Linux_IP协议

网络层

IP协议格式

• 版本：4位
• 首部长度：4位，最大长度60字节（4位最大15比特*4字节）
• 服务类型：8位
• 总长度：16位
• 标识：16位
• 标志位：3位
• 片偏移：13位
• 生存时间TTL：8位
• 协议：8位
• 校验和：16位
• 源IP：32位
• 目地IP：32位
• 选项：40字节

网段划分

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，主机号表示同一网段内，主机之间具有相同的网络号，但是必须有不同的主机号。子网是把网络号相同的主机放在一起。

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。

IP地址划分

• A类(0)：0.0.0.0-127.255.255.255
• B类(10)：128.0.0.0-191.255.255.255
• C类(110)：192.0.0.0-223.255.255.255
• D类(1110)：224.0.0.0-239.255.255.255
• E类(11110)：240.0.0.0-247.255.255.255

随着Internet的飞速发展，这种划分方案的局限性很快显现出来，大多数组织都申请B类网络地址，导致B类地址很快就分配完了，而A类却浪费了大量地址。

针对这种情况提出了新的划分方案，即CIDR：引入一个额外的子网掩码来区分网络号和主机号，子网掩码也是一个32位的正整数，通常用一串"0"来结尾，将IP地址和子网掩码进行按位与操作，得到的结果就是网络号，网络号和主机号的划分与这个IP地址是A类、B类还是C类无关。

IP地址与子网掩码做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。还有一种更简洁的表示方法，如140.252.20.68/24。

特殊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地址用于本机环回测试，通常是127.0.0.1

IP地址不够用问题的解决方案

• 动态分配IP地址：只给接入网络的设备分配IP地址
• NAT技术
• IPv6：16字节128位表示一个IP地址

私有IP和公有IP

如果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规定了用于组建局域网的私有IP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，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
• 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(网络地址转换)技术

路由

在复杂的网络结构中，要找出一条通往终点的路线，称路由。当IP数据包到达路由器时，路由器会先查看目的IP，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。

路由表可以使用route命令查看，如果目的IP命中了路由表，就直接转发即可，路由表中的最后一行主要由下一跳地址和发送接口两部分组成，当目的地址与路由表中其它行都不匹配时，就按缺省路由条目规定的接口发送到下一跳地址。