1. IP协议
1.1. Internet 协议特征
- 运行于 OSI 网络层
- 面向无连接的协议
- 独立处理数据包
- 分层编址
- 尽力而为传输
- 无数据恢复功能
1.2. IP PDU 报头
- 版本:占4位,指 IP 协议的版本目前的IP协议版本号为4
- 首部长度:占4位,可表示的最大数值是15个单位，一个单位为4字节，因此IP 的首部长度的最大值是60字节
- 区分服务:占8位,用来获得更好的服务,在旧标准中叫做服务类型,但实际上一直未被使用过.后改名为区分服务.只有在使用区分服务(DiffServ)时,这个字段才起作用.一般的情况下不使用
- 总长度:占16位,指首部和数据之和的长度,单位为字节,因此数据报的最大长度为 65535 字节.总长度必须不超过最大传送单元 MTU
- 标识:占16位,它是一个计数器,通常，每发送一个报文，该值会加1， 也用于数据包分片，在同一个包的若干分片中，该值是相同的
- 标志(flag):占3位,目前只有后两位有意义
- DF： Don’t Fragment 中间的一位，只有当 DF=0 时才允许分片
- MF： More Fragment 最后一位，MF=1表示后面还有分片,MF=0 表示最后一个分片
- 片偏移:占12位,指较长的分组在分片后，该分片在原分组中的相对位置.片偏移以8个字节为偏移单位
- 生存时间:占8位,记为TTL (Time To Live) 数据报在网络中可通过的路由器数的最大值,TTL 字段是由发送端初始设置一个 8 bit字段.推荐的初始值由分配数字 RFC 指定,当前值为 64.发送 ICMP 回显应答时经常把 TTL 设为最大值 255
/proc/sys/net/ipv4/ip_default_ttl
- 协议:占8位,指出此数据报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处理过程, 1表示为 ICMP 协议, 2表示为 IGMP 协议, 6表示为 TCP 协议, 17表示为 UDP 协议
- 首部检验和:占16位,只检验数据报的首部不检验数据部分.这里不采用 CRC 检验码而采用简单的计算方法
- 源地址和目的地址:都各占4字节,分别记录源地址和目的地址
1.3. IP PDU 报头示例
- 片偏移以8个字节为偏移单位，假定MTU=1500
- 三个包标识 ID都相同，三个包DF都为0，前两个MF=1，最后一个MF=0
2. IP地址
它们可唯一标识 IP 网络中的每台设备
每台主机（计算机、网络设备、外围设备）必须具有唯一的地址
IP地址由两部分组成
- 网络ID：
- 标识网络
- 每个网段分配一个网络ID ，最后的主机IP为均为0（主机位全部为1代表广播信息，注意这个IP广播和ARP广播的区别）
- 主机 ID：
- 标识单个主机
- 由组织分配给各设备
- 早期分为A,B,C,D,E等类，用于判断大网核心网，现在的无类地址用子网掩码来判断IP的网段了。
2.1. 特殊的IP地址：
0.0.0.0
0.0.0.0不是一个真正意义上的IP地址。它表示所有不清楚的主机和目的网络255.255.255.255
限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机127.0.0.1～127.255.255.254
本机回环地址，主要用于测试。在传输介质上永远不应该出现目的地址为“127.0.0.1” 的数据包224.0.0.0到239.255.255.255
组播地址，224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。224.0.0.5指OSPF路由器，地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序169.254.x.x
如果Windows主机使用了DHCP自动分配IP地址，而又无法从DHCP服务器获取地址，系统会为主机分配这样地址
2.2. 注意点：
C私网地址：192.168.0.0-192.168.255.0
B私网地址：172.16.0.0-172.31.0.0
A私网地址: 10.0.0.0-10.255.255.255
主机ID为全为0代表此网段，全为1代表此网段广播，需要剔除网段中这两个IP
注意私有地址只在局域网中，在公网中显示的都是公有地址，会有一个转换过程。
2.3. 分类IP地址
2.3.1. A类：1-126
0 000 0000 - 0 111 1111: {1-127}
网络数：126, 127
每个网络中的主机数：2^24-2 = 16777214个
默认子网掩码：255.0.0.0
私网地址：10.0.0.0-10.255.255.255
按A类标准（子网掩码8）则私网网络数量为1个 ，每个网络内主机数同上为16777214个
2.3.2. B类：128-191
10 00 0000 - 10 11 1111：{128-191}
网络数：2^14
每个网络中的主机数：2^16-2 = 65534个
默认子网掩码：255.255.0.0
私网地址：172.16.0.0-172.31.255.255
按B类标准（子网掩码16）则私网网络数量为16个，每个网络内主机数同上为65534个
2.3.3. C类：192-223
110 0 0000 - 110 1 1111: {192-223}
网络数：2^21
每个网络中的主机数：2^8-2 = 254个
默认子网掩码：255.255.255.0
私网地址：192.168.0.0-192.168.255.255
按C类标准（子网掩码24）则私网网络数量为255个，每个网络内主机数同上为254个
2.3.4. D类：组播
1110 0000 - 1110 1111: {224-239}
2.3.4.1. E类：保留未使用
240-255
3. 子网掩码
子网掩码判断对方一个IP是否和自己在同一网段的时候
- 本机网段就是子网掩码位和自己的IP位相与即可
- 而判断对方的IP是否和自己在同一个网段，要拿自己的子网掩码来与对方的IP，看其得到的结果是否和自己的网段相同来判断。
子网掩码前面的位必须为1，中间不能有0然后再出现1这种情况
复习知识：路由协议高于ARP协议，ARP广播之前就需要先判断目标IP是否和自己在一个网段，在一个网段直接ARP广播找MAC，不在一个网段则去找路由网关MAC（这也就解释了为何路由表的网关设置为0.0.0.0之后，当寻找这一项前面对应写的目标网段内的IP地址时，ARP就直接发送广播来找想要连接的IP地址的MAC了。因为0.0.0.0就代表任何地址或者说未知地址，或者简单一点就把自己当做路由，如果网关是个特定的IP，肯定是要用ARP广播寻找这个特定IP的MAC的，发送广播的时候目标地址写的就是这个网关特定IP地址，但是因为写是0.0.0.0，未知，所以ARP发送广播的时候目标地址就直接写了最初想要连接的主机的IP了，如果说目标地址和本机地址不在一个网段，也会让它强行广播直接寻找，这样在交换机上物理连接的不同网段就能互通了。）
00000000 0
10000000 128
11000000 192
11100000 224
11110000 240
11111000 248
11111100 252
11111110 254
11111111 255
4. 划分子网和合并超网
- 划分子网：将一个大网（主机ID位多）划分成多个小网（主机ID位数少），原有网络ID位数不变，新的小网的网络ID变多，主机ID位变少，原有网络ID位向主机ID借位。
- 合并超网：刚好与上一过程相反。
5. 一些计算方法公式
- 网络中主机数=2^主机ID位-2=2^（32-网络ID位）-2
- 网络数=2^可变网络ID位
- 网络ID=IP与netmask
- 无类地址CIDR表示法：IP/网络ID位数,CIDR表示法，无类域间路由
- 划分子网数=2^网络ID向主机ID借位的位数（1分为两个子网，2分为4子网，以此类推，但别忘了修改子网掩码）
- 划分超网：合并多个小网成为一个大网，主机ID向网络ID借位
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