目錄

1. IPv4 地址
2. 全局地址和私有地址
3. IP報(bào)文分片與重組
4. IPv6
5. IPv4首部
6. IPv6首部
7. DNS
8. ARP
9. ICMP
10. DHCP
11. NAT
12. IP隧道
13. 路由控制

1. IPv4 地址

• 描述：在連接到網(wǎng)絡(luò)的所有主機(jī)中識(shí)別出進(jìn)行通信的主機(jī)的目標(biāo)地址，具有32 bit，由網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)標(biāo)識(shí)組成，不同網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)地址不允許重復(fù)，同網(wǎng)段內(nèi)的主機(jī)標(biāo)識(shí)不允許重復(fù)，由子網(wǎng)掩碼確定標(biāo)識(shí)網(wǎng)絡(luò)地址的比特位數(shù)，如192.168.1.10 /24組成如下：

• A類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為前8 bit，第1 bit為0，地址范圍為0.---.---.--- ~ 127.---.---.---

• B類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為前16 bit，前2 bit為10，地址范圍為128.0.---.--- ~ 191.255.---.---

• C類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為前24位，前2 bit為110，地址范圍為192.0.0.--- ~ 223.255.255.---

• D類地址：網(wǎng)絡(luò)地址為前32 bit，前3 bit為1110，地址范圍為224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

• 廣播地址：用于在同一數(shù)據(jù)鏈路中相互連接的主機(jī)間發(fā)送數(shù)據(jù)，將IP地址中的主機(jī)地址全部設(shè)為1即為廣播地址，廣播分為本地廣播和直接廣播，本地廣播指的是向同網(wǎng)段內(nèi)的主機(jī)進(jìn)行廣播，會(huì)被路由器屏蔽，直接廣播指的是向不同網(wǎng)段內(nèi)的主機(jī)進(jìn)行廣播
• IP多播：用于將數(shù)據(jù)發(fā)送給特定組內(nèi)的主機(jī)，使用D類地址進(jìn)行多播，前四位為1110，后28位為多播的組編號(hào)

2. 全局地址和私有地址

• 私有地址：A類 10.0.0.0-10.255.255.255 網(wǎng)絡(luò)數(shù)：1
  ?????B類 172.16.0.0-172.31.255.255 網(wǎng)絡(luò)數(shù)：16
  ?????C類 192.168.0.0-192.168.255.255 網(wǎng)絡(luò)數(shù)：255
• NAT技術(shù)：將私有IP與全局IP進(jìn)行互換

3. IP報(bào)文分片與重組

• 描述：根據(jù)不同數(shù)據(jù)鏈路的MTU（最大數(shù)據(jù)大?。┎煌瑢?duì)IP報(bào)文進(jìn)行分片，并在目標(biāo)主機(jī)進(jìn)行重組，路由器只進(jìn)行分片而不進(jìn)行重組
• IP報(bào)文分片：按照MTU大小對(duì)UDP或TCP爆粉進(jìn)行分割，并在IP首部中設(shè)置片偏移字段，用于表示分片后IP報(bào)文的數(shù)據(jù)在UDP或TCP報(bào)文數(shù)據(jù)中的相對(duì)位置和該分片之后是否還有后續(xù)其他分片
• IP報(bào)文重組：根據(jù)IP首部中的片偏移字段，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重組操作
• 路徑MTU：指從發(fā)送端到接收端之間不需要分片時(shí)最大的MTU大小，即路徑中所有數(shù)據(jù)鏈路的最小MTU，這樣只需要在發(fā)送端進(jìn)行分片，路由器就可以不用參與分片

4. IPv6

• 描述：為了根本解決IPv4地址耗盡的問題而提出的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，長度為IPv4的4倍（128 bit），一般寫成8個(gè)16 bit
• 全局單播地址：前64 bit為網(wǎng)絡(luò)地址，網(wǎng)絡(luò)地址由48 bit全局路由前綴和16 bit子網(wǎng)ID組成，后64 bit為接口ID，用作主機(jī)地址

• 鏈路本地單播地址：前10位為1111 1110 10，后面54位為0，最后64為接口ID，用作主機(jī)地址

• 唯一本地地址：前8位為1111 1101，后面40位為全局ID，隨即決定，

• 分片：只在發(fā)送端進(jìn)行，最小MTU為1280字節(jié)

5. IPv4首部

IPv4首部

• 版本：4 bit，表示標(biāo)識(shí)IP首部的版本號(hào)，IPv4的版本號(hào)為4，就位0100
• 首部長度：4 bit，標(biāo)本IP首部的大小，單位為4字節(jié)，對(duì)于沒有可選項(xiàng)的IP包，首部長度為5，即為4*5=20字節(jié)
• 區(qū)分服務(wù)：8 bit，用來進(jìn)行質(zhì)量控制
• 總長度：16 bit，表示IP首部與數(shù)據(jù)合起來的總字節(jié)數(shù)
• 標(biāo)識(shí)：16 bit，用于分片重組，同一個(gè)包分片后的標(biāo)識(shí)相同
• 標(biāo)志：3 bit，表示包被分片的相關(guān)信息

• 片偏移：13 bit，用來標(biāo)識(shí)被分片的片段相對(duì)于原始數(shù)據(jù)的位置，單位為8字節(jié)
• 生存時(shí)間：8 bit，指可以中轉(zhuǎn)多少個(gè)路由器，每經(jīng)過一個(gè)路由器TTL減1，直到變成0丟棄
• 協(xié)議：8 bit，表示IP首部的下一個(gè)首部屬于哪個(gè)協(xié)議
• 首部校驗(yàn)和： 16 bit，用于校驗(yàn)IP首部
• 源地址：32 bit，發(fā)送端IP地址
• 目的地址：32 bit，接收端IP地址
• 可選項(xiàng)：長度可變，用于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或診斷
• 填充：在有可選項(xiàng)的情況下，用于將IP首都填充至32的整數(shù)倍
• 數(shù)據(jù)：保存IP上層的數(shù)據(jù)

6. IPv6首部

IPv6首部

7. DNS

• 描述：管理域名和IP地址之間對(duì)應(yīng)關(guān)系的系統(tǒng)
• 域名服務(wù)器：管理域名的主機(jī)和相應(yīng)軟件
• 解析器：進(jìn)行DNS查詢的主機(jī)和軟件，比如用戶的主機(jī)

8. ARP

• 描述：以目標(biāo)地址為線索，來定位下一個(gè)應(yīng)該接受數(shù)據(jù)分包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)應(yīng)的MAC地址，即通過IP地址查詢MAC地址，用以在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸
• ARP請(qǐng)求：包含目標(biāo)主機(jī)的IP地址、發(fā)送端IP地址和發(fā)送端MAC地址，通過廣播的形式發(fā)送給本數(shù)據(jù)鏈路中的所有主機(jī)
• ARP響應(yīng)：包含目標(biāo)主機(jī)的MAC地址
• RARP：從MAC地址定位IP地址的協(xié)議，通過RARP服務(wù)器實(shí)現(xiàn)

9. ICMP：

• 描述：主要功能包括確認(rèn)IP包是否成功送達(dá)目標(biāo)地址、通知在發(fā)送過程中IP包被丟棄的具體原因，以及改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等，ICMP消息主要分為錯(cuò)誤消息和查詢消息兩類
• 目標(biāo)不可達(dá)消息：IP路由器無法將IP數(shù)據(jù)包發(fā)送給目標(biāo)地址時(shí)，會(huì)給發(fā)送端返回一個(gè)目標(biāo)不可達(dá)的ICMP消息
• 重定向消息：路由器發(fā)現(xiàn)發(fā)送端主機(jī)使用了次優(yōu)的路徑發(fā)送數(shù)據(jù)，就會(huì)返回一個(gè)ICMP重定向消息，消息中包含了最適合的路由信息和源數(shù)據(jù)
• 超時(shí)消息：當(dāng)IP包中的TTL字段變?yōu)?時(shí)，路由器會(huì)返回一個(gè)ICMP超時(shí)消息

10. DHCP：自動(dòng)設(shè)置IP地址、統(tǒng)一管理IP地址分配

• DHCP客戶端通過廣播發(fā)送DHCP發(fā)現(xiàn)包，要求設(shè)置IP地址和子網(wǎng)掩碼
• DHCP服務(wù)器返回一個(gè)DHCP提供包，提供可以使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)置
• DHCP客戶端通過廣播發(fā)送DHCP請(qǐng)求包，通知想要使用DHCP提供包中的設(shè)置
• DHP服務(wù)器再次返回一個(gè)DHCP提供包，通知允許使用前一個(gè)DHCP提供包中的設(shè)置

11. NAT

• 描述：用于本地網(wǎng)絡(luò)中的私有地址到連接互聯(lián)網(wǎng)時(shí)的全局IP地址的轉(zhuǎn)換技術(shù)

12. IP隧道

• 描述：在網(wǎng)絡(luò)層的首部后面繼續(xù)追加網(wǎng)絡(luò)層的首部的通信方法，用于在不同的網(wǎng)絡(luò)中的傳送數(shù)據(jù)，比如在IPv6數(shù)據(jù)包后面追加IPv4首部，以便在IPv4網(wǎng)絡(luò)中傳送IPv6數(shù)據(jù)包

13. 路由控制

• 描述：IP數(shù)據(jù)包通過路由器的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，從而最終到達(dá)目標(biāo)地址。所有主機(jī)都維護(hù)著一張路由控制表，該表記錄了IP數(shù)據(jù)包在下一步應(yīng)該發(fā)往的路由器
• 路由控制表：記錄網(wǎng)絡(luò)地址與下一步應(yīng)該發(fā)送到的路由器的地址
  ??????靜態(tài)路由 — 管理員設(shè)置好的并將路由信息固定的方法
  ??????動(dòng)態(tài)路由 — 由路由協(xié)議在運(yùn)行過程中自動(dòng)地設(shè)置路由控制信息
• 默認(rèn)路由：與路由控制表中無匹配項(xiàng)的被轉(zhuǎn)發(fā)至默認(rèn)路由
• 環(huán)回地址：127.0.0.1作為環(huán)回地址，被用于本機(jī)上的程序之間進(jìn)行通信的地址，數(shù)據(jù)不會(huì)流向網(wǎng)絡(luò)