网站详情页用cdr做可以吗,网页制作公司挣钱吗,成都电商网站,白酒进货渠道网本节重点
理解网络层的作用#xff0c;深入理解IP协议的基本原理 对整个TCP/IP协议有系统的理解 对TCP/IP协议体系下的其他重要协议和技术有一定的了解
目录
前置认识ip协议基本概念协议头格式网段划分特殊的ip地址ip地址的数量限制私有ip和公有ip路由路由表生成算法 在复杂…本节重点
理解网络层的作用深入理解IP协议的基本原理 对整个TCP/IP协议有系统的理解 对TCP/IP协议体系下的其他重要协议和技术有一定的了解
目录
前置认识ip协议基本概念协议头格式网段划分特殊的ip地址ip地址的数量限制私有ip和公有ip路由路由表生成算法 在复杂的网络环境中确定一个合适的路径
1. 前置认识
传输层提供了很多策略保证数据传输的各种策略数据丢包等如何处理那么将数据传输的跑腿活这个具体工作是由谁来做。这就是接下来要说的网络层用户需要的是将数据可靠的从A主机到B主机ip协议本质工作提供将数据从A主机到B主机的能力
2. IP协议 网络要对所有的主机进行表示。源ip目的ip来标识源主机和目的主机。每一个局部网络通过路由器和其他局部网络相连想要到达目的主机需要先到达目标网络再找到目标主机然后是目标进程
3. 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
ip地址就像身份证号一样每一部分都是设计好有代表的意义身份证号由地区码出生年月和签发机构等构成
4. 协议头格式 4位版本号version指定IP协议的版本对于ipv4来说就是44位头部长度header lengthIP头部的长度是多少个32bit也就是length*4的字节数4bit表示最大的数字是15单位是4因此ip头部最大长度是60字节8位服务类型Type Of Service3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04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/telent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 lengthIP数据报整体占多少个字节8位生存时间Time To LiveTTL是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游离报文出现路由循环8位协议表示上层协议的类型16位头部校验和使用CRC校验鉴别头部是否损坏坏了就丢弃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字节略
分片与组装 MTU对报文的大小做了限制规定最大1500字节如果发出的过大网络层就需要分片交付到达目标网络层完成拼接
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的id是相同的3位标志字段第一位保留保留的意思是现在不用没想好以后用不用第二位置为1表示禁止分片这时候如果报文长度超过MTUip模块会丢弃报文第三位标识“更多分片”如果分片了的话最后一个分片位置为1其他为0是一个结束标记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报文中哪个位置实际便宜的字节数是这个值*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
如何知道分片了 如果分片了那么片偏移不等于0或者更多分片等于1
如何分片 比如一个3000字节的报文超过了1500需要分片先将头部1500字节取出来设置片偏移为1然后第二个分片取1480字节设置报头更多分片1偏移1500拼接上去最后部分添加报头设置偏移2980更多分片为0表示结束。这三个标识id是统一的
如何组装 根据偏移排序去掉除第一个报文的报头拼接数据。丢弃哪一个都可以通过偏移和标志查出来。如果丢了一个就要全部重发。所以不建议分片会增加丢包概率
5. 网段划分重要
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在一起 如果在子网中新增一台主机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的其他主机重复
路由器本质也是特定一个子网的主机也要配置ip地址。一定要至少连接2个子网也就相当于同时在两个子网暂时认为路由器有多张网卡就行路由器可以配置多个ip的。一般是一个子网中第一台设备一般它的ip地址都是网络号.1路由器不仅可以进行ip报文的转发还可以构建子网局域网
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
ipv4是4字节的最多只有42亿个属于有限的资源所以需要对ip资源合理的分配
五类划分
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该图出自[TCPIP] A类 0.0.0.0到127.255.255.255 B类 128.0.0.0到191.255.255.255 C类 192.0.0.0到223.255.255.255 D类 224.0.0.0到239.255.255.255 E类 240.0.0.0到247.255.255.255
随着internet的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6万五千多个主机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
CIDR
针对这种情况提出了新的划分方案称为CIDRclassless 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子网掩码为1表示对应网络位0表示主机位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
下面举两个例子 划分子网的例子1
划分子网的例子2
可见子网掩码和ip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
子网掩码可以对ip32位进行任意划分内网建设比如B类主机号16位太多了可以划出12位给网络剩下4位作为主机号
6. 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 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 7. ip地址的数量限制
我们知道ip地址ipv4是一个4字节32位的正整数那么一共只有2的32次方个ip地址大概是43亿左右而tcp/ip协议规定每个主机都需要一个ip地址。这意味着一共有43亿台主机接入网络吗实际上由于一些特殊的ip地址存在数量远远不足43亿另外ip地址并非是按照主机台数来配置的而是每一个网卡都需要配置一个或多个ip地址
CIDR在一定程度上缓解了ip地址不够用的问题提高了利用率减少了浪费但是ip地址的绝对上限并没有增加仍然不是很够用这时候有三种方式来解决
动态分配ip地址只给接入网络的设备分配ip地址因此同一个mac地址的设备每次接入互联网中得到的ip地址不一定是相同的NAT技术后面重点介绍ipv6ipv6并不是ipv4的简单升级版这时互不相干的两个协议彼此病不兼容ipv6用16字节128位来表示一个ip地址但是目前ipv6还没有普及
8. 私有ip地址和公网ip地址
理解运营商和全球网络
我们是怎么上网通过调试解调器将模拟光电信号转为数字信号再交给路由器路由器构建了局域网网络在运营商上网需要账号密码交钱。路由器的管理也有一个账号密码。每个国家的基站等网络都是由运营商和国家完成的
全球网络中将ip按国家进行了划分。每个国家和地区都有自己的ip地址段。在国内再次划分每个ip地址还包含了省和市网段的匹配的信息市的定位不一定准确。如果别国想访问国内的一台主机先拿目标ip在全球范围的路由器对比发现是中国的然后再交由国内的路由器判断子网掩码后的所属到省到市一直往下
数据发送过程
如果一个组织内部组建局域网ip地址只用于局域网内的通信而不直接连到internet上理论上使用任意的ip地址都可以但是RFC1918规定了用于组建局域网的私有ip地址
10.*前8位是网络号共16,777,216个地址172.16.到172.31前12位是网络号共1,048,576个地址192.168.*前16位是网络号共65536个地址包含在这个范围内都称为私有ip其余的则称为全局ip或公网ip 一个路由器可以配置两个IP地址一个是WAN口IP一个是LAN口IP子网IP路由器LAN口连接的主机都从属于当前这个路由器的子网中不同的路由器子网IP其实都是一样的通常都是192.168.1.1子网内的主机IP地址不能重复但是子网之间的ip地址就可以重复了每一个家用路由器其实又作为运营商路由器的子网中的一个节点这样的运营商可能会有很多级最外层的运营商路由器WAN口IP就是一个公网IP子网内的主机需要和外网进行通信时路由器将Ip首部中的ip地址进行替换替换成WAN口ip这样逐级替换最终数据包中的ip地址成为一个公网ip这种技术称为NATNetwork Address Translation网络地址转换如果希望我们自己实现的服务器程序能够在公网上被访问到就需要把程序部署在一台具有外网ip的服务器上这样的服务器可以在阿里云/腾讯云上购买
比如上面192.168.1.201主机想访问一个ip是201,100,11的公网它自己是私有ip所以到达自己所在的路由器后要替换将源ip替换为路由器的WANip就是10.1.1.2由家用路由器再发送给运营商路由器源ip是它的子网继续替换为122.77.241.4这个过程可能会重复直到有一个路由器发送到广域网中以省为例判断这个ip是不是国内的是就转给这个省不断向下根据目的ip就可以确定发送的主机
nat路由器在这个替换过程中会保存映射关系当数据要发送回来的时候不断还原ip
大企业的网络也由内网构成但会提供一个公网路由器
9. 路由
在复杂的网络结构中找出一条通往终点的路线路由的过程就是这样一跳一跳Hop by Hop“问路”的过程 所谓“一跳”就是数据链路层中的一个区间具体在以太网中指从源MAC地址到目的MAC地址之间的帧传输区间
ip数据报的传输过程和纹路一样当ip数据报到达路由器时会先查看目的ip。路由器决定这个数据报时能直接发送给目标主机还是需要发送给下一个路由器依次反复一直到达目标ip地址 那么如何判定这个数据包该发送到哪里每个节点内部维护一个路由表
当路由器找路时不会出现不知道的情况那样数据就无法发送了。会有下面的结果 给你具体下一跳的路 路由器不清楚但转入默认路由器 到达入口路由器 路由表
可以用route命令查看 如果目的ip命中了路由表就直接转发即可。路由表中的最后一行们主要由下一跳地址和发送接口两部分组成当目的地址与路由表其他行都不匹配时就会按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳地址
假如某主机网络接口配置和路由表如下
这台主机由两个网络接口一个网络接口连到192.168.10.0/24网络另一个网络镰刀192.168.56.0/24网络 路由表的Destination是目的网络地址Genmask是子网掩码Gateway是下一跳地址Iface是发送接口Flags中的U标志标识此条目有效可以禁用某些条目G表示此条目的下一跳地址是某个路由器的地址没有G标志的条目表示目的网络地址是与本机接口直接相连的网络不闭经路由器转发
转发过程例1发送数据报目的192.168.56.3 跟第一行的子网掩码左与运算的到192.168.56.0与第一行目的网络不符 第二行同样计算正式第二行的目的网络经由eth1接口发送。是与eth1接口直连的网络可以直接发到目的主机不需要转发
转发过程例2发送数据包目的202.10.1.2 和前几项对比都不是 按缺省条目从eht0发乎去往192.168.10.1路由器由这个路由器根据它的路由表决定如何发
10. 路由表生成算法
路由表可以由网络管理员手动维护静态路由也可以通过一些算法自动生成动态路由。例如距离向量算法LS算法啊Dijkstra算法等
