前言

这篇博客主要对IP协议中一些基础知识点加以总结，并将书中一些晦涩难懂的部分去除了。IP地址协议是网络层中最重要的协议，IP地址协议能够对因特网上的全部设备进行唯一标识。也正由于有了IP协议，我们的计算机才干实现与全球随意一台设备进行通信。

同一时候这也是网络层存在的意义，我将对部分的内容分为两个部分加以总结：一、首先对IP协议部分的知识加以总结。二、对网络层其它的协议加以总结，包含ICMP、IGMP、ARP等协议。


IP协议基础篇

地址空间

这个概念非常好理解，假设一个协议用a位（a个bit）表示，那么其地址空间就是2^a。

我们要讲的IPv4地址协议（简称IP协议）使用32位表示一个地址，所以其地址空间是2^32(超过40亿)

记法

在IP协议中，有三种记法表示一个IP地址：

  • 基2（二进制表示法）
  • 基16（16进制表示法）
  • 基256（10进制表示法）
点

分类编址

认识编址

分类编址是最早出现的编址体系。在分类编址中一共分为五类：A、B、C、D、E。每一类占用地址空间的一部分。当中A类地址有2^31个地址，占50%，B类有2^30个地址，占25%。C类有2^29个地址，占12.5%，D类和E类各有2^28个地址。各占6.25%。那么怎样辨别这5类地址呢？
假设是使用点分十进制记法，仅仅要看左边第一个数。假设小于128，那么就是A类，假设小于192，那么就是B类。假设小于224，那么就是C类，假设小于240，那么就是D类，假设不在上面的范围，那么就是E类。

举例说明

一个IP地址包含了网络号和主机号（网络号标识了设备处于哪个网络下，主机号标识了该网络下的哪台设备）。对于上述A、B、C类地址，分别用前一个字节、两个字节、三个字节表示网络号，后面的字节表示主机号。

地址数首地址末地址


假设给定了n，那么
1）地址数N=2^32-n
2）首地址：保持最左边n位不变，并将右边32-n位置为0
3）末地址：保持最左边n位不变，并将右边32-n位置为1

比如对于IP地址73.22.17.25。其地址数N=2^32-8=2^24。首地址为73.0.0.0，末地址为73.255.255.255

子网掩码

无分类编址

简单介绍

前缀长度后缀长度
斜线记法

两级编址

通过斜线记法表示的地址。我们能够得到该地址块表示的地址数、首地址和末地址。

这点和分类编址是一样的。能够发现。当n各自等于8、16和24的时候刚好就是分类编址的情况，所以分类编址是无分类编址的一个特例。在无分类编址中，计算上述三个信息有一点点出入。看计算方法：

1）地址数N=2^32-n
2）首地址= (随意地址) and (子网掩码)
3）末地址= (随意地址) OR (NOT (子网掩码))

比如对于17.63.110.114/24。子网掩码为255.255.255.0。


地址数N=2^32-24=16。
地址： 17.63.110.114
子网掩码：255.255.255.0
首地址： 17.63.110.0

地址： 17.63.110.114
NOT 子网掩码： 0.0.0.255
末地址： 17.63.110.255

子网划分

在无分类编址中，最常见的应用就是子网划分了。

子网划分就是把ISP分配的一个地址块进一步划分为若干子网，每一个子网还能够继续划分为子网的子网，没有不论什么限制。假设有一个地址块的地址数是N，前缀长度为n。要划分为s个子网，每一个子网的前缀长度是n2。每一个子网的可用地址数是N2。

那么有例如以下计算公式：

n2 = n + log2(N/N2)

比方某组织的可用地址块为130.34.12.64/26，须要划分为4个子网，每一个子网的地址数同样，则每一个子网的信息能够例如以下求得：

1) 可用的地址数N=2^32-26=64
2) 首地址=130.34.12.64/26，末地址=130.34.12.127/26
3) 每一个子网的地址数N2=64/4=16
4) n2 = 26 + log2(64/16) = 28

特殊地址

1）全0地址
即0.0.0.0/32，该地址被保留用于主机发送一个分组而又不知道自己地址的情况下
2）全1地址
即255.255.255.255/32。被设计为当前网络的受限广播地址，一个主机假设想把报文发给网络上的全部主机，就能够把这个地址作为目的地址

IP协议高级篇

IP协议在TCP/IP模型中的位置

在这部分的内容中。将对IP报文的格式做一个具体的了解，同一时候为学习TCP传输层做铺垫。

有一点非常重要，IP协议是不可靠的无连接数据报协议————一种尽最大努力交付的服务。就是说IP协议不保证数据的完整性和安全性，数据报有可能丢失、乱序、损坏或者延迟到达

IP数据报

网络层的分组称为数据报，。也能够简单理解为网络中传输的数据
下图是一个完整的IP数据报格式：

IP数据报由两部分组成：首部和数据。首部长度能够是20~60字节。以下对IP数据报中的各个字段加以说明：

版本号(VER)首部长度(HLEN)服务类型(TOS)总长度标识标志分片偏移生存时间(TTL)协议源地址目的地址

IP分片

MTU

IP分片要改动IP数据报中的标志、分片偏移和总长度的值，其它的不变。

注意：分片的仅仅是数据报中的数据，首部并不会被分片

以下我们来看看分片的时候。上述三个字段（总长度须要依据分片的数据长度确定，再加上首部长度）发生了什么变化：

标识

此字段尽管没有改变，每一个分片要复制这个字段的值。

这个字段与源主机的IP唯一确定一个数据报。当目的主机收到全部分片后，能够依据这个标识重装数据报，由于目的主机觉得标识号同样的是属于同一个数据报的。

标志

不分片
还有分片

分片偏移

还有分片

选项

选项字段主要用于网络測试与排错，前面提到IP数据报首部的长度是20字节~60字节。当中20字节是固定部分，剩余的字节数是选项部分多出来的。
选项部分的格式可分为：一个字节的类型字段、一个字节的长度字段以及可变长度的值的字段。

当中选项的类型能够分为六种：无操作、选项结束、记录路由、严格的源路由、不严格的源路由、时间戳。前两种是单字节的。后四种是多字节的

校验和

绝大多数TCP/IP协议採用差错控制的方法称为校验和。

校验和能够防止分组在传输期间出现损坏。以下说一下IP分组中的校验和：
首先把校验和字段置为0。然后把整个首部划分为16位的段，再将各段相加，把结果取反码插入到校验和字段中。要注意的是，IP分组中校验和仅仅覆盖首部，不包含数据。这个字段了解就可以