报头格式#

• 版本：4，ipv6为6
• 首部长度：
  • 以4B为单位
  • 最小为5
  • 最大是15
  • 一般情况下报头的首个字节是0x45，可以根据0x45来定位报头位置
• 区分服务：QOS
• 总长度（16bit）
  • 单位是1B
  • 包括头部和载荷
• 标识（16bit）：同一数据报的分片使用同一标识
• 标志：|保留|DF|MF|
  • DF：Don’t Fragment 不要分片，为1时禁止中间节点对报文进行分配
  • MF：More Fragment 还有更多分片？为1还有，如果是不分片MF=0
• 片偏移：
  • 相对于分片前的分组的起始位置的偏移量
  • 8B为一个单位，也就是说除了最后一个分组其他分组的数据部分都要8字节对齐
• TTL：
  • 每一个中间节点减去1，减到0丢弃分组
• 协议：
  • 指示上层协议类型
  • TCP：6
  • UDP：17
• 校验和 校验和
• 源地址、目的地址（各32bit）：来源和目标的IP地址 源地址和目的地址的顺序与以太网帧相反 ../链路层/局域网#以太网帧
• 可选
• 填充 报头中的数字都是大端序，与内存中的字节是小端序不同

分片#

以太网的MTU是1500B 因此，网络层的数据部分的最大长度就为$1500B - 20B$ 分片时，分组从0开始，通过将每一个分组的字节偏移量/8得到片偏移量

例：已知数据报首部为20B，数据部分为3800B，将其分为长度不超过1420B的数据报片 每一片的数据部分长度=1420−20=1400=1420−20=1400 分为三片：1400+1400+1000=38001400+1400+1000=3800 分别的偏移量： 第一片：0÷8=00÷8=0 第二片：1400÷8=1751400÷8=175 第三片：2800÷8=3502800÷8=350

IPV4地址#

分类的地址#

特殊地址#

最大可用地址数量#

• A类网络
  • 最大可用网络数
    • 减去全零（本地网络）
    • 减去127（本地环回）
  • 最大可用主机数
    • 减去全零（本网络）
    • 减去全一（255，广播）
• B类网络
  • 最大主机数
    • 减去全零（本网络）
    • 减去全一（255，广播）
• C类网络
  • 最大主机数
    • 减去全零（本机）
    • 减去全一（255，广播）

私有地址#

私网好像你自己家，你家里你爸爸妈妈用儿子指代你，可以说儿子这个名字就是你家的私有地址（实际上爸爸妈妈也是）。这个私网地址在不同私网指代的对象不同。你是你家的儿子，我是我家的儿子。在外面，你爸爸想要用儿子这个地址给你发消息是发不通的。此时你爸爸只能用你的全名给你发消息

NAT（Network Address Translation）#

小王的儿子小小王刚刚出生了，但是小王还没给小小王取名字，平时小王都是叫他儿子小小王，小小王只有一个私有地址。小小王想要在拼多多上买奶嘴，但是填写收件人时发现小小王不是一个合法的公网地址，小小王无奈之下只能委托爸爸开启NAT服务，让爸爸充当代理购买奶嘴。爸爸要维护一张NAT表。维护一张（自己的IP地址,端口号）到（私有ip地址，端口号）的映射。自己收到快递员寄来的收件人是自己的包裹时，需要根据快递单号（端口号）转发到小小王。小王刚答应儿子时才发现自己其实也没有正式的名字，小王也不是正式的名字。于是买奶嘴这件事情要交给老王去办。要NAT套NAT 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 每个路由器中存在一张NAT转换表，将私有地址+端口号与路由器IP+端口号一一对应，通过这一方法即可实现访问内网的计算机。

子网划分与子网掩码#

子网划分#

分类IP地址的缺点

• IP地址空间利用率低
• 两级IP地址不够灵活 子网划分 将原本IP地址的主机号再次进行划分，IP地址 ::= <网络号> <子网号> <主机号>
• 主机号不能全0或全1
  • 全0：本机
  • 全1：广播
  • 主机号至少要有两位
• 子网划分后，网络对外仍然表现为一个网络，外部看不到内部网络中的子网划分。
• 子网划分的意义
  • 增加子网的数量
  • 减小广播域
  • 减少主机数量
  • 提高IP的利用率
  • 不会增加网络的数量

子网掩码#

CIDR 无分类域间路由选择#

不再采用网络号+子网号+主机号的方式，放弃了ABC类地址划分的概念。 CIDR记法：使用一定长度的位代表网络前缀，表示为IP地址/网络前缀位数，如128.14.32.0/20 网络前缀的位数是可变的，网络前缀相同的地址合称为一个地址块

路由聚合#

将多个子网聚合成一个较大的子网，叫做构成超网，或路由聚合

为部门划分子网#

• 定长子网划分
• 不定长~

路由器转发过程#

转发表项结构#

网络地址 网络前缀 输出端口 下一跳IP地址

最长前缀匹配#

为了确保链路状态数据库与全网的状态保持一致，OSPF 还规定每隔一段时间（如30分钟）要刷新一次数据库中的链路状态。因为一个路由器的链路状态只涉及与相邻路由器的连通状态，与整个网络的规模并无直接关系，所以当互联网规模很大时，OSPF 要比RIP好得多当网络地址匹配到了若干个转发表项时，以网络前缀最长的路由表项为准

• 默认路由 0.0.0.0/0是最短的前缀，故0.0.0.0/0优先级最低
• 特定主机路由 x.x.x.x/32是最长的前缀，当匹配中时优先级最高

转发过程#

1. TTL减去1 如果TTL减后为0则丢弃报文并向源主机发送icmp timeout消息
2. 在转发表中匹配若干项，根据匹配的前缀最长的表项转发
3. 实际做题时可以把转发表按前缀长度降序，从头到尾找到匹配的第一项

二叉转发表#

其他#

• 区分子网的ip数量，可用ip数量与可分配ip数量

[!例子] 某网络为192.168.1.0/24,该网络仅有一台地址为192.168.1.1的路由请 那么子网的ip数量为256 可用254 可分配253