04.网络层协议以及IP编址

标签：编址 字节 04 IP 报文 分片 地址 IP地址

网络层协议以及IP编址

一、网络协议

IPX很难见到了，当初星际争霸就需要 有一个IPX协议支持才可以。

IP协议

1. 本身是一个协议文件的名称，主要阐述的IP报文的格式
2. 一般指的的IP，一般指的是IP地址（IP报文中很重要的一个元素），或者是基于IP的网络，例如IToIP

1. IP协议有版本之分，目前分为IPv4和IPv6，现在主用是IPv4，但是往IPv6发展（就像智能手机发展过程）

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1. IP协议是不可靠的，尽力而为的，不负责任的。
2. IP地址用于标识某个设备，结合路由表可以完成相应的数据传递工作。

关于头部（首部）的概念

英文叫header，然后就机翻成头部，实际上就是增加在数据外面的包装盒，然后正常书写或者标识过程就是在数据的左边。

但是wireshark的呈现形式是叠罗汉式的，也算是头部。

IPv4报文格式

版本号(Version) 4bit

IPv4，因此就是4，二进制表示为0100

头部长度(Header Length) 4bit

首部长度表示整个IP头部包含多少个4字节，而不是首部长度为多少首部就多长。

例如下面的首部长度为5（二进制为0101），那么就表示IP首部包含5个四字节，因为IP首部长度为20字节。

由于首部长度总共只有4bit（最大为1111），因此IP首部最大就是15x4=60字节，换言之，IP选项字段最大40字节。

服务类型(TOS) 8bit

（现阶段仅作了解）

传统用法

一共8bit，前3bit叫做IP precedence，由于是3bit，因此取值范围是0~7。

紧接着4bit为TOS位。

这四个bit要么全部置零，表示一般服务，要么就只有一个bit是置一的。当第一bit置一，表示最小延迟，接着依次是最大吞吐量，最高可用性，最小费用。

最后一bit不用。

现代用法

前六位作为DSCP位，后面两位没用。

总长度(Total Length) 16bit

表示整个IP报文（头部+数据）的长度，由于是16bit，因此决定了IP报文最大不能超过65536字节。

针对这个不能超过65535字节的特性，有一种很老的攻击叫做ping of death。当98系统收到超过65535字节的报文的时候，就会挂掉。

可以使用分片技术，让超过65535的IP报文在途中进行分片，到了目的98系统之后，让系统进行重新组装。

标识字段identification（16bit）

发送出IP报文的设备都会对每一个报文进行标识，也就是表示字段，标识字段是各不相同的，发一个包标识字段增加1。

例如1.1.1.1 ping 1.1.1.2

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标志位flags 3bit

第1bit:预留不用

Don’t fragment：置位（set，值为1)则标识任何情况下都不分片

MF（More Fragment）：置位（set，值为1）表示后面还有分片，不置位（not set，值为0）表示后面没有分片，这个报文是最后一个分片了

片偏移fragment Offset 12bit

发送数据前，把出接口MTU（太网上能够传输的最大DATA字节数为1500）与即将发送数据包（除了以太网帧以外）的长度进行比较。

如果发送数据包大于出接口MTU那么就进行分片。

分片可以发生在原始发送端主机上，也可以在中间路由器上。

片偏移量：被分片的数据和原始数据相比，偏了多少。

如果一个IP报文出现了分片，无论分成多少片，标识位都是一样的。

eg.1  MTU的极限试探

MTU以太网最大的传输单元，数值为1500字节

EthernetII 18字节（6字节DMAC+6字节的SMAC+2字节的type+4字节的FCS校验）

以太网的报文大小最大1518字节

1500字节包含：IP头部（20字节）+ICMP头部（8字节）+数据（1472字节）！！！

构造PING报文

Step 1 配置IP地址

略

Step 2 保证路由全通

system-view

ospf  1

area 0

 network 0.0.0.0 255.255.255.255

Step  3 联通性测试

Step  4 端口MTU观察

在AR2的G0/0/0端口通过命令display interface g0/0/0

Step 5 不分片发送

AR1上使用命令

ping -s 3000 -f 1.1.1.1

其中-s 表示发送的ICMP数据的字节数

-s  Specify the number of data bytes to be sent, the default is 56bytes

-f表示誓死不分片

-f   Set Don't Fragment flag in packet (IPv4-only)

说明这个吃不消

Q：在不做任何干预的情况下，请问-s最大配置多少？

A：1472字节

由于MTU=1500字节，这就决定了IP头部（20字节）+ICMP头部（8字节）+ICMP承载的数据（1472字节）≤1500字节

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eg.2  分片观察

AR1上允许分片，并且发送ICMP 3500字节，即

ping -s 3500 -c 1  1.1.1.1

-c 1 表示发送1个ICMP报文，默认5个

-c  Specify the number of echo requests to be sent, the default is 5

从抓包可以看出，ICMP request报文被分成了三个片

第1片

第二片

第三片

其他：

1. 三个报文实际上是1个报文的分片，所以id号相同，均为352
2. 由于只有第三片带有icmp头部信息，因此被识别为ping报文，上面两个只是分片

生存时间TTL （8bit）

主要是为了防止三层环路导致的数据包无线转发。TTL最大255跳，经过一个进行三层处理的设备（就是需要处理到网络层信息，即中转站）减少1。

设备收到减1，当该值为0的时候，还没到目的地就丢弃。

例子

AR1上

ping  -h 10 -c 1 1.1.1.1

在AR1上抓包，

在AR2上抓包

Q：设置成多少正正好无法ping通1.1.1.1

A：3跳

协议号 protocol（8bit）

首部校验和（16bit）

不对数据部分进行校验。

源目IP地址 （64bit）

扩展头部

。。。。

IPv4地址介绍

IP是发件地和收件地，中间的中转站需要通过二层地址来到达。

计算机只能识别01010101的二进制，而人类比较能够接受点分十进制

Q.为什么用点分十进制？

A.如果不用点分十进制，那么IP地址32bit，就会出现2^31这么大的数值，人记不住！

Q.记到什么程度就可以了？

点分后只要能知道2^7即可

2^7   2^6    2^5   2^4   2^3    2^2    2^1    2^0

128     64     32      16      8         4        2        1

然后相应的数字相加也要很敏感

128、192、224、240、258、252、253（几乎不用）、255

Q:如何将二进制转换为点分十进制

10101010  ===>2^7+2^5+2^3+2^1=128+32+8+2=170

Q:十进制如何转换成2进制数

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128+32+16+1====>10110001

是一个智力游戏

掩码

1.用来来确定IP地址的哪部分是网络号，哪部分是主机位

     10.1.1.1/26

     10.1.1.00000001  

2.也是使用点分十进制来表示

3.掩码一定是连续的1+连续的0（或者全1、全0），且1要在前，不可能出现101010101，或者0000011111

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包含在自身的主机地址范围内的，在以太网中直接通过ARP请求MAC地址，并封装目的地的MAC地址进行访问。

不包含在自身的主机地址范围内的，在以太网中直接通过ARP请求网关MAC地址，并封装网关的MAC地址进行访问。

Q：192.168.10.1和192.168.20.1是否在一个网段中？

A：不同网段--->192.168.10.1/24   192.168.20.1/24

     相同网段--->192.168.10.1/16   192.168.20.1/16

Q：192.168.10.1/24和192.168.10.129/25是否是同一个网段？

A：

Q：这些范围是怎么计算出来的？

A：

组播地址没有掩码的概念，一般都是作为目的IP使用

掩码的全1部分，对应的IP地址的网络部分，全0部分对应的是IP地址的就是主机部分

192.168.1.1/24

192          .168          .1             .1

11111111.11111111.11111111.00000000

网络地址（网络号）

掩码0对应的IP地址（主机部分）全为0，则是网络地址（网络号）

192        .168        .1             .0

11111111.11111111.11111111.00000000

前缀表示法写成

192.168.1.0/24

这个地址无法在主机上配置

广播地址

掩码0对应的IP地址（主机部分）全为1，则是该网络的广播地址

192        .168        .1             .255

11111111.11111111.11111111.00000000

写成

192.168.1.255/24

这个地址无法在主机配置

主机地址

可以配置在网卡上的

掩码0对应的IP地址（主机部分）既不是全1也不是全0，则是该网段的主机地址

192        .168        .1             .123

11111111.11111111.11111111.00000000

写成

192.168.1.123/24

注意：

1.IP地址单独出现其实意义不大，一定要结合掩码一起出现，才会知道哪些是网络位哪些是主机位。

例如：

172.16.16.31/24是主机地址

172.16.16.31/27是广播地址，不能作为主机位

192.168.1.0/24是网络地址

192.168.1.0/16是主机地址

2.一个网段的主机位个数是2^（32-掩码长度）-2（网络地址和广播地址）

   比如192.168.1.0/24，则主机位位2^8-2=254个

私网IP地址

IPv4地址 2^32个地址（大概40亿个）（全球60亿），已经不够用了

IPv4地址已经全部分配完毕

解决方法：

1.IPv6

2.劝诫大家不要用网络

3.NAT

私有地址随便用，共有地址花钱买

Q：我们可以偷偷用共用地址吗？

A：强烈不推荐

Q：公网可以偷偷用私网IP地址吗？

A：可以

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子网划分

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不划分子网可能带来的不便

颗粒度太大，浪费

举例，互联地址只要两个IP地址，但是如果有用24位的，则会浪费252个IP地址，Q:能不能一个网段的配置在不同的接口呢？

A:不可以!因为路由器一个接口就必须是一个单独的网段，相同网段进行配置会报错

如何进行子网划分

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子网划分后，所有的网络号、主机位、广播地址的算法是一样的。

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ICMP协议

抓包举例

Type 8 code 0

Type 0 code 0

跳ping lag kale

华为tracert （其他厂商是traceroute)

首跳AR1路由器发送一个目的UDP端口号以33434开始的TTL（Time to Live)为1的UDP数据包，第二跳路由器收到后，将TTL减1（变成0）就不再往目的传递，但是还没到目的地，而是回复一个Code为11，Type为0的ICMP超时信息。

每发送一个UDP的报文，目的端口号+1，每个下一跳发送三个这样的UDP报文。

收到后首跳路由器会将这源地址打印到出来。

此时首跳路由器再发送一个目的UDP端口号为33437的TTL为2的UDP数据包，第三条路由器收到后，发现TTL为1，就不再往目的传递，而是回复一个Type为11， Code为0的ICMP超时信息。

收到后首跳路由器会将这源地址打印到出来。

以此类推。

到了最后一跳路由器后，最后一跳路由器发现是给自己的，就无所谓TTL为多少，但是发现这个UDP报文是发给自己的，但是一看需要访问的是一个334xx如此高的端口，但是并没有应用程序侦听这个端口，因此会回复一个Type为3， Code为3的ICMP端口不可达的信息给第一跳路由器，第一跳路由器收到之后，就知道已到达目的。就将最后一条路由器打印出来。

总结：

1.前面都是TTL超时，最后一个是端口不可达。

2.将返回的错误信息的源地址打印出来，表示到此一游。

IPv4地址配置

连续性 172.16.0.0/16-172.16.15.0/16

可扩展性：预留若干地址段

关联性：VLAN和IP地址一目了然

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