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IP协议主要解决什么问题呢
IP协议提供一种将数据从主机 发送到 主机的能力。有能力不一定能做到比如小明很聪明可以考100分但是他也不是每次搜能考100分可靠性由传输层来解决
协议基本概念
主机 配有IP地址, 但是不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。
协议头格式 1. 如何封装和解包呢 定长报头自描述字段4位首部长度 2. 如何交付如何确定交付的协议 8位协议标识还是
4位版本
确定是还是
位首部长度 P头部的长度是多少个32bit, 也就是 length * 4 的字节数. 基本单位是4字节4bit表示最大 的数字是15, 因此IP头部最大长度是60字节. 当4位首部长度值为 0101 时表示没有选项20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: 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1, 其他是0. 类似于一个结束标记 13位分片偏移(framegament 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.出错就会丢弃报文。 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): 分片 链路层因为其物理特性的原因一般不会一次性转发太大的数据也就是说 链路层有一次可以转发到网络中的报文大小的限制一般是1500所以网络层需要将一个较大的报文拆分成多个小的符合条件的报文这就是分片。 分片的行为是网络层完成的上层的传输层和应用层并不知道这在一定程度上埋下隐患同样组装的行为也必须由对方的网络层完成。 为什么呢 原因可以分为2个 1 、 对方给自己的是一个完整的报文那我自己上传输层交付时也必须是一个完整报文 2 、 协议具有一致性协议负责分片和组装不会影响其他层的服务。 分片决定了网络层IP协议具有3种能力 1. 具有区分不同报文的能力 16位标识符 2. 具有判断报文是不是分片的能力 “更多分片” 3. 异常处理 任何一个分片丢失都可以识别出来 怎么做到分片的呢 位标志中有一位是保留的第2位为1时表示禁止分片如果报文长度超过就会丢弃报文。第3位 表示 “ 更多分片 ” 如果分片了的化最后一个分片置为 0 其他是 1类似一个结束标记。 认识偏移量 开始 更多分片 1 片偏移 0 结尾 更多分片 0 片偏移 ≠ 0 中间 更多分片 1 片偏移 ≠ 0 中间那么多的分片如何确定所有分片都收到了呢 根据偏移量进行升序排序结合偏移量自身大小下一个报文的偏移量通过扫描整个报文来进行判断如果不匹配则说明报文出现了丢失需要重新发送如果成功遍历到结尾则表明收取到了完整的报文。 分片之前报文一定是一个完整的报文分片之后每一个分片也有单独的报头 下面简单分析一下分片过程 假设 原本的整个报文数据大小是 3000 注意 IP报文报头有效载荷 第一步先分一个1500的数据块直接拿走原本的报头实际可能更复杂哈 剩下的1500的数据并不是可以直接就成为一个分片还要添加报头信息20字节为了支持未来的组装每一个分片都必须有报头所有分割1480的大小再添加20字节的报头最后一个分片包含20字节的报头和20字节的有效载荷。 我们再来分析一下这三个报文 报文编号12316位标识1234123412343位标志“更多分片”11013位片偏移015002980总长度1500150040 分片的坏处 之前我们提到在网络层进行分片和组装上层是不知道的同时我们也应该有这个常识 丢包是有概率的分包会增加报文个数在一定程度上增加了丢包的概率。要彻底解决丢包问题还得依靠 传输层。当然这也决定了分片不是主流。 网段划分 IP 地址分为两个部分 , 网络号和主机号 网络号: 保证相互连接的两个网段具有不同的标识 ; 主机号: 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 ; 不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起. 如果在子网中新增一台主机, 则这台主机的网络号和这个子网的网络号一致, 但是主机号必须不能和子网中的其他主机重复. 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 . 过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案 , 把所有 IP 地址分为五类 , 如下图所示 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247.255.255.255 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 . 然而实际网络架设中, 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): 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 ; 示例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 255.255.255.0 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
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