[网络层][ipv4]

一、地址

IP地址结构:net-di + host-id

IP地址分类，各类 IP 地址的网络号字段和主机号字段

 各类地址范围：

 

其中一些地址不指派或特殊地址：

A类地址中net-id(-2)：第一个127.*.*.*本地软件环回测试地址。第二个0.*.*.*指“本网络”。

A类地址中host-id(-2)：第一个*.255.255.255，如5.255.255.255表示5网段所有主机。第二个0.0.0.0指“本主机”

B类地址中net-id(-1)：第一个128.0.*.*实际网络中不指派。

B类地址中host-id(-2)：全0与全1的主机号不用。*.*.0.0与*.*.255.255

C类地址中net-id(-1)：第一个192.0.0.*实际网络中不指派。

C类地址中host-id(-2)：全0与全1的主机号不用。*.*.*.0与*.*.*.255

 

IP地址的一些特点

(1) IP 地址是一种分等级的地址结构。分两个等级的好处是：

第一，IP 地址管理机构在分配 IP 地址时只分配网络号，而剩下的主机号则由得到该网络号的单位自行分配。这样就方便了 IP 地址的管理

第二，路由器仅根据目的主机所连接的网络号来转发分组（而不考虑目的主机号），这样就可以使路由表中的项目数大幅度减少，从而减小了路由表所占的存储空间。

(2) 实际上 IP 地址是标志一个主机（或路由器）和一条链路的接口。

当一个主机同时连接到两个网络上时，该主机就必须同时具有两个相应的 IP 地址，其网络号 net-id 必须是不同的。这种主机称为多归属主机 (multihomed host)。

由于一个路由器至少应当连接到两个网络（这样它才能将 IP 数据报从一个网络转发到另一个网络），因此一个路由器至少应当有两个不同的 IP 地址。

(3) 用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络，因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。

(4) 所有分配到网络号 net-id 的网络，无论是范围很小的局域网，还是可能覆盖很大地理范围的广域网，都是平等的。

 

二、 物理地址/MAC地址

 每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存 (ARP cache)，里面有所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地址的映射表。

 

 

 

ARP查询过程 

当主机 A 欲向本局域网上的某个主机 B 发送 IP 数据报时，就先在其 ARP 高速缓存中查看有无主机 B 的 IP 地址。

如有，就可查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入 MAC 帧，然后通过局域网将该 MAC 帧发往此硬件地址。

如没有， ARP 进程在本局域网上广播发送一个 ARP 请求分组。收到 ARP 响应分组后，将得到的 IP 地址到硬件地址的映射写入 ARP 高速缓存。

注意： 当主机 B 收到 A 的 ARP 请求分组时，就将主机 A 的这一地址映射写入主机 B 自己的 ARP 高速缓存中。这对主机 B 以后向 A 发送数据报时就更方便了。

如果所要找的主机和源主机不在同一个局域网上，那么就要通过 ARP 找到一个位于本局域网上的某个路由器的硬件地址，然后把分组发送给这个路由器，

让这个路由器把分组转发给下一个网络。剩下的工作就由下一个网络来做。

什么？不直接使用硬件地址进行通信？

由于全世界存在着各式各样的网络，它们使用不同的硬件地址。要使这些异构网络能够互相通信就必须进行非常复杂的硬件地址转换工作，因此几乎是不可能的事。

IP 编址把这个复杂问题解决了。连接到互联网的主机只需各自拥有一个唯一的 IP 地址，它们之间的通信就像连接在同一个网络上那样简单方便，

因为上述的调用 ARP 的复杂过程都是由计算机软件自动进行的，对用户来说是看不见这种调用过程的。

因此，在虚拟的 IP 网络上用 IP 地址进行通信给广大的计算机用户带来了很大的方便。

三、IPv4数据报

 

IPv4数据报=首部（可变长度）+数据

字段解释：

版本：占4位

首部长度： 占4位，最大值15个单位，4个字节为一个单位，首部最大长度15*4=60，首部长度范围20-60字节。

区分服务：占8位，QOS

总长度：占16位，单位是字节，总长度不能超过最大传输单元MTU。

标识：占16位，计数器，产生IP数据报的标识。

标志：占3位，只有前两位有意义。标志字段最低位是MF（More Fragment），MF=1表示后面“还有分片”，MF=0表示最后一个分片。

标志字段中间的一位是DF（Don't Fragment），只有当DF=0时才允许分片。