向一个不存在的IP地址发送数据并且路由器1、2、3设置的默认路由形成了一个循环那么数据将在网络中不断转发最终导致网络拥堵。这个问题将在下文分析IP首部时得到解决。
IP报文分割重组
在数据链路层中我们已经提到过不同的数据链路有不同的最大传输单元(MTU)。因此IP协议的一个任务是对数据进行分片和重组。分片由发送端主机和路由器负责重组由接收端主机负责。
路径MTU发现
分片会加重路由器的负担因此只要条件允许我们都不希望路由器对IP数据包进行分片处理。另外如果一个分片丢失整个IP数据报都会作废。
解决以上问题的技术是“路径MTU发现”。主机会首先获取整个路径中所有数据链路的最小MTU并按照整个大小将数据分片。因此传输过程中的任何一个路由器都不用进行分片工作。
为了找到路径MTU主机首先发送整个数据包并将IP首部的禁止分片标志设为1.这样路由器在遇到需要分片才能处理的包时不会分片而是直接丢弃数据并通过ICMP协议将整个不可达的消息发回给主机。
主机将ICMP通知中的MTU设置为当前MTU根据整个MTU对数据进行分片处理。如此反复下去直到不再收到ICMP通知此时的MTU就是路径MTU。
以UDP协议发送数据为例 路径MTU发现 重组
接收端根据IP首部中的标志(Flag)和片偏移(Fragment Offset)进行数据重组。具体内容将在分析IP首部时详细解释。
IP首部(IPv4)
IP首部是一个有些复杂的结构我们不用记忆它的结构只需了解每个部分的作用即可这样可以加深对IP协议的理解。 IP首部 其中几个重要的部分介绍如下 总长度(Total Length)表示IP首部与数据部分总的字节数该段长16比特所以IP包的最大长度为65535字节(2^16)。虽然不同数据链路的MTU不同但是IP协议屏蔽了这些区别通过自己实现的数据分片功能从上层的角度来看IP协议总是能够以65535为最大包长进行传输。 标识IDIdentification用于分片重组。属于同一个分片的帧的ID相同。但即使ID相同如果目标地址、源地址、上层协议中有任何一个不同都被认为不属于同一个分片。 标志Flags由于分片重组由三个比特构成。 第一个比特未使用目前必须是0。 第二个比特表示是否进行分片0表示可以分片1表示不能分片。在路径MTU发现技术中就用到了这个位。 第三个比特表示在分片时是否表示最后一个包。1表示不是最后一个包0表示分配中最后一个包。 片偏移FO: Fragment Offset由13比特组成表示被分片的段相对于原始数据的位置。它可以表示8192(2^13)个位置单位为8字节所以最大可以表示8 x 8192 65536字节的偏移量。 生存时间TTL: Time To Live表示包可以经过多少个路由器的中转。每经过一个路由器TTL减1。这样可以避免前文提到的无限传递包的问题。 协议 表示IP首部的下一个首部属于哪个协议。比如TCP协议的编号为6UDP编号为17.首部校验和用于检查IP首部是否损坏可选项仅在试验或诊断时用可以没有。如果有需要配合填充Padding占满32比特。 文bestswifter简书作者 原文链接http://www.jianshu.com/p/9cb5cf1864da 著作权归作者所有转载请联系作者获得授权并标注“简书作者”。
