JAVAEE初阶相关内容第十八弹–网络原理之TCP_IP【续集】

本文介绍: 网络层协议-IP

写在前

上一篇博客的重点内容主要讲了关于传输层的TCP协议、UDP协议。

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重点介绍了协议的特点、协议端格式、需要重点理解并掌握TCP的工作机制（十条）。

TCP与UDP对比？

TCP用于可靠传输的情况，应用于文件传输，重要状态更新等场景。

UDP用于对高速传输和实时性要求较高的通信领域，例如，早期的QQ，视频传输等，另外，UDP还可以用于广播【同一机房内部，天然支持广播– IP地址中有一种特殊的地址”广播IP“通过UDP往广播上发送数据报，此时该局域网内所有的设备都能收到数据。】

传输层的协议并非只有这两个，例如有的是专门为了游戏打造的，典型协议：KCP。

本篇博客将重点介绍网络层协议-IP

网络层协议代表–IP协议

在复杂的网络环境中确定一个合适的路径。

1. 协议头格式

地址管理、路由选择。

对“16位总长度”的理解

16位总长度是不是意味着一个IP数据报，最大只能支持64KB？

确实是有这个限制的，相当于一个快递公司一次最大只能给运输64kg的快递，但是，IP自身就支持对包的拆分和组装。一个IP数据报携带的数据载荷太大了，超过了64KB，就会在网络层针对数据进行拆分，把一个数据拆分成多个IP数据报，再分别发送，接收方再重新拼装。

IP协议中最重要的部分：32位源IP，32位目的IP

2. 点分十进制

此处看到的IP地址是32位整数，但是日常见到的IP则是一串数字，使用三个点把32位4个字节的数字分隔开，每个部分分别使用0-255的十进制数字进行表示。

3. 关于IP地址不够用问题的解决办法

32位数字，只能表示42亿9千万个数字，我们期望使用这个表示全世界所有的上网设备。为了解决IP地址不够用的问题，想了很多办法。

（1）动态 分配IP

提高利用率，指标不治本

（2）NAT网络 地址 转换

使用1个IP地址代表一批网络设备【端口号区分】

关于内网和外网：

NAT背景下把IP地址分成了两大类：内网IP和外网IP

内网IP【私有IP】：10.开头的、172.16.*-172.31.*、192.168.*

外网IP【公网IP】：除了内网IP外的都是外网IP。

NAT要求：公网IP必须是唯一的，内网IP可以在不同的局域网中重复出现。如果某个私网里的设备想访问公网的设备，就需要对应的NAT设备【路由器】，把IP地址进行映射，从而完成网络访问。反之，公网的设备，无法直接访问私网的设备，不同局域网的私网设备没法直接进行相互访问。

NAT机制能够有效的解决IP不够用的问题，但是带来的副作用就是网络的环境更加复杂了。

（3）IPV6

根本上解决了IP不够用的问题，使用16位字节表示IP地址。

虽然IPV6看起来是美好的，但是当前世界上仍然是以NAT+IPV4+动态分配来进行网络组建的。真正使用IPV6的地方非常少。

主要原因是IPV6贵，IPV6与IPV4还不兼容。

4. IP协议-地址管理

把一个IP地址分成了两部分，一个叫网络号，一个叫主机号。

4.1 网络号

表示网段，保证相互连接的两个网段具有不同的标识。

4.2 主机号

标识主机，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。

193.168.0.10 — 网络号：192.168.0 主机号：10

划分网络号和主机号就是为了组网。

4.3 子网掩码

子网掩码格式和IP地址格式一样，也是32位的二进制数，其中左边是网络位，用二进制”1“表示，1的数目等于网络位长度。右边是主机位，用二进制”0“表示，0的数目等于主机位长度。对于家用设备来说，子网掩码最常见的就是255.255.255.0。

作用：划分A、B、C三类IP地址子网；网络通信时，子网掩码会结合IP地址，可以计算获得网络号（划分子网后的网络号）及主机号（划分子网后的主机号）。一般用于判断目的IP与本IP是否为同一个网段。

5. IP协议-路由 选择

路径规划

核心思路–问路。每个路由器都会保存一定的周围设备的信息（路由表）。每次有一个IP数据报经过路由器。就需要匹配路由表，看看接下来咋走。如果路由表上有匹配的选项【该路由器认识路】，直接按照要求走就可以。如果没有匹配的选项【不认识路】，会提供一个默认路径，大体方向是不会错的。每次经过一个路由器问一次，TTL-1。如果减到0还没到，就说明永远都到不了，这个地址没人知道，就被丢弃了。