网络层解析——IP协议、地址管理、路由选择

IP协议格式解析

画图解析IP协议报头成员：

4位版本号： 4 --- ipv6    6 --- ipv6
4位头部长度：ip报头最小20个字节，最大60个字节，用于数据分用
8位服务类型：3位优先权弃用、1位固定位0、4位服务类型
16位数据报长度：限制IP报头包含头部在内最大不超过64k大小
	对tcp报文最大数据不超过64k-40（IP报头20字节，tcp报头20字节）
	对udp报文最大数据不超过64k-28（IP报头20字节，udp报头8字节）
16位分片标识：表示当前分片属于哪一个报文，用于分片重组
	网络层的数据分片：
		在网络层要求一个报文最大不能超过64字节，如果报文超过64字节，则直接丢弃，小于64字节才能进行传输。
		而在链路层还有一个报文的长度限制MTU，大小可以设置，以太网默认位1500，如果报文超过MTU就需要在网络层进行数据分片。
		将大报文分割成小的分片，然后分别封装包头进行传输。在发送端进行数据分片，在接收端就需要进行分片重组。分片标识就是干这个事情的。
3位标志位：
	0表示不用，对应位置1表示对应功能
	分片保留位：现在还不想用，但不知道以后用不用
	分片禁止位：禁止分片，如果报文长度大于64字节，网络层直接丢弃
	分片结束标志位
13位分片偏移：标识当前分片在原始报文中的位置，以8字节为单位。
8位TTL：生命周期，最大数字255。
	表示一个报文所能经过的路由器跳数，每经过一个路由器跳数减1，减为0就丢弃数据。
	避免路由环路导致数据传输传不出来。
8位协议类型：
	表示当前数据所使用的协议类型，用于数据分用上层选择
16位校验和：校验数据一致性
	每一层都有自己的传输设备，每一层都应该有自己的数据校验
32位源端-对端IP地址：用于描述通信两端主机
0~40字节网络数据：某些情况下使用，比如路由追踪

地址管理

IP地址的管理：

IP地址：在网络中唯一标识一台主机
IPV4：uint32_t类型的整数
管理：根据网络不同进行分配
IP协议地址组成：
	网络号：是一个网络的标识，每个网络中所分配的IP地址都包含对应的网络号
	主机号：一个主机在一个网络内部的标识
	只要使用不同的网络号并且每个网络中的主机号不用就可以实现IP不同。

网段的划分：
32位地址
A类网段：

	高1位固定为0，7位网络号，24位主机号
	用于组件超大型网络，127是网络号，2^24个主机（一千六百多万个）
	A类范围：0.0.0.0 ~ 127.255.255.255

B类网段：

	高2位固定为10，14位网络号，16位主机号
	用于组建中型网络，191.256是网络号，2^16个主机（65535个）
	B类范围：128.0.0.0 ~ 191.255.255.255

C类网段：

	高3位固定为110，21位网络号，8位主机号
	用于组件小型网络，223.255.255是网络号，2^8个主机（256个主机）
	C类范围：192.0.0.0 ~ 223.255.255.255

D/E类网段
但这种网段划分方式导致的情况就是，大量的公司抢占B类网段IP，导致A类网段IP浪费。
所以在早期的基础上使用了新的方案：CIDR使用子网掩码进行网络划分
子网掩码：

uint32_t 类型的数据，由-连续-的二进制1组成
··必须保证1是连续的
1.用于辨别一个IP地址属于哪一个网络
	子网掩码与IP地址相与可以得到网络号
	192.168.1.2 & 255.255.255.0 ->192.168.1.0
2.用于确定或限制子网中主机号个数
	子网掩码取反得到子网中最大主机号个数
	~255.255.255.0 ->0.0.0.255   255个

一个公司中申请了一个C类网络，192.154.53.0 /24，公司有4个部门，现在需要将网络平均划分为4个子网，请问每个子网的网络号，子网掩码和IP范围分别是多少？

C类网络可以有256个主机，平均划分为四个子网，每个子网最多有64个主机号，每个子网的主机号范围位0~64.
子网掩码取反得到最大主机号，同理，用最大主机号取反就可以得到子网掩码：~0.0.0.64 ->255.255.255.0
所以得到的IP地址范围为：
 子网1：192.154.53.0 ~ 192.154.53.63；
 网络号：192.154.53.0 & 255.255.255.0 ->192.154.53.0
 子网2：192.154.53.64 ~ 192.154.53.127；
 网络号：192.154.53.64 & 255.255.255.0 ->192.154.53.64
 子网3：192.154.53.128 ~ 192.154.53.191；
 网络号：192.154.53.128 & 255.255.255.0 ->192.154.53.128
 子网4：192.154.53.192 ~ 192.154.53.255；
 网络号：192.154.53.192 & 255.255.255.0 ->192.154.53.192

特殊IP地址：

0.0.0.0：被识别为当前主机上任意网卡地址，常使用于服务端绑定地址
255.255.255.255：全网广播地址，常用于DHCP请求
	DHCP：动态地址分配协议，谁上网给谁分配地址
	路由选择时，数据中没有对方路由的IP，怎么将数据发送出去，只能通过广播发送给所有的路由，让相关的进行识别。
127.0.0.1：每个主机上都有的虚拟回环网卡地址，用于本地网络测试
主机号全为0的IP地址：就是网络号，不会分配给主机
主机号全为1的IP地址：udp局域网广播地址，也不会分配给主机
	所以说一个C类网络中有256个IP，但是分配给主机的IP只有254个
	这和全网广播地址是不一样的，因为网络号不同，位数不同。
	一个网络中能够分配给主机的IP地址的个数是主机号个数-2。

公网与私网：

公网/外网：通常所说的互联网
私网/内网：私自组建的私有网络不与外界直接通信
	目的：1.只想进行内部通信     比如军政领域
		 2.节省公网地址的使用
		 	建立一个私网，可以使私网中的主机使用同一个公网进行上网。
	RFC1918文档中规定用于组建私网的地址：
		10.*.*.*    172.16.*.*    192.168.*.*
		我们的虚拟机ip都处于一个小型的私网中

路由选择

路由器为每一条流经路由器的数据选择一条合适的路径进行转发。

首先，路由器进行路由选择之前会判断目标IP处于哪一个网络
路由表：    route命令
	每一个路由器都有一张路由表，记录了当前路由器所连的网络。
	路由器对途径的数据，取出目标IP地址，与自己路由表中的路由表项进行比对，判断目标地址属于哪一个网络，判断完成之后使用连接这个网络的网卡将数据发送到指定网络
	怎么比对？
		路由表项中有自己支持的目标网络号、网关、子网掩码、连接网络的网卡信息和defult信息。
		取出数据目标IP，与每一个支持子网掩码掩码相与得到目标IP的网络号，再与对应的路由表项中的网络号比对，不是则进行下一次比对，
		如果网络号相同就使用对应的网关将数据发送出去；
		如果都没有找到与对应IP网络号相同的就对应defult信息进行地址替换（子网IP换成局域网IP）在上层网络进行匹配。
有很多路由表的生成算法。