Linux网络--6、网络层

（1）4位版本号：指定IP协议的版本；例如：IPV4就是4

（2）4位首部长度：4位表示的最大数字是15，且单位为4字节，因此IP头部最大长度是60字节

（3）8位服务类型（TOS）：包括3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0）4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

（4）16位总长度：IP数据报整体占多少个字节

（5）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, 那么每⼀个⽚⾥⾯的这个id都是相同的

（6）3位标志字段: 第⼀位保留(保留的意思是现在不⽤, 但是还没想好说不定以后要⽤到).

第⼆位置为1 表⽰禁⽌分⽚, 这时候如果报⽂⻓度超过MTU, IP模块就会丢弃报⽂.

第三位表⽰"更多分⽚", 如果分⽚了的话, 最后⼀个分⽚置为0, 其他是1. 类似于⼀个结束标记

（7）13位分片偏移：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原报⽂中处在哪个位置.

实际偏移的字节数是这个值除以 8 得到的. 因此, 除了最后⼀个报⽂之外, 其他报⽂的⻓度必须是8的整数倍(否则报⽂就不连续了).

除以8进行储存，在读取时就要进行乘以8，2^13*8 = 2^16 == 16位总长度，刚好包含整个IP数据报

（8）8位生存时间（TTL）：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出现路由循环
（9）8位协议：标识传输层使用的协议类型
（10）16位头部校验和：使用CRC进行校验，来鉴别头部是否损坏
（11）32位源地址和目的地址：表示发送端和接收端

三、网段划分

3.1介绍

基础概念中我们提到IP地址分为两个部分：网络号和主机号
• 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;

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.
• 有⼀种技术叫做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.

3.2划分方法

（1）五类划分法：

• 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

（2）子网掩码

随着网络的发展，第一类划分法就导致分配不均，有些被分配完，而有些却被浪费所以提出了子网掩码的方法

,IP地址与⼦⽹掩码做 按位与 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表⽰⽅法,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

3.3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;
• 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

四、私有与公有

若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65,536个地址
包含在这个范围中的, 都成为私有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.
• 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NAT(Network 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/腾讯云上进⾏购买

五、路由

在复杂的网络结构中找到通往目的地的路线
• 当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看⽬的IP;
• 路由器决定这个数据包是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;

如何发送给下一个路由器

每个路由器都有自己的路由表，每个路由器都有自己的路由表

利用route查看路由表，假如某主机路由表如下：

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标志表⽰此条⽬有效(可以禁⽤某些条⽬),G标志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,不必经路由器转发;
每个路由器都有构建子网的功能，从运营商用申请的公网路由器建立公网广域网，然后不断进行网络建设，每个地区到各家各户进行分层，路由器构建子网，分层建立自己的私网
路由表拿到在ip层封装好的数据报时，按照路由表上的子网掩码和数据包中的目的IP进行按位与：
（1）得到的目的网络号和自己的一样就交给该网络号的路由器
（2）若不一样则与下一个子网掩码运算直到找到符合的下一跳
（3）若和路由表上的所有网络号都不符合，则交给默认的缺省路由表进行下一跳的路由分析