IPv4

Posted 2020-09-24

OSI(Open System Internetwork), 有ISO负责主持研发，定制标准；根据功能进行层次划分，一共划分了7个功能层；

分层，接口，服务；

应用层

表示层

会话层

传输层

网络层

数据链路层

物理层

封装和解封

对等通信

Internet Protocol -- IP

ARP：地址解析协议

逻辑地址 --> 物理地址

已知逻辑地址的情况下，获取对应该逻辑地址的物理地址；

如何解析：

1.每一个参与网络功能的设备中，都有一个ARP库；

2.ARP缓存：通过ARP协议进行广播，指定的目标主机进行回应，本机缓存对应的结果信息；

RARP：反向地址解析协议

物理地址 --> 逻辑地址

已知本地物理地址，获取合法的逻辑地址；

用于无盘工作站；

面向无连接：

1.无需在通信之前建立通信连接，也无需维护连接稳定，通信结束也无需拆除连接；

2.无序数据传输

3.无数据恢复和数据可靠性保证

平面编址和分层编址：

平面编址：将所需管理的资源，从头到尾按照固定大小分为若干个cell，每个cell进行独立编址；

特点：编址容易，寻址需要遍历，效率很低；

分层编址：将所需管理的资源先进行各种分类，按照对应的类别进行编址；

特点：编址复杂，但是寻址高效；

ping值：2000 53

IP地址由两部分组成：

网络部分：用来描述指定主机所在网络范围；

主机部分：用来描述指定主机在特定的网络范围中的具体位置；

IP地址：是由IPv4协议定义的，IPv4地址

整个地址由32位二进制构成；

网络位+主机位 = 32

00000000.00000000.00000000.00000000

01111111.11111111.11111111.11111111

43亿

IP地址分类：

A类：第一个二进制位必须为0，并且网络位8位；

B类：前二个二进制位必须为10，并且网络位16位；

C类：前三个二进制位必须为110，并且网络位24位；

D类：前四个二进制位必须为1110，并且网络位32位；通常用于组播通信；

E类：前四个二进制位必须为1111，保留用于科学研究；

IP地址的点分十进制表示法：

1.将32位的IP地址位，以8位为一组，共划分为4组；

2.每一组之间使用.符号进行分隔；

3.将每个8位组转换为十进制表示；

使用点分十进制表示法表示的各类IP地址范围：

A类：0.0.0.0 ~ 127.255.255.255

00000000.00000000.00000000.00000000

01111111.11111111.11111111.11111111

第一个8位组全为0的，是无效IP，因为其表示整个IP地址栈；

第一个8位组中除了第一位以为全部为1，称为环回地址；

有效的A类地址：1.0.0.0 ~ 126.255.255.255

B类：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

10000000.00000000.00000000.00000000

10111111.11111111.11111111.11111111

C类：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

11000000.00000000.00000000.00000000

11011111.11111111.11111111.11111111

D类：224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

11100000.00000000.00000000.00000000

11101111.11111111.11111111.11111111

E类：240.0.0.0 ~ 255.255.255.255

11110000.00000000.00000000.00000000

11111111.11111111.11111111.11111111

保留地址：不能选择为其他主机配置使用的IP地址；

0.0.0.0-0.255.255.255

127.0.0.0-127.255.255.255

自动分配地址段：

169.254.0.0-169.254.255.255

网络地址：主机位全为0的地址；

1.0.0.0：表示一个范围的名称  16777736

广播地址：主机位全为1的地址；

1.255.255.255：作为目的地址代表整个网段中的所有IP地址；

定向广播地址：

255.255.255.255：作为目的地址代表整个IP地址栈中的所有IP地址；

IPv4的地址总数：2^32 = 42亿9400万

去除的IP地址：

D类和E类：5亿+

0和127网段的地址：3500万

169.254网段地址：65536

网络地址：126+16384+209万

广播地址：126+16384+209万

可以分配给主机使用的IP地址36亿：

为了解决IP地址枯竭的问题：

增加IP地址的复用次数：

私有IP地址：可以重复使用，互联网无法为其路由；

A: 10.0.0.0 ~ 10.255.255.255

B: 172.16.0.0 ~ 172.31.255.255

C: 192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

共有IP地址：可以在互联网中使用，但必须唯一；

NAT：Network Address Translation

SNAT：源地址转换，使用公有IP地址替换数据包中的私有IP地址；

DNAT：目的地址转换，使用私有IP地址替换数据包中的公有IP地址；

研究更加庞大的地址栈；

IPv6：128bit，2^128=3.4×10^38，10^80

冒号分十六进制：

IPv4和IPv6共存：

1.地址转换

2.IPv6地址包含IPv4地址：IPv6地址的最右侧的32位就是IPv4地址

IP首部格式：

Version：4bits，协议版本信息；ipv4:0100  ipv6：0110

IHL：4bits，Internet Protocol Header Length，IP首部长度，15行

20Byte ~ 60Byte，必须为4的整数倍；

服务类型：

4bits：服务类型

0000,0001,0010,0100,1000

最大带宽，最小延迟，最大吞吐量，最高可靠性

1bit：保留位

3bits：优先级

000,001,010,011,100,101,110,111

数据包长度：16bits，65536Byte，包括首部；64KB 

标识：16bits，标识数据的来源，标识指定的数据是由哪个源数据分片得到的；

标志：3bits，

第1位：保留

第2位：是否分片

第3位：更多分片，表示数据是否为最后一个分片；

000, 010, 011

片偏移：13bits，IP协议对数据包进行分片之后的序号；

生存时间(Time To Live, TTL)：8bits，计数器，

每个数据包都会获得一个初始化的TTL值，在每次经过路由设备之后，都会自减1，0表示该数据包为不可用数据，下一次路由设备将其获得后，会直接丢弃；可以有效防止数据包的无限循环传输；

通常的TTL的初始值可以为：255,128,64；

协议号：8bits，互联网层和传输层直接的通信接口，根据协议号指示的内容，正确接收数据之后，向上交给传输层的哪个协议进行进一步解封处理；

TCP：6

UCP：17

OSPF：89

EIGRP：88

首部校验和：16bits，进行首部的可靠性校验；

源地址：32bits，发送方地址

目的地址：32bits，接收方地址