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一、IP协议报头介绍
1、4位版本
2、4位首部长度
3、8位服务器类型
4、16位总长度
5、16位标识位
6、3位标志位
7、13位偏移量
8、8位生存空间
9、8位协议
10、16位首部检验和
11、32位源IP地址
12、32位目的IP地址
二、IP协议如何管理地址#xff1f; 1、动…目录
一、IP协议报头介绍
1、4位版本
2、4位首部长度
3、8位服务器类型
4、16位总长度
5、16位标识位
6、3位标志位
7、13位偏移量
8、8位生存空间
9、8位协议
10、16位首部检验和
11、32位源IP地址
12、32位目的IP地址
二、IP协议如何管理地址 1、动态分配IP地址 2、NAT 机制网络地址映射
1NAT机制的介绍
2局域网设备如何访问广域网广域网发送请求
3广域网设备如何返回响应给局域网设备返回响应
1、不同局域网的不同设备访问同一服务器
2、不同局域网的不同设备访问不同服务器
3、同一局域网的不同设备访问同一服务器不同进程
4、同一局域网的不同设备访问同一服务器同一进程 3、使用IPv6从根本上解决问题 目前学习的IP协议叫做 TCP/IP 协议族或者 TCP/IP 协议栈。而对于IP协议不做详细介绍主要介绍其IP协议的报头和地址如何分配问题。 IP协议主要完成的工作1、地址管理使用一套地址体系来描述互联网上每个设备所处的位置电脑、手机、路由器、服务器都会有IP地址经典的交换机没有IP地址2、路由选择一个数据包如何从网络中的某个地址传输到另一个地址。 一、IP协议报头介绍 报头内信息如图 以下是IP报头内的信息介绍
1、4位版本 IPv4和IPv6其中IPv4是主流的IP协议版本。
2、4位首部长度 表示IP头部的长度报头也是可以变长的单位是 4字节。
3、8位服务器类型 里面包含3位优先权字段、1位保留位字段、4位TOS字段TOS表示当前IP协议所处的模式有以下4种最小延时、最大吞吐量、最高可靠性、最小成本硬件设备的开销。
4、16位总长度 描述一个IP数据报的长度IP报头载荷这里因为16位大小是否意味着IP数据报的大小只能64KB了呢其实不然传输的数据报如果大于64KB就会把它们拆成几个数据报再进行传输如图 将一个TCP数据报拆分成多个IP数据报进行传输就是多个IP数据报携带应该TCP数据报IP的拆包并不是因为达到64K而是在数据链路层还有限制那么问题来了拆分后怎么组包呢下面5、6、7就是介绍组包的信息。
5、16位标识位 表示被拆分多个的数据报里面的载荷应该在哪里组合放到哪里一起组合。
6、3位标志位 表示该数据报里的载荷是否已经组织只有2位是有效的其中1位表示这次的IP是否拆包了还有1位表示结束标记IP数据报里被拆分的载荷是不是最后一个。
7、13位偏移量 被拆分的数据报在IP数据包中描述这些数据包之间的顺序。
8、8位生存空间 这里的单位不是 s / ms而是 次数这里存储的是一个整数一个IP数据报每次经过一个路由器这里就会 -1如果减到0这个包就要被丢了不能再继续传输下去。其中有一个考虑就是为了防止环路如果这个数据报出现异常在网络中循环乱串找不到目的地这样就会增加网络的负担浪费宝贵的网络资源。 这里的IP数据报每经过一次路由器TTL就会-1当这个数值减到0就要丢包了而这个TTL数值一般是32 / 64就足够当前网络的传输了类似六度空间理论。以下访问美国政府网站看看要经过多少个节点。 在CMD控制平台输入tracert 网站网址如图 从广东这边访问到美国那边的政府网址只需经过上面25个节点并且最多只要30个说明这里TTL是32就够用了。上面有些设备关闭了 “ICMP 功能” 所以会看到求请超时但不影响tracert的执行。
9、8位协议 表示传输层使用的是哪个协议UDP / TCP。
10、16位首部检验和 这里只针对IP的首部校验不会对载荷进行校验因为载荷的是TCP数据报里有TCP报头会自动校验。
11、32位源IP地址 我们要学习的最核心的地方表示发件人的地址。
12、32位目的IP地址 我们要学习的最核心的地方表示收件人的地址。 二、IP协议如何管理地址 IP地址本质是一个32位的整数为了方便采用点分十进制的方式进行分隔通过3个点将其分成4个部分例如192.168.0.1每一个部分为1字节取值范围0~255而32位能表示的最大数是2^32 - 43亿9千万这是IPv4的IPv6则大2^32倍 IP地址的目的就是区分网络上不同的通信设备让每个通信设备的IP地址在网络上都是唯一的但是43亿9千万够用吗如今世界人口都有80亿显然是不够用的。所以就有以下方案解决IP地址不够用的问题。 1、动态分配IP地址 因为世界不同的地方白天黑夜是不一样的有时差所以全世界不是同一时间使用通信设备的所以就可以进行动态分配IP地址进行网络通信的设备才给其分配IP地址不通信的设备就不给其分配。 但是这个只是权宜之计没有从根本上解决问题。 2、NAT 机制网络地址映射
1NAT机制的介绍
NAT机制把IP分为了两大类 1、私网 IP / 局域网 IP IP地址是以“10.* ”“172.16-172.31.*”“192.168.*.*”。 2、公网 IP / 广域网 IP 除了上面私网这种格式的IP地址其他都是公网IP地址。 这里要求公网/广域网的IP地址不能重复每个都是唯一的而私网/局域网则不同局域网要求同一个局域网内连在同一个路由器的IP不能有重复但不同局域网的IP可以重复。 由于上述的设定就有以下重要的限制 1、公网设备访问公网设备没问题可以直接访问。 2、局域网设备访问局域网设备同一个局域网没问题可以直接访问。 3、局域网设备访问局域网设备不同的局域网不能访问。 4、局域网设备访问公网设备可以访问但要对局域网设备的IP进行转换。 5、公网设备访问局域网设备不可以主动访问。 2局域网设备如何访问广域网广域网发送请求 这里简单介绍一下局域网设备访问公网设备是要经过路由器的而这个路由器有LAN口和WAN口LAN口是你连接的设备你家里的电脑接这个口就相当于你家里的设备构成了局域网而WAN口是连接运营商那边的网线的相当于你的设备出路由器就是访问广域网了如图 那路由器是怎么把局域网IP和广域网IP连接起来的呢如图 经过上面的转换也就可以使公网上的每个IP都是唯一的了。本质也就是让一个公网IP可以对应多个设备IP。 说个题外话以前的百度贴吧就有个封IP功能但一旦封了后就会导致一大批的用户莫名其妙的在某个吧上发不了言原因就是封了路由器的IP然后很多设备访问贴吧也是要经过哪个路由器的在很久以前还挺常见的。 那返回响应的时候是如何转换的呢以下内容介绍。
3广域网设备如何返回响应给局域网设备返回响应 路由器这里有个表里面包含的信息如图 有了这个表就能找到是哪个设备发出的请求给它返回响应了。有以下不同场景。
1、不同局域网的不同设备访问同一服务器 因为是不同的局域网所以连得路由器是不一样的所以这里返回的响应能通过不同路由器转换IP对应到不同设备的IP无需担心会有相同路由器转换成一样的IP也无需担心有进程的端口号是否一样的问题因为能通过IP就能找到对应的设备了。
2、不同局域网的不同设备访问不同服务器 和第一个的情况一样。
3、同一局域网的不同设备访问同一服务器不同进程 如图 返回响应时因为经过同一个路由器所以转换回来的IP会一样但是因为他们的目的端口不一样就可以根据端口区分这两个响应返回给哪个设备了。
4、同一局域网的不同设备访问同一服务器同一进程 如图 这里经过的两个设备发出的请求虽然经过路由器的转换IP是一样的而且他们进程的端口号也相同但是经过路由器转换可以替换成不同的端口号就可以区分不同的响应该发给谁了。 这里有个理论上存在实践中不存在的问题如果请求的主机过多分配的端口号超过65535了这时候经过路由器转换回来的IP是重复的端口号也是有重复的咋办其实在NAT机制的管控下端口号是够用的而且运营商在部署网络也会控制NAT设备管辖的设备数量设备如果太多有几百万个就会多搞几个NAT多搞几个外网IP。而且出现这种的概率极低理论上有但是实践上不会出现这种问题。 但这也只是个权宜之计不能从根本上解决问题但效果也还不错。 3、使用IPv6从根本上解决问题 IPv4使用4个字节表示IP地址有 42亿9千万2^32个IP地址 IPv6使用6个字节表示IP地址有2^32^32个IP地址这个数量有多大呢举个例子如果我们把地球的每粒沙子都给它分配一个IP地址都用不完而我们的计算机设备的主要材料有二氧化硅这个材料也是从沙子里转换过来的想象我们的电脑是沙子的子集全集都用不完子集肯定更加用不完。 所以IPv6是可以从根本上解决问题。但是能不能把IPv4升级到IPv6呢答案是技术上很容易实现但现实很困难因为这个升级只是增加了IP地址的数量并不会加快网速而且还很费钱是一个吃力不讨好的事情路由器、交换机、计算机里的硬件设备、手机等等都要进行升级。是一个很大的工程如果要升级相关的企业就要花很多钱。同时用户也要更新设备因为升级后可能导致IPv4和IPv6不兼容用户也可能要花钱。 但是我们国家的IPv6的覆盖程度已经到70%了原因就是国家出台了强制性的政策强制要求我国的三大运营商进行升级原因可以参考棱镜门事件怕被美国打压。 都看到这了点个赞再走吧谢谢谢谢谢
