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網絡編程—TCP/IP模型（TCP協議）https://blog.csdn.net/sniper_fandc/article/details/147011479?fromshare=blogdetail&sharetype=blogdetail&sharerId=147011479&sharerefer=PC&sharesource=sniper_fandc&sharefrom=from_link

目錄

1 網絡層

2 IP協議

3 IP地址

3.1 IP地址分類

3.2 特殊的IP地址

3.3 解決IP地址不夠用

3.3.1 IPV6

3.3.2 DHCP動態分配IP地址

3.3.3 NAT IP地址轉換

3.4 路由選擇

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1 網絡層

????????IP協議屬于網絡層，網絡層協議的工作：1.地址管理2.路徑規劃。

2 IP協議

????????4位版本：目前只有4和6，即IPv4和IPv6。IPv4地址32位，IPv6地址128位。

????????4位首部長度：單位4字節，故4位首部長度可以表示15*4=60字節，其中固定首部的長度為50字節，因此選項長度最多40字節。

????????8位服務類型（Type Of Service）：3位優先權字段（已經棄用），4位TOS字段，和1位保留字段（必須置為0）。4位TOS分別表示：最小延時，最大吞吐量，最高可靠性，最小成本。這四者相互沖突，只能選擇一個。對于ssh/telnet這樣的應用程序，最小延時比較重要；對于ftp這樣的程序，最大吞吐量比較重要。

????????16位總長度：單位字節，總長度=首部長度+數據載荷（傳輸層數據報）。注意：雖然此處長度做了限制，但這不意味IP數據包遇到數據很多的傳輸層數據報就無法傳輸，實際上IP數據包可以進行拆包和組包，拆包和組包的相關字段和標識、標志、片偏移有關。

????????16位標識：唯一標識主機發送的數據報文，IP數據包的拆包（又被稱為分片）和組包行為不由網絡層控制，而是由數據鏈路層控制。數據鏈路層如果對IP數據包分片，那么多個分片后的包屬于同一個IP數據包，因此16位標識一致。

????????3位標志：第一位保留。第二位置為1表示禁止分片，這時候如果報文長度超過MTU，IP模塊就會丟棄報文。第三位表示“是否還有更多分片”，如果還有分片，置為1；如果沒有分片了則是0，類似于一個結束標記。

????????13位片偏移：當前分片相對于原始IP報文開始處的偏移。其實就是在表示當前分片在原報文中處在哪個位置。實際偏移的字節數是這個值*8得到的。因此，除了最后一個報文之外，其他報文的長度必須是8的整數倍（否則報文就不連續了）。

????????8位生存時間（TTL）：數據報到達目的地的最大報文跳數。一般是64（如果是國外的地址，一般是128）。每次經過一個路由，TTL -= 1，一直減到0還沒到達，那么就丟棄了。這個字段主要是用來防止出現路由循環。

????????比如ping百度的地址，百度服務器發送的報文經過64-49=15跳（15次轉發）到達本主機。

????????8位協議：表示上層協議的類型。

????????16位頭部校驗和：使用CRC進行校驗，來鑒別頭部是否損壞。數據部分的校驗由傳輸層負責。

????????32位源地址和32位目標地址：表示發送端和接收端的IP地址。

3 IP地址

????????以IPv4為準，IP地址由32位二進制數表示，每8位二進制用“.”分割，共分成4部分，每部分表示一個字節，范圍為0-255。

3.1 IP地址分類

????????這里不介紹傳統的ABCDE類地址的分類方法（太浪費了，實際中也不用）。實際中使用的是CIDR劃分方法，CIDR引入子網掩碼，作用是表示IP地址哪部分是網絡號，哪部分是主機號。子網掩碼32位，網絡號部分全是1，主機號部分全是0，如下所示：

????????同一個局域網內（內網）的設備，網絡號一樣，主機號不一樣；相鄰局域網的網絡號不一樣（網絡號一樣就屬于同一個局域網了）。

3.2 特殊的IP地址

????????1.網關IP：意思是一個局域網的入口/出口，通常是主機號為.1的IP作為網關IP。

????????2.網絡號：主機號為.0的IP，表示這個局域網的網絡號，因此該IP不會分配給局域網的主機作為IP地址使用。

????????3.廣播IP：主機號為.255的IP，表示廣播IP，向這個IP發送數據，該局域網內的所有設備都會收到。

????????注意：為什么UDP可以實現廣播，TCP不可以？UDP不需要連接，把數據報直接向這個IP發送，就可以實現廣播；而TCP需要建立連接，但是廣播IP沒有實際的設備，即TCP向這個IP發送建立連接信息，沒有設備會應答，因此連接不會建立成功，難以實現廣播。

????????4.本地環回IP：127.0.0.1/127.*，表示主機自己，每臺主機都有一個虛擬的表示環回IP的網卡，因此可以實現自己訪問自己。

????????5.內網IP：10.*、172.16.*-172.31.*和192.168.*，這三類IP都屬于內網IP。

????????6.外網IP：除了內網IP外，其余的都是外網IP。

????????32位IP地址最初的設計是為了唯一表示世界上所有主機設備的地址，因為32位可以表示4294967296，這在當時看來是非常龐大的數字，但是如今手機、電腦、物聯網等各種可上網設備越來越多，這些地址也就不夠用了。如何解決IP地址不夠用問題？就有了以下三種方式：

3.3 解決IP地址不夠用

3.3.1 IPV6

????????IPv6地址為128位，比IPv4地址32位大2^96倍，為地球上每一個沙子分配一個IP都綽綽有余。但是IPv6與IPv4不兼容，而市面上大多數網卡設備等目前仍使用IPv4，因此對于IPv6不做過多研究。

????????IPv6還有個作用，有了IPv6訪問外網就不需要NAT地址轉換了。

3.3.2 DHCP動態分配IP地址

????????當設備需要上網時，向DHCP服務器發送請求，由DHCP服務器分配可用的IP地址，不上網時就不分配IP地址。但是這種方法治標不治本。

3.3.3 NAT IP地址轉換

????????把IP地址按局域網和廣域網分為內網IP和外網IP，不同內網中的IP可以重復，外網IP不能重復。

????????觀察下圖的內網IP和外網IP，體會不同局域網的內網IP可以重復，相鄰的局域網網絡號不同（因為路由器把相鄰的兩個局域網連接起來），同一個局域網的網絡號相同的含義。

????????假設主機1想要上網看視頻，主機1向視頻平臺發送請求，源IP是自己的內網IP192.168.0.10，目的IP是視頻平臺的IP3.3.3.3。IP數據包轉發過程可能經歷多個路由器（上圖進行了簡化），每經過一個路由器，NAT機制就會將源IP改為自己的轉發IP（WAN口出去的IP），同時記錄下地址的映射（包是從哪來的），因此最終視頻平臺看到數據包的源IP并不是主機1的IP，而是上一條路由器的IP。通過NAT機制，視頻平臺不會將返回的響應錯誤發送給局域網3的主機3（和主機1的IP相同），而是原路返回。

????????因此，NAT機制的本質是：用一個外網IP代替多個內網IP，從而節省了IPv4的地址的使用。

3.4 路由選擇

????????路由器內部會維護一張路由表，路由選擇的方式類似“問路”，采用一跳一跳的方式進行，當數據包傳入時，路由器會根據目的IP在路由表搜索下一跳地址，如果匹配到相應的信息就轉發數據包到下一跳；如果沒有匹配到就選擇默認的下一跳地址轉發（路由表的默認選項配置）。

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