网络原理--IP协议简介

IP协议的主要功能：1.地址管理，使用一套地址体系，来描述互联网上每一个设备的位置。

2.路由选择，规划数据包如何从一个IP地址传到另一个IP地址。

IP协议的报头

1.版本：取值只有两种：IPV4（当前大规模使用）和IPV6。

2.首部长度：单位4个字节，Ip报头的长度也是可变的。

3.服务类型：8位，但是实际上只有4位有效，其中只有一位为1，剩余3为0，表示当前IP所处的模式：最小延时；最大吞吐量；最高可靠性；最小成本。

4.总长度：表示IP数据包的长度，并限制IP数据包的长度（64KB）但意义不大，因为MTU的限制往往小于IP数据包的自身限制。

5.生存时间：Ip数据包最大的跳转数。

6.协议：表示传输层在使用哪个协议。

7.首部校验和：只是针对IP的首部校验，载荷部分不管了。

8.源IP地址和目的IP地址：最重要的部分，表示了发件人和收件人的地址。

IP数据包的拆包和组包

当传输层的数据过大时，IP协议会将其拆分，拆包之后在未来进行组包。

如何组包：与IP报头中的这几位有关

1.16位标识：哪些IP数据包的载荷应该往一起组装。

2.3位标志：只有2位有效，一位表示这次的数据包是否拆包了，另一位表示结束标记。

3.13位片偏移：描述了这些包的先后顺序。

IP协议如何管理地址

IP地址本质上是一个32位的整数，但是为了方便，将其分为四段十进制的数字。但是IPV4只能表示42亿9千万左右，现在已经有点不够用了。为了解决问题，提出了下面的解决方法：

1.动态分配IP地址

全世界的设备不会同时上网，动态分配IP地址更充分的利用现有的IP地址。

2.NAT机制（网络地址映射）

先把IP地址分为两个大类：

1.私网/局域网IP

Ip地址是以10.*; 172.16~172.31.*; 192.168.*   这三类都是私网IP。

2.公网/广域网IP

除了以上三类，剩下的都是公网IP。

要求公网上的设备，对应的公网IP都是唯一的。

但是私网上/局域网上的设备，使用私网IP，只要保证局域网内部的IP不重合即可，不同局域网之间的IP允许重复。

由于上述设定，就有一个重要的限制：

1.公网设备可以直接访问公网设备。

2.局域网访问同一个局域网中的设备也可以。

3.不同局域网中的设备不允许访问。

4.局域网中的设备访问公网设备，需要对局域网设备的IP进行转换。

5.公网设备不允许主动访问局域网设备。

IP数据包的发送和返回

1.Ip数据包的发送

这里简化了一下模型，只考虑经过一个路由器。

路由器一般都有2个IP地址：LAN口IP：往往是一个局域网IP。WAN口IP：可能是公网IP，也可能是局域网IP。

传送的IP数据包的源IP地址由192.168.2.10改为5.6.7.8（WAN口地址），但是目的IP一直是1.2.3.4

一旦这个数据包的源IP地址改为了公网IP，就不会再改变了。

2.数据的返回

数据返回如何找到源IP：路由器会建立路由表，将替换前的IP地址和替换后的IP地址都记录下来，数据包返回时就查询路由表，此时就可以把目的IP还原为原来的局域网IP地址。而且这个表还会包含源端口和目的端口，当同一个局域网同时有多个设备访问同一个服务器时，它们虽然会被转换成同一个公网IP，但是通过端口号便可以区分它们，如果极端情况（它们生成的随机端口号有相同的）：路由器会自动将它们映射为不同的端口号来区别。

IPV6简介

IPV6是从根源上解决了IP地址不够使用的难题，IPV6使用16个字节来表示IP地址，总数为2的128次方。但是由于IPV6的报头和IPV4是不兼容的，而且升级也不会提升网速，所以使用的人比较少。

网络号和主机号

同一个局域网中，网络号都是相同的，但是主机号都是不相同的。IP地址和子网掩码进行&运算便可以得到网络号。一般一个网络号中的主机号如果全为0，那么它表示这个网段，不能分配给主机使用。如果主机号全为1，表示广播地址，也不能分配给主机使用。

路由选择

由于网络的结构太复杂，每个路由器无法掌控全局消息，所以只能“摸着石头过河”，找出一个“较优解”。

每个路由器对于它所处的网络环境即相邻的设备有一定的了解，此时它便根据它所掌握的情况选出一条路来，把数据包交给下一个路由器，下一个路由器也找出一条路来再交给下一个路由器。。。。