网络原理 IP协议与以太网协议

博主主页: 码农派大星.

数据结构专栏:Java数据结构

数据库专栏:MySQL数据库

JavaEE专栏:JavaEE

关注博主带你了解更多数据结构知识

1.网络层 IP协议

1.IP协议格式

2.地址管理

2.1 IP地址

2.2 解决IP地址不够用的问题

2.3NAT网络地址转换

2.4网段划分

3.路由选择

2.数据链路层以太网协议

1 认识以太⽹

2.认识MAC地址

3.ARP协议

4.以太⽹帧格式

3.应⽤层协议DNS(DomainNameSystem)

1.网络层 IP协议

1.地址管理 => IP地址

2.路由管理 => 数据报传输路径进行规划

1.IP协议格式

4位版本号:指定IP协议的版本,对于IPv4来说,就是4,IPv6,就是6.

4位头部⻓度(header length):IP头部的⻓度是多少个32bit,也就是length*4的字节数.4bit表⽰最⼤的数字是15,因此IP头部最⼤⻓度是60字节.

8位服务类型(TypeOfService):3位优先权字段(已经弃⽤),4位TOS字段,和1位保留字段(必须置为 0).4位TOS分别表⽰:最⼩延时,最⼤吞吐量,最⾼可靠性,最⼩成本.这四者相互冲突,只能选择⼀个. 对于ssh/telnet这样的应⽤程序,最⼩延时⽐较重要;对于ftp这样的程序,最⼤吞吐量⽐较重要.

16位总⻓度(total length):IP数据报整体占多少个字节.

IP协议内置了拆包组包机制,单个IP数据报确实没法超过64KB,但不代表IP协议不能传输超过64KB的数据,IP协议会自动把大的数据报,拆成多个IP数据报携带传输,在接收方再进行拼装.

16位标识(id) : 同一个载荷的数据,被分成多份,交给多个IP数据报来携带,多个IP数据报,16标识(id)是相同的数值

3位标志位 : 只有2个有效,其中一个,表示这个包是否需要组包(是否拆包的一部分),另一个表示当前包是否组包的最后一个单位

13位片偏移: 决定组包的时候数据报的位置

8位⽣存时间(TimeToLive,TTL): 一个数据报在网络中最多存活多长时间.

8位协议 : IP数据报中,携带的载荷,是哪种传输层协议的数据报

16位头部校验和: 验证数据在传输中是否出错(只是针对首部,IP报头),载荷部分TCP/UDP都有自己的校验和了

32位源地址和32位⽬标地址:表⽰发送端和接收端

IP地址是32位的整数,是一个很大的数字,不方便理解和阅读,于是就通过点分十进制把32位(4字节)通过3个圆点分割开,每一个部分是一个字节(范围是0-255)

2.地址管理

2.1 IP地址

IP地址是一个32位的整数，即42亿9千万。地址描述的是一台联网设备在网络上所占的位置，理论上来说，是不应该重复的，但现在移动互联网的时代看来是不够用的。

2.2 解决IP地址不够用的问题

1.动态分配IP地址

一个设备上网就分配IP,不上网就不分配IP

2.NAT网络地址转换

3.IPv6 使用128位( $2^{128}$ )16个字节表示IP地址而IPv4使用32位( $2^{32}$ )4个字节

2.3NAT网络地址转换

把IP地址分为两大类:

1, 内网IP/私网IP 是以10.、172.16.-172.31.、192.168.

2,外网IP/公网IP

公网IP必须是唯一的,但私网IP是允许重复的(在不同的局域网中时允许重复的)

同一个局域网内,主机A访问主机B,不会涉及到NAT机制,公网上的设备A,访问公网上的设备B,也不会涉及到NAT机制,但如果一个局域网中的主机A访问另一个局域网的主机B,NAT机制中,不允许的!!

如果局域网内部的设备A访问公网上的设备B ,NAT机制主要就是针对这个情况进行生效

NAT机制的缺点: 网络环境太复杂,替换过程中,每一层路由器都需要维护映射关系,每次转发数据,都要查询映射关系,都是开销

2.4网段划分

把一个IP地址会划分成2部分：网络号（标识一个局域网）+主机号（标识局域网中的设备）
同一个局域网中，网络号必须相同，主机号不同。

以我的主机为例：子网掩码为11111111 1111111 11111110 0000000，被标记为1的位置就是网络号，标记为0为主机号，那么网络号就是10.81.33，主机号为：.105

上面带有的子网掩码的划分是当下的网络环境，也有一些其他划分方式。

3.路由选择

在网络中进行路由转发的时候，每一个路由器无法知道网络的全貌，只知道一些局部信息，这就意味IP数据转发的过程中，是探索式，启发式的。
一个网络层的数据报报每次到达一个路由器的时，会进行一个类似“问路”的过程，每一个路由器内部都有一个数据结构“路右边”，根据数据报中的目的IP查找路由表，如果查到了，就直接去对应的位置，如果没有查到路由表中会有一个默认的表项，就向默认表项转发。