一、网络层(IP)协议
**网络层(被称为IP层)**但网络层协议并不只是IP协议，还包括ICMP(Internet Control Message Protocol)协议、IPX(Internet Packet Exchange)协议等。
1、IP协议
IP(Internet Protocol)本身是一个协议文件的名称，该协议文件的内容非常少，主要是定义并阐述了IP报文的格式。
经常被提及的IP，一般不是特指IP(Internet Protocol)这个协议文件本身，而是泛指直接或间接与IP协议相关的任何内容。
网络层位于数据链路层与传输层之间。网络层中包含了许多协议，其中最为重要的协议就是IP协议。网络层提供了IP路由功能。理解IP路由除了要熟悉IP协议的工作机制之外，还必须理解IP编址以及如何合理地使用IP地址来设计网络。
**IP协议有版本之分，分别是IPv4和IPv6。**目前，Internet上的IP报文主要都是IPv4报文，但是逐步在向IPv6过渡。若无特别声明，本章所提及的IP均指IPv4。
Type=0x0800 代表IPV4报头。可变报头，最小是20B ，最大：60B
**IPv4(Internet Protocol Version 4)**协议族是TCP/IP协议族中最为核心的协议族。它工作在TCP/IP协议栈的网络层，该层与OSI参考模型的网络层相对应。
IPv6(Internet Protocol Version 6)是网络层协议的第二代标准协议，也被称为IPng
(IP Next Generation)。它是Internet工程任务组IETF(Internet Engineering Task Force)设计的一套规范，是IPv4(Internet Protocol Version 4)的升级版本。
总结：
IP 协议：[定位地址=寻址转发]
实现部分的QOS功能
实现上层数据的分片功能
实现IP头部的校验
基于TTL实现网络中的防环
2、数据封装
应用数据需要经过TCP/IP每一层处理之后才能通过网络传输到目的端，每一层上都使用该
层的协议数据单元PDU(Protocol Data Unit)彼此交换信息。不同层的PDU中包含有不同的信息，因此PDU在不同层被赋予了不同的名称。
如上层数据在传输层添加TCP报头后得到的PDU被称为Segment(数据段);数据段被传递给网络层，网络层添加IP报头得到的PDU被称为Packet(数据包);数据包被传递到数据链路层，封装数据链路层报头和尾部得到的PDU被称为Frame(数据帧);最后，帧被转换为比特，通过网络介质传输。这种协议栈逐层向下传递数据，并添加报头和报尾的过程称为封装。
本章节我们主要讨论数据在网络层的封装，如果封装为IP协议，则被称为IP Packet(IP数据包)。
4、IPV4报头
(1)IPV4报文格式
IP Packet(IP数据包)，其包头主要内容如下∶
**Version版本∶**4 bit，4∶表示为IPv4; 6∶表示为IPv6。
**Header Length首部长度∶**4 bit，代表IP报头的长度(首部长度)，如果不带Option字段，则为20，最长为60。
**DS Field:**定义优先级
**DSCP:**区分服务 后期结合QOS使用的 [不在QOS场景下 字段无意义]
**Type of Service∶**8 bit，服务类型。优先级，越高越先处理。只有在有QoS差分服务要求时，这个字段才起作用。
**Total Length∶**16 bit，总长度，整个IP数据包的长度(IP报头+上层数据 [总长度-IP报头长度=上层数据] )。
Identification∶ 16 bit，标识，分片重组时会用到该字段。
Flags∶ 3 bit，标志位。
**Fragment Offset∶**12 bit，片偏移，分片重组时会用到该字段。
**TTL(Time to Live)****∶**8 bit，生存时间。
**Protocol∶**8 bit，协议∶下一层协议。指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个进程处理。
常见值∶
1: ICMP, Internet Control Message; 2: IGMP, Internet Group Management;
6: TCP , Transmission Control Protocol; 17: UDP, User Datagram Protocol。
Header Checksum**∶**16 bit，首部检验和。
Source IP Address**∶**32 bit，源IP地址。
Destination IP Address**∶**32 bit，目的IP地址。
**Options∶**可变，选项字段。
**Padding∶**可变，填充字段，全填0。
(2)数据包分片
当数据包比链路MTU大时，将报文分割成多个片段的过程叫做分片。
网络中转发的IP报文的长度可以不同，但如果报文长度超过了数据链路所支持的最大长度，则报文就需要分割成若干个较小的片段才能够在链路上传输。
**Identification∶**16 bit，发送主机赋予的标识，分片重组时会用到该字段。
**Flags∶**3 bit，标志位(标识)
DF**：Dont't fragment：**不分片位[应用开发，本身制定了]
DF=0 代表该数据可以进行分片。保留段位∶0，保留。
DF=1 代表该数据不可以分片，数据大于MTU 单DF=1，则无法分片，数据丢弃。
**不分段位∶**1表示"不能分片"; 0表示"能分片"。
**MF:**更多分片
MF=1，表示"后面还有分片";
MF=0，表示"代表后方没有分片了，接受者可以重组"
**Fragment Offset∶**12 bit，片偏移，分片重组时会用到该字段。指出较长的分组在分片后，
该片在原分组中的相对位置，与更多段位组合，帮助接收方组合分段的报文。
>分片后，子分片会保留和原始分片相同的IP报头。
>分片后，除原始分片之外，其他的子分片都不会携带上层的协议报头[icmp-传输层][一般指最后一个]
(3)协议号(Protocol)
IP报文头中的协议号字段标识了将会继续处理该报文的协议。即指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上报给哪个进程处理。
目的端的网络层在接收并处理报文以后，需要决定下一步对报文如何处理。IP报文头中的协议字段标识了将会继续处理报文的协议。
该字段可以标识网络层协议，也可以标识上层协议，
-
ICMP (Internet Control Message Protocol，因特网控制报文协议，对应值0x01)1=ICMP
-
TCP (Transmission Control Protocol，传输控制协议，对应值0x06) 6=TCP
-
UDP (User Datagram Protocol，用户数据包协议，对应值0x11) 17=UDP
-
OSPF (Open Shortest Path First,开放式最短路径优先，对应值) 89=OSPF
(4)生存时间(Time to Live , TTL)
TTL字段设置了数据包可以经过的路由器数目(三层设备)[自带防环手断]。
防止IP数据包在网络内无休止的传输，一旦经过一个路由器(三层设备)，TTL值就会减1，当该字段值为0时，数据包将被丢弃。
**防环：**规定特定数值255、128、64[不同的厂商不一样] 当TTL减为1后，数据会丢弃，并且向源端发送一个TTL超时。
**破环：**无法消除环路 -->结合 工程师在配置时合理化的配置
利用TTL特性，可以实现路由跟踪技术，排错的重要方法之一!
Ping -i 或 Tracert:
**Time to Live∶**8 bit，生存时间。可经过的最多路由数，即数据包在网络中可通过的路由器数的最大值。
报文在网段间转发时，如果网络设备上的路由规划不合理，就可能会出现环路，导致报文在网络中无限循环，无法到达目的端。环路发生后，所有发往这个目的地的报文都会被循环转发，随着这种报文逐渐增多，网络将会发生拥塞。
为避免环路导致的网络拥塞，IP报文头中包含一个生存时间TTL(Time To Live)字段。报文每经过一台三层设备，TTL值减1。初始TTL值由源端设备设置。当报文中的TTL 降为0时，报文会被丢弃。同时，丢弃报文的设备会根据报文头中的源IP地址向源端发送ICMP错误消息。(注意∶网络设备也可被配置为不向源端发送ICMP错误消息。)
Head checksum **：**头部校验和 [E2=FCS] [类似]
**FCS:**所有 **Check-sum:**校验IP报头的头部
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