计算机网络--知识点总结2(网络层)

这里每一行都占32位4个字节，必须有的为5行，所以IP地址首部最少为20个字节；
版本：占4位，指IP协议的版本，通信双方的版本必须一致，当前主流版本是4，即IPv4，也有IPv6；
首部位长度： 占4位，最大数值为15(16进制，所以首部最大数值为15X4=60)，表示IP首部长度，单位是32位字，即4个字节；
总长度： 占16位，最大数值位65535，表示IP数据报总长度(IP首部+IP数据)，但是数据链路层中的MTU(最大传输单位)是1500，65535远远超过1500，所以在实际传输过程中，如果IP数据报长度超过1500，数据链路层会将IP数据报分片传送；
标识： 是协议内部具体使用，无需了解
标志： 占3位，只用2位是有意义的，标志IP报文是否要分段；
片偏移： 如果IP报文超过1500，需要分段传送时，片偏移表示当前传送的是报文的第几个片段；
TTL： 占8位，表示IP数据报文在网络中的寿命，没经过一个设备，TTL减1，当TTL=0时，网络设备必须丢弃该报文；为了防止报文在网络中找不到目的地址而无限传输，占用网络带宽；
协议： 占8位，表示IP数据报所携带的具体数据是什么协议(如：TCP、UDP)；

协议名	ICMP	IGMP	IP	TCP	UDP	OSPF
字段值	1	2	4	6	17	89

以上为可使用的不同协议，为每个协议赋不同的值来表示
首部校验和： 占16位，校验IP首部是否有出错，如果有错误，直接丢弃；
源IP地址： 占32位，发送端的IP地址；
目的IP地址： 占32位，接收端的IP地址；

2）IP协议的转发流程

计算机A—路由器A–网络1—路由器B–网络2—计算机B 通过逐跳的形式到达

i、路由表简介

类似于MAC地址表(计算机/路由器都拥有路由表)

目的IP地址	吓一跳IP地址
IP1	IP2
IP3	IP4

ii、IP协议的转发流程

实例说明：
计算机A—>路由器E—>计算机D，路由器F—>计算机C,计算机B
这里计算机A向计算机C发送数据报文
第一步：

A发出目的地址为C的IP数据报，查询路由表发现下一跳为E
A将IP数据报交给数据链路层，通过ARP缓存表获得MAC地址，并告知目的MAC地址是E(通过ARP协议转化)
数据链路层填充源MAC地址A和目的MAC地址E
数据链路层通过物理层将数据发送给E

第二步：

E的数据链路层接收到数据帧，把帧数据交给网络层
E ** 查询路由表，发现下一跳为F**
E ** 把数据报交给数据链路层，通过ARP缓存表获得MAC地址，并告知目的MAC地址为F**
E的数据链路层封装数据帧并发送

第三步：

F的数据链路层接收到数据帧，把数据帧交给网络层
F查询路由表，发现下一跳为C
F把数据报交给数据链路层，通过ARP缓存表获得MAC地址，并告知目的MAC地址为C
F的数据链路层封装数据帧发送

数据帧每一跳的MAC地址都在变化
IP数据报每一跳的IP地址始终不变

3、ARP协议与RARP协议

1）ARP协议

ARP(Address Resolution Protocol)地址解析协议

网络层IP32位地址—> 通过ARP协议转化—> 数据链链路层MAC48位地址

ARP缓存表：

IP地址	MAC地址
192.168.83.254	00-50-56-e0-33-40

ARP缓存表是ARP协议和RARP协议运行的关键
ARP缓存表缓存了IP地址和MAC地址的映射关系
ARP缓存表的记录并不是永久有效的，有一定的期限
命令行中通过arp -a查询ARP缓存表

ARP协议在数据报文中的位置：
数据报文：

目的地址	源地址	类型	帧数据	CRC
6	6	2	46~1500	4

其中，ARP协议存放在帧数据中：

类型0806	ARP请求/应答	PAD
2	28	18

其中，ARP请求/应答包括：

硬件类型	协议类型	标记	发送端以太网地址	发送端IP地址	目的端以太网地址	目的端IP地址
2	2	4	6	4	6	4

两种情况：
1、ARP缓存表中有IP地址和MAC地址的映射关系，则网络层将数据报表交给数据链路层时，通过查询ARP缓存表，获得目的计算机的MAC地址
2、ARP缓存表中没有目的计算机的IP地址和MAC地址的映射关系，目的计算机的IP地址以广播的形式发送给除源计算机的端口，目的计算机收到后将自己的MAC地址发送给发送端口，并将此映射关系添加到ARP缓存表

2）RARP协议

RARP(Reverse Address Resolution Protocol)逆地址解析协议
与ARP协议相反
数据链路层MAC48位地址–> RARP协议转换 --> 网络层IP32位地址

RARP协议在报文中的位置与ARP协议相同：
都在帧数据中：

类型8035	RARP请求/应答	PAD
2	28	18

3）小结

®ARP协议是TCP/IP协议栈里面基础的协议
ARP和RARP的操作对程序员是透明的，虽然存在但是就像不存在一样
理解R(ARP)协议有助于理解网络分层的细节，辅助网络层和数据链路层对IP地址和MAC地址的转换

4、IP地址的子网划分

1）分类的IP地址

i、概念

为了更好的规划和分类IP地址
IP地址一共32位：

网络号	主机号

A类地址：

网络号(0开头)	主机号
8位	24位

B类地址：

网络号(10开始)	主机号
16	16

C类地址：

网络号(110开头)	主机号
24位	8位

D类地址：1110开头，用于特殊用途
E类地址：1111开头，用于特殊用途

ii、子网的运算

	最小网络号	最大网络号	子网数量	最小主机号	最大主机号	主机数量
A	1	127(01111111)	2^7-2	0.0.1	255.255.254	2^24-2
B	128.1	191.255	2^14-1	0.1	255.254	2^16-2
C	192.0.1	223.255.255	2^21-1	1	254	2^8-2

需要排除的网络号和主机号
特殊的主机号：

主机号全0表示当前网络段，不可分配给特定主机
主机号为全1表示广播地址，向当前网络段所有主机发送消息

特殊的网络号：

A类地址**网络段全0(00000000)**表示特殊网络
A类地址**网络段后7位全1(011111111:127)**表示回环地址
B类地址**网络段(10000000.00000000:128.0)**是不可使用的
C类地址**网络段(192.0.0)**是不可使用的

其中，回环地址(127.0.0.1),通常称为本地回环地址，不属于一个有类别地址类，代表设备的本地虚拟接口，只要计算机开机，这个地址就是通的，永远不会宕掉；因此在安装网卡之间可以ping通这个本地回环地址，用来检查本地网络协议、基本数据接口是否正常。

运算举例举例：
125.125.3.60 ---->前8位：01111101 属于A类，因为首位为0
163.70.31.23 —>前8位: 10100011 属于B类，因为开头位10
210.36.127.11 -->前8位：11010010 属于C类，因为开头为110

计算机网络--知识点总结2(网络层)

文章目录

一、概述

二、IP协议

1、虚拟互连网络

2、IP协议

1）IP数据报头部