计算机网络-ip数据报

在图中，网络层包含了四种协议：ARP、IP、ICMP、IGMP，由上下关系表明，ARP为IP协议服务，IP为ICMP和IGMP服务。

IP数据报格式

此处不区分数据报和分组的概念：当数据部分过长时，将数据部分拆分，形成分组，也就是网络层的传输单元。
首部分为固定部分和可变部分，常规下没有可变部分。

版本：4位，表示IPv4/IPv6
首部长度：4位，单位是4字节，因为首部最少是固定部分的20字节，因此首部长度最小为5
区分长度：8位，表示期望获得哪种类型的服务
总长度：16位，表示总长度（首部+数据部分），单位1字节，可表示的最大值为2的16次方-1=65535 。但真实的总长度达不到此值，因为过长就会被分片，用来满足数据链路层MTU的限制。
标识、标志、片偏移： IP数据报分片时使用
生存时间（TTL）: 8位，表示IP分组的保质期。每经过一个路由器值-1，变为0时被丢弃。
协议：8位，表示数据部分（即上层传输层）的协议。大致有1（ICMP）、2（IGMP）、6（TCP）、8（EGP）、9（IGP）、17（UDP）、41（IPv6）、50（ESP）、89（OSPF）。
首部检验和：16位，只检验首部。
源地址、目的地址：32位。
可选字段：0-40字节，用来支持排错、测量以及安全等措施。
填充：全0，把首部补充为4字节的整数倍。

IP数据报分片

MTU：链路层数据帧可封装数据的上限。以太网的MTU是1500字节。

网络层的IP分组封装上层数据（传输层）时，只增加了首部；链路层封装上层数据时，加头加尾。
整个IP分组构成了链路层的数据部分，当超过链路层MTU限制时，普遍采用分片的形式。当IP数据报要求不使用分片且长度超过MTU，则数据发送不出去，向上层返回一个ICMP差错报文。

标识：16位，同一数据报的分片使用同一标识。
标志：3位，只有两位有效，最高位保留不用。
中间位DF（don’t fragment）：1，禁止分片；0，允许分片
最低为MF（more fragment）：1，还有分片；0，最后一片/没有分片了
片偏移：13位，表示分片后某片在原分组中的相对位置，单位8B。可以看出，分得的片长度都是8B的整数倍（除了最后一片）。

分片过程

某个数据报首部20B、数据部分3800B，需要分片为长度不超过1420B的数据报片。
则可以分为三片，每片的首部长度和原始数据报相同。

分片后，是乱序到达吗？目的方如何再把片组装起来？

IP地址的分类

IP地址的历史阶段：
- 分类的IP地址
- 子网的划分
- 构成超网（无分类编址方法）

分类的IP地址

IP地址： 全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器或主机的接口。主机或路由器有多个接口，就有可能有多个ip地址。
IP地址：{网络号，主机号}

网络号不为0，主机号为0标识某个网络。
LAN1：网络号222.1.3.0，网络内各主机的主机号不同
LAN2：网络号222.1.1.0
LAN3：网络号222.1.2.0，虽然内部有网桥，但它是链路层设备，不能隔离广播域，仍然是一个网络。
中间的三个路由器，每个路由器都有三个接口，每个接口都是一个网络。

可以看到4字节的IP地址，被分为A、B、C、D、E五类，每类能表示的数量是上类的一半。
每类中能表示的IP地址，有些是不可以用的。

网络号全0(表示本网络，肯定是A类地址)，，当主机号：

• 为全0，表示自己这台主机。可以作为源地址，不能作为目的地址
  ps: 当写tcp程序时，监听ip地址0.0.0.0，，与这个有关系吗
• 不为全0，表示本网络内的某台主机，可以作为目的地址，不能作为源地址

网络号全1，主机号全1，即255.255.255.255，表示本网广播地址，不能作为源地址，只能作为目的地址，路由器收到目的地址为它的分组不转发，因为路由器可以隔离广播域。

网络号特定值，主机号全0，表示某个网络，不能作为目的地址和源地址。
网络号特定值，主机号全1，表示某个特定网络的广播地址，可以作为目的地址，不能作为源地址。
网络号127（A类地址），主机号非全0非全1，表示环回地址，可以作为源地址和目的地址。

总结：
网络号全为0，表示本网络的某台主机；
主机号全为0，表示某个网络。
主机号全为1，表示广播地址。

这些特殊的IP地址不能作为主机或路由器的接口地址。

私有IP地址，只能在本地网中使用，路由器对私有地址数据包一律不转发。

最大主机数，都是减去全0和全1，即2。
A类地址中，最大网络数减去全0（表示本网络）和全1(127,表示换回地址)
B类地址中，最大网络数减去全0（表示本网络）
C类地址中，最大网络数减去全0（表示本网络）

NAT网络地址转换

在专用网连接到因特网的路由器上安装NAT软件，安装了NAT软件的路由器叫NAT路由器，它至少有一个有效的外部全球IP地址。
NAT路由器有一个NAT转换表。
在数据往外发时，源地址是本地地址，替换为路由器的外网地址；在外部数据进来时，目的地址是路由器的外网地址，转换为本地地址。