网络IP协议（三）_源ip地址和目的ip地址

一、网络数据的五元组信息

源IP地址和目的IP地址

IP地址的作用：可以在网络当中唯一标识一台主机，一个公网IP地址只能被一台机器所占有，一个机器可以拥有多个IP地址。

源IP地址:表示该条信息来源于哪个机器。
目的IP地址:表示该条信息去往于哪个进程。

端口号(port)和 进程ID

端口号是一个2字节16位的整数。
端口号用来标识一个进程, 告诉操作系统, 当前的这个数据要交给哪一个进程来处理。

IP地址 + 端口号能够标识网络上的某一台主机的某一个进程。

• 一个端口号只能被一个进程占用。
• 一个进程可以绑定多个端口号。
• pid 表示唯一一个进程; 此处我们的端口号也是唯一表示一个进程。

源端口号和目的端口号

它们是传输层协议的数据段中有两个端口号, 就是在描述 “数据是谁发的, 要发给谁。”

源端口号:表示该条信息来源于哪个进程。
目的端口号:表示该条信息去往于哪个机器。

信封为例

二、IP协议

IP作用？

IP协议的主要作用就是在复杂的网络环境中将数据包发送给目的主机。

节点是什么？

主机: 配有IP地址, 但是不进行路由控制的设备;
路由器: 即配有IP地址, 又能进行路由控制;
节点: 主机和路由器的统称。

IPv4首部格式

IP首部的部分重要字段含义如下:

三、IP分片问题

什么是分片？

一个链路层数据报能承载的最大数据量称为最大传送单元(MTU)。因为IP数据报被封装在链路层数据报中，因此链路层的MTU严格地限制着IP数据报的长度，而且在IP数据报的源与目的地路径上的各段链路可能使用不同的链路层协议，有不同的MTU。（例如，以太网的MTU为1500B，而许多广域网的MTU不超过576B。）当IP数据报的总长度大于链路MTU时，就需要将IP数据报中的数据分装在两个或多个较小的IP数据报中，这些较小的数据报称为片。

分片在网络当中进行传输的时候，不同的分片有可能走不同路由。分片到达对端主机的时候，有可能不是按照发送的顺序到达的。

IP协议对到达网络层的数据一定要有一个认知：当前的ip数据报是一个分片，还是一个完整的数据报。ip协议段当中的16位标识中3位标志和13位片偏移会进行确定。
在进行重组时（在最终的目的地才会重组），标识用来分辨该数据报片的原数据报是哪个，标志位中的MF用来分辨这是不是原数据报的最后一片，片偏移用来分辨这个数据报片相对原数据报的位置。

网络层的IP协议进行分片传输

TCP需要IP协议进行分片吗？

解答：不需要进行分片，因为TCP协议在传输数据的时候，严格按照MSS进行传输，而MSS一定是小于MTU的，而一般网卡的MTU都是1500字节，换句话说，TCP在每次传输数据的时候都是不会超过1500字节的。因此，MSS是远远小于65536字节的，因此也就不会触发ip协议进行分片传输。

UDP需要IP协议进行分片吗？

解答：有可能需要进行分片，因为UDP协议是没有类似于MSS存在的，因此，UDP的数据的最大长度是65536字节，网络层递交给数据链路层大小必须小于MTU的，因此，一旦UDP递交给网络层ip协议的数据加上ip协议报头之后，总长度大于了当前主机的MTU大小时，就会需要进行分片传输。
注：因为UDP协议是不可靠的，在ip数据报转发的时候，都有自己的路由转发路径，可能会造成丢失。

分片丢了会重发分片还是所有数据一起重发？

有分片，则代表一定是UDP数据进行分片了
分片：传输一定是UDP数据+UDP协议是不保证可靠+IP协议也是不保证可靠
重发只能从应用层协议出发重传，所有数据一起重发

四、IP地址划分

网络号和主机号

• 组成与分类
  

• 特殊地址不做主机IP地址

在一个网段中都会有一个网络号的和广播号，即 192.0.0.0 ~ 192.0.0.255
网络号：主机号全为0的ip地址，就为该网段中的网络号
广播号：主机号中全为1的ip地址，就为该网段中的广播号
127.0.0.1 ：本地回环网卡地址（通常用来测试自己机器的网络连通性）
0.0.0.0：代表本地所有的网卡地址

• 常用IP地址ABC使用范围

• IP地址的重要特点
  

子网划分和子网掩码

两级的IP地址不够灵活，在IP地址中又增加了一个“子网号字段”，使两级IP地址变成了三级IP地址。

子网掩码的引入，为了告诉主机或路由器对一个A类、B类、C类网络进行了子网划分，使用子网掩码来表达对原网络中主机号的借位，为了使外部可以连接子网内的网络。

• 子网掩码是一个与IP地址相对应的、长32bit的二进制串,它由一串1和跟随的一串0组成。

• 其中，1对应于IP地址中的网络号及子网号，而0对应于主机号。

• 计算机只需将IP地址和其对应的子网掩码逐位“与”(逻辑AND运算)，就可得出相应子网的网络地址。

无分类域间路由选择CIDR

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。

五、网络层其他协议

ARP协议

ARP：地址解析协议，网络层协议，实现IP地址到MAC地址的映射。
工作原理：
主机A向主机B发送IP数据报，先在A的ARP高速缓存中查看是否有B主机的IP地址，若有，则查出对应的硬件地址，再将此地址写入MAC帧中；若没有，则以广播的方式发送给该局域网中的全部主机，主机B收到请求后作出响应，发出响应ARP分组，分组中包含主机B的IP到MAC地址的映射关系，主机A收到后再写入ARP缓存中。

DHCP协议

DHCP：动态主机配置协议（常用于给主机动态地分配IP地址），应用层协议，基于UDP，使用C/S工作方式
工作原理：
需要IP地址的主机启动时向DHCP服务器广播发送发现报文，这是该主机就成为DHCP客户，本地网络上的所有主机都能收到此广播报文，但只有DHCP服务器才可以回答此广播报文（回答报文称为提供报文），并进行相应的分配操作.

ICMP协议

ICMP：网际控制报文协议，IP层协议，ICMP作为IP数据报的数据
工作原理：
为了提高IP数据报交付成功的机会，让主机或路由器报告差错和异常情况.
两类：ICMP差错报告报文、ICMP询问报文
ICMP差错报告报文：用于路径上的路由器向源主机报告差错和异常情况，共有5种类型：终点不可达，源点抑制，超时，参数问题，重定向.

六、路由

路由选择

路由选择是在网络数据选择合适的设备进行转发。
路由器上的网口：WAN/LAN

① WAN：连接上级路由器 （从运营商机房拉出的网线插在了家用路由器的WAN口上）。
②LAN：用来组装当前路由器的子网（个人设备是插在家用路由器的LAN口上）

IP数据包的传输过程也和问路一样。
当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP。
路由器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

路由选择协议

为了解决自治系统内部和外部之间的通信问题而创建的协议