网络层&数据链路层

网络层

• IP协议
  
  4位版本号：ipV4还是ipV6。
  4位首部长度：首部里面有多少个32位bit(4个字节)，15*4。
  8位服务类型：3位优先权字段(已弃用)，4位TOS字段，1位保留字段(必须置0)
  4位TOS字段：最小延迟，最大吞吐量，最高可靠性，最低成本。
  16位总长度：数据首部+数据。
  16位标识：用来唯一标识主机发送的报文。如果报文在数据链路层被分片了，那每一个被分片的报文的这个id都是一样的。
  3位标志：第一个保留，没说以后不用；第二位为1表示禁止分片，如果分片了就置为0；第三位是一个结束的标志，也就是说如果被分片了，在分片的包中是最后一个则为1，其余为0。
  13位片位移：分片相对于原始报文中的偏移量。
  8位生存时间(TTL)：报文到达目的地最大的报文跳数。一般为64，每经过一个路由器，就会减1，如果减为0还没有到达目的地，就丢弃，防止出现路由循环。
  8位协议号：上层协议是什么。
  16位首部校验和：校验首部是否损坏。

• 网段划分

• 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，主机具有相同网络号，但必须要有不同的主机号

• CIDR：引入一个子网掩码来区分网络号和主机号，子网掩码也是一个32位整数，以一串‘0’结束，将ip跟子网掩码‘&’，可以得到网络号，CIDR提高了ip号的利用率，减少了浪费，减缓了ip不够用，但并没有从根本上解决ip不够用的问题。

• 特殊的主机号：主机号全为0：子网掩码
  主机号全为1：广播地址
  127.*：用于本机环回测试

• 真正能解决ip不够用的问题的方案：
  动态分配ip地址，只给连入网络的设备分配ip地址；
  NAT技术；
  ipV6，ipV6不是简单的ipV4的升级版本，ipV6是16位字节128位

• 私网IP和公网IP
  路由器有两个端口，一个LAN端口，一个WAN端口，LAN口连接的主机都是从属于这个路由器的子网中，WAN连接的公网IP，不同的路由器的子网ip其实都是一样的，一个子网内的主机号不能相同，但是不同的子网之间则可以

• NAT和NAPT
  NAT将局域网IP映射为公网IP，内部有一张转换表记录局域网ip跟公网ip之间的映射；如果局域网内多台主机都需要访问外网，那就需要NAPT，NAPT将局域网IP+PORT映射为公网IP+PORT
  缺陷：
  无法从NAT外部向内部服务器建立连接；
  NAT转换表的生成和销毁都需要一定的开销；
  如果NAT设备发生故障，就会断开连接。

• 路由
  当IP数据报到达路由器时，路由器查看自己的路由表是否能直接送到目的主机，如果能就直接发送过去，如果不能就发给下一个路由器，依次反复，直到目的主机。

数据链路层

• 以太网

• 以太网是应用最广泛的局域网技术，与之并列的还有令牌环网，无线LAN等。

• MAC地址和IP地址
  MAC地址：传输路途上每一个区间的起点和终点。MAC地址在网卡出厂的时候就已经确定了，是物理地址。
  IP地址：传输路途上总体的起点和终点

• MTU(最大传输单元)
  以太网中规定数据的最小长度为46字节，最大为1500字节，这个1500字节就是MTU，不同的网络有不同的规定。MTU相当于对包裹的一个限制，如果不足46，则在后面填充补位，如果超过1500，则需要进行分片。

• 对IP协议的影响
  IP的数据报如果太大，就需要分片，分片的包中每一个的16位标识都是一样的，3位标志中的第二位置为0，如果是最后一个分片的，则第三位为1.到达接收端后，再 根据13位片位移来进行拼装。一旦有一个小包丢失拼装就会失败。

• 对UDP协议的影响
  如果UDP数据太大，就会在网络层被分片为多个IP数据报，只要有一个小包丢失，那就会重组失败，整个数据丢失的概率大大增加。

• 对TCP协议的影响
  在建立连接的时候就已经知道了双方的MSS，双方会选择较小的MSS作为最终的MSS，但仍然受制于MTU。

• ARP
  是介于数据链路层和网络层之间的协议，建立IP地址跟MAC地址之间的映射，根据IP来查找MAC地址，RARP是根据MAC地址来查找IP地址。
  发送数据的时候已经知道了目的ip，然后根据目的ip在本地ARP缓存表中查找目的MAC，如果找到了就直接发送，如果没找到，就以广播的形式发送一个ARP请求数据包到局域网中，里面有源MAC,目的IP，目的MAC(FF:FF:FF····以广播的形式)，局域网中的主机收到广播后查看，如果不是自己的ip就直接丢弃，如果是自己的ip就将自己的MAC地址返回，然后源主机刷新本地ARP缓存表。