一般网站服务器配置,东莞债优化,自动生成作文的软件,新品上市新闻稿文章目录 一、IP协议的基本认识二、IP的协议头格式三、网段划分四、特殊的IP地址五、IP地址的数量限制六、私有IP地址和公网IP地址 一、IP协议的基本认识
IP在网络分层中属于网络层协议#xff0c;传输层协议里的TCP协议解决的是可靠性问题#xff0c;网络层协议里的IP协议能… 文章目录 一、IP协议的基本认识二、IP的协议头格式三、网段划分四、特殊的IP地址五、IP地址的数量限制六、私有IP地址和公网IP地址 一、IP协议的基本认识
IP在网络分层中属于网络层协议传输层协议里的TCP协议解决的是可靠性问题网络层协议里的IP协议能让主机拥有将数据从本地发送到远端主机的能力。但这个能力并不一定是可靠的也就是说有可能会出现发送失败的情况所以我们可以结合TCP协议也就是说TCP/IP协议能让主机拥有将数据从本地可靠地发送到远端主机的能力。
主机指的是配有IP地址的一台独立计算机单个主机只要它具有对应的网络层它就具有路由控制的能力。
路由器是配有IP地址可以进行路由控制的设备它主要功能是在网络传输路上对数据包进行转发。
路由器和主机统称为节点。
二、IP的协议头格式
IP的协议头格式与TCP的协议头格式非常像下面将分别介绍IP协议的协议头格式中各个字段所代表的含义。 4位版本 该字段代表的是IP协议的版本号一般填的都是IPV4虽然也有IPV6的IP协议但是IPV6和IPV4是不兼容的所以这里的四位版本字段一般填充的都是IPV4如果是IPV6那就是另外一套策略了。
4位首部长度 该字段代表的就是整个IP报文的长度这里和TCP协议中的4位首部长度是一样的理论上它的取值范围是0000~1111单位是4个字节但事实上IP协议的协议报头标准长度是20个字节所以4位首部长度的实际取值范围应该是0101~1111。
8位服务类型(TOS) 该字段一般很少去使用这8位中其中3位是优先权字段(已经弃用)4位是TOS字段1位是保留字段(必须置为0)。其中4位TOS字段(Type Of Service)分别表示最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本。这四者相互冲突在使用时只能选择一个。比如我们将来写一些应用程序该程序想要尽快地将数据推送到对端比如ssh/telnet这样的程序最小延迟比较重要。比如我们将来要写一些文件传输类的程序比如ftp这种程序最大吞吐量比较重要。
16位总长度(字节数) 该字段代表IP数据报整体占多少个字节。
8位协议 该字段代表上一层的协议是什么类型。
8位生存时间(TTLTime To Live) 当数据在网络传输的过程中由于网络出现BUG或者对端主机不可达等不可控因素的存在有可能会导致IP报文在网络中长时间游离而不消失这种游离的报文到达不了对端主机属于没有任何意义的报文了再怎么转发也到达不了对端主机反而还要占用网络带宽的资源。所以我们必须给IP报文设置生命周期8位的生存时间就是IP报文的生命周期。比如把该字段设置为X当IP报文在网络中每经过一个路由器就将X的值减一当X的值减到0时就代表该报文的生命周期到了直接可以将该报文丢弃。
32位源IP地址和32位目的IP地址 这两个字段顾名思义分别代表的是源IP地址和目的IP地址。
16位标识、3位标志和13位片偏移 16位标识、3位标志和13位片偏移这三个字段位于IP协议报头中的第二行这三个字段都与IP报文分片和组装有关。
数据链路层有发送单个数据帧的最大值约束所以我们不能发送太大的IP报文。但是如果我们的IP报文很大就需要对IP报文进行分片。这就好比寄快递的时候有些快递公司可能规定单个包裹最大重要是多少如果我们要寄的东西超过了这个最大重量就没办法按单个包裹进行寄送了只能将其进行拆分拆分成多个包裹一起寄送。
但是分片也会出现丢包问题如果一个IP报文被分成多个报文发出只要其中有一个报文丢包了在对端的网络层都不会将这个不完整的IP报文交付给传输层而是认为该IP报文整体丢包了。显而易见的是分片之后丢包的概率是变得更大了所以网络层进行分片并不是主流手段所以一般在发报文时尽量避免IP报文分片。
下面介绍如何对IP报文进行分片。IP报文的报头中都有一个16位标识字段这里填的是IP的序号当对IP进行分片时分出来的每一份IP报文都要填充原IP报文的标识。 当接收端的网络层拿到IP报文时要进行IP报文进行组装首先要识别哪些报文是被分片过的然后将被分片的报文中序号相同的报文集合在一起。接收端识别报文是否是被分片的就需要用到IP报文中的3位标志字段。3位标志字段是3个比特位第一个比特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。第二个比特位如果被设置为1则代表禁止分片禁止分片时如果报文的长度超过数据链路层一次能接受的最大长度IP模块就会丢弃该报文。第三位如果被设置为1则代表更多分片如果该IP报文被分片了前面的所有分片报文这个第三位都设置为1只有最后一个分片报文中这个第三位被设置为0类似于一个结束标记。 接收端将被分片过的报文中序号相同的报文集合起来以后就需要对报文进行组装了。这里就需要用到IP协议报头中的13位片偏移字段该字段是分片相对于原始IP报文开始处的偏移量其实就是表示当前分片在原报文中处在哪个位置。 接收端是如何判断接收到的IP报文哪些是被分片的呢 首先看该报文的三位标志字段中第三位是否是1如果是的话则代表该报文是被分片的如果第三位是0再看该报文的片偏移字段是否为0如果片偏移字段不为0则代表该报文是被分片的并且是最后一个分片。如果片偏移字段为0那就代表该报文不是被分片的。 接收端如何确定收集起来的相同序号的分片报文是否是完整的呢 判断第一片分片报文是否丢了只需要让所有的相同序号的分片报文按照片偏移量进行排序如果排好序之后片偏移量最小的报文不是0那么就代表第一片分片丢了。 判断最后一片报文是否丢了只需要查看这些报文中是否没有3位标志位中第三位为0的报文如果是的话则代表最后一片报文丢了。 判断中间的报文是否丢了只需要让所有的相同序号的分片报文按照片偏移量进行排序然后从头开始遍历确认如果片偏移量加上报文自身长度不等于下一个报文的片偏移量则代表中间有报文丢了。 IP分片会影响传输层的TCP和UDP吗 答案是当然会的因为分片提高了丢包的概率对TCP的影响可能相对少一点因为TCP是可靠性传输就算丢包了可以超时重传等等。但是UDP是不可靠传输的所以对UDP影响是会比较大的。 三、网段划分
IP地址是由目的网络目的主机构成的目的网络即网络号它保证相互连接的两个网段具有不同的标识。目的主机即主机号在同一网段内主机之间具有相同的网络号但是它们的主机号必须不相同主机号就是用来在同一网段内标识唯一主机的。IP报文在网络传输的时候先根据IP地址的目的网络进行路由找到目标网络。然后再根据目的主机的主机号进行数据转发。 不同的子网其实就是把网络号相同的主机放到一起如果子网中新增了一台主机则这台主机的网络号和这个子网的网络号必须一致但是主机号必须不能和子网中的其它主机重复。 全球每一台电脑主机都有自己唯一的IP地址我们的IP地址都是被划分成不同的网段的。过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案把所有的IP地址分为5类如下图所示 这种方法叫作分类划分法最后IP地址经过划分这五类就有自己的IP地址范围
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
随着互联网的高速发展这种划分方案的局限性很快显现出来了大多数组织机构都申请B类网络地址导致B类地址很快就分配完了例如一个机构申请了一个B类地址理论上一个子网可以允许有2^16次方也就是65536台主机但该机构只有2万个主机使用就会导致有4万个主机名额的浪费。
针对这种情况我们又提出了新的划分方案称为CIDR(Classless Interdomain Routing)它引入了一个额外的子网掩码让每一个子网都配上一个子网掩码用子网掩码来区分网络号和主机号。举个例子假设我们的IP地址是八位的该IP地址会配上一个也是八位的子网掩码我们将IP地址与子网掩码进行按位与就可以提取出该IP地址对应的网络号。 IP地址的划分可以将世界上所有的主机划分成不同的网段通过网段的划分就可以快速地查找到该IP地址对应的主机。比如我们拿到一个需要发送的IP报文看一看目的IP地址是什么先从该IP地址中判断它是属于哪一个国家的比如说判断出来是属于中国的IP地址然后再看该IP地址属于哪个省的再看属于哪个市的最后一直向下定位直到找到这一台主机。网段划分就是分配IP地址资源的一种策略。
四、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子网(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
五、IP地址的数量限制
IP地址(IPV4)是一个4字节32位的正整数那么一共只有2^32个IP地址大概就是43亿左右。而TCP/IP协议规定每个主机都需要有一个IP地址并且由于一些特殊的IP地址的存在IP地址的数量可用的远远不足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地址比如说路由器。所以IP地址的数量是不够使用的。
CIDR在一定程度上缓解了IP地址不够用的问题但它只是提高了IP地址的利用率减少了浪费并没有增加IP地址的绝对上限所以IP地址仍然不是很够用这时候就有三种方式来解决这个问题
动态分配IP地址只给接入网络的设备分配IP地址不上网的设备就不给它分配IP地址最典型的就是我们连接WIFI只要我们一连接就会分配给我们一个IP地址不连接的话就不会分配。但这种方法推广到公网上就不是特别适用了因为公网上一般都是路由器或者服务器这些都是要一直提供网络服务的。使用IPV6的技术IPV6并不是IPV4的简单升级版这是两个互相相干的协议彼此并不兼容。IPV6用16个字节128个比特位来表示一个IP地址但是目前IPV6还没有完全普及。NAT技术
六、私有IP地址和公网IP地址
如果一个组织内部组建局域网IP地址只用于局域网内通信而不直接连到Internet上理论上使用任意的IP地址都是可以的但是RFC 1918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16777216个地址172.16.到172.31.前12位是网络号共1048576个地址192.168.*前16位是网络号共65536个地址
包含在这个范围中的都称为私有IP其余的则称为全局IP也叫作公网IP。
我们家里拉过网线的话应该都知道拉网线是需要找三大运营商帮我们拉的运营商会给我们配置好一个局域网并给我们一个路由器每个人家里应该都有这个路由器这个路由器就是你们家里局域网的一号主机。未来我们想通过网络访问公网服务器的时候我们家里的路由器是不能直接将数据转发到公网的而是要先将我们的数据转发到运营商的路由器上运营商的路由器再帮我们把数据转发到公网上。我们不能绕过运营商这也是为什么我们上网要给运营商交费因为是运营商为我们搭建好的上网渠道。 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(也叫子网IP)。路由器LAN口连接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路由器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了。
如果我们此时通过运营商给家里连上网络了我们想在网络上浏览别人服务器的内容比如想上网看个抖音这个时候我们的请求会从主机发送到我们家里的家用路由器源IP地址就是我们主机在局域网内的IP地址目的IP地址就是我们要访问的服务器在公网上的IP地址。
当我们的数据转发到家用路由器之后家用路由器需要将我们的数据进一步转发给运营商路由器但此时我们处在的就是运营商路由器下的局域网了如果还用我们主机在家用局域网内的IP地址的话可能就会与其它家用局域网内的IP地址重复了所以家用路由器会帮我们将源IP地址替换替换成WAN口IP地址。
数据转发到了运营商的路由器也要同样地进行这种源IP地址的替换同样是替换成运营商路由器的WAN口IP地址最终数据包就这样被转发到了公网中的服务器上。 这种技术称为NAT(Network Address Translation网络地址转换)技术这种方法可以隐性地增加IP地址的数量因为局域网之间IP地址是可以重复的。
