网络协议与 IP 编址

网络协议与 IP 编址

之前大概了解过了网络的一些基础概念，见文章： 网络基础概念。

之前简单了解OSI模型分层：

在分层模型中，传输层、网络层、数据链路层方便有自己进行区分的通信方式。 TCP/IP协议栈定义的标准协议：

分层中每层PDU协议数据单元都添加了对应的报文头部进行标识。网络层中添加逻辑地址(IP地址)进行封装。 网络层主要的协议包括：IP 协议，ICMP 协议，IPX 等

IP 协议

IP 协议：Internet Protocol 因特网协议，定义并阐述了 IP 报文的格式。有 IPV4 和 IPV6 两个版本，现在逐渐在从 V4-V6 版本迭代。IP 协议为网络层设备提供逻辑地址，负责数据表的寻址和转发。

IP 头部字段信息：

• Version:版本
  
• header length:头部的长度，如果不带 OPTION 字段为 20，最长 60
  
• type of service:服务类型。只有在有 QoS 差分服务要求时，这个字段才起作用
  
• total length:整个 IP 数据包的长度
  
• identification:标识某个数据包的标识符
  
• flags:标记位，记录是否分片
  
• fragment offset:包偏移量，确定分片的长度，默认接口 MTU1500
  
• TTL:生存时间（255/128），每经过一个三层设备减少 1，用于防环
  
• protocal:下一层协议。指出此数据包携带的数据使用何种协议，以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个进程处理。
  
• header checksum:首部检验和
  
• source ip address:数据包源地址
  
• destination ip address:数据包目的地址
  
• options:可选字段
  
• padding:可变，填充字段
  

IP 地址

IP地址结构

用于在网络中标识一个节点，用于 IP 报文寻址。

采用点分十进制标识，一个 IP 地址有 32bit(4 字节)，1Byte(字节)=8bit，刚好IP地址为32个二进制位数，每8为为一个字节(byte),因此为4字节。

二进制：二进制（binary）是在数学和数字电路中以2为基数的记数系统，是以2为基数代表系统的二进位制。这一系统中，通常用两个不同的符号0（代表零）和1（代表一）来表示。左侧为高位，右侧为地位。

地址由网络部分和主机部分构成，网络部分标识同一个网络，主机部分用于区分网络内不同主机，可以分配终端使用。

子网掩码，区分网络部分与主机部分，网络位全部置为1。

网络号：一个网络范围，即同一个网络。二进制主机位全部置 0 就是网络位。

主机位：具体范围里面的具体节点，属于网络号里的一个主机。

广播地址：一个网络主机位全部置 1，为广播地址，不能分配使用。

IP 地址分类：

主机数量：2^N

可用主机数量：2^N -2

私有地址：

A 类：10.0.0.0~10.255.255.255

B 类：172.16.0.0~172.31.255.255

C 类：192.168.0.0~192.168.255.255

特殊地址：

IPV4 VS IPV6

子网划分

假设有一个C类网段地址：192.168.10.0；默认情况下，网络掩码为24位，包括24位网络位，8位主机位。

从上面我们指定一个网络地址包括网络位和主机位，地址分ABC类，都有默认掩码，将网络位固定，主机位的个数就是这个网段的可用数量；通过将网络位增加，可以增加网段，但是网段内主机数量减少实现子网划分。这个可以简单理解为原来一个网络有256个IP，可以划分为2个128小的网段，除去网络号全0和全1。

子网划分要多多练习才能熟练掌握或者通过子网计算工具。

从主机位借位。

可用子网数量：2^N ，N 为借位数

可变长子网掩码，VLSM (Variable Length Subnet Mask)

ICMP：因特网消息控制协议

Internet 控制消息协议 ICMP (Internet Control Message Protocol)是 IP 协议的辅助协议。 通常用于在两台网络设备间进行状态检测，判断主机间网络状态，会返回不同的状态值。

总结：

这次复习了上次的网络基础概念，网络分层模型以及各层对应的报文头部，在网络层是使用IP协议，通过逻辑地址进行区分不同主机的。

因为计算机只认识0和1，为了便于人们使用点分十进制表示，每8个bit为一个字节(byte),因此IP地址最大为255，最小为0。

IP地址常用被划分为A、B、C类，IP地址由网络位和主机位组成，IP地址必须要通过逻辑地址和子网掩码才能唯一确定一个IP。网络地址位全部置位1表示掩码，主机位全置位1表示广播地址。

可以通过减少或增加网络位和主机位实现子网划分，VLSM可变长子网掩码。

ICMP协议，通过ICMP来测试网络主机的连接情况。