网络协议——网络层

网络协议——网络层

1、网际互联协议IP

1.1、5类地址

IP地址有32位，由地址类型、网络号和主机号3部分组成，每类地址中都有一段地址为私有IP地址段，由每个域网内自由分配

1.2、无类型域间选路（CIDR）

将32位的IP地址只分为网络号和主机号两部分，并可以指定网络号的位数

10.100.122.2/18，二进制表示为00001010.01100100.01/111010.00000010，前18位为网络号，后14位为主机号

广播地址

主机号全为1的地址，发消息时会给当前网段（网络号相同）内的所有主机发消息

10.100.122.2/18的广播地址为00001010.01100100.01/111111.11111111，也就是10.100.127.255/18

子网掩码

通俗来讲，就是用来指定网络号的位数

10.100.122.2/18，子网掩码就是前18位全为1、剩余位数全为0的32位二进制数11111111.11111111.11/000000.00000000，即255.255.192.0

1.4、IP头部格式

源IP地址、目标IP地址、版本号（IPV4/IPV6）、TOS（当前包的优先级）、TTL（超时时间）、协议类型（TCP/UDP）

2、互联网控制报文协议ICMP

用于在路由和主机之间传输控制消息，根据类型字段判断报文状态，根据顺序号字段区分连续发出的数据包

其中主动请求的应答报文由目标主机响应，差错报文由中间路由判断错误类型并响应给源主机

traceroute对差错报文的应用

• 设置TTL，在到达路由器时就超时返回差错报文，探索路由跳转
• 设置一个不可用的端口号（大于30000），到达主机时返回差错报文，探索目标主机
• 设置不分片，在最大传输单元超过路由限制时返回差错报文，探索路径MTU

3、网关和路由

当主机要访问的ip地址和自己不在一个网段时，会将请求发给网关，网关一般由路由器担任

3.1、静态路由

由网络管理员在路由中配置固定跳转规则

假如有“A号主机-1号网关-2号网关-B号主机”形成的网络路径，A和B不在一个网段，1号网关和2号网关也不在一个网段

A访问B的ip地址的过程为：

1. A发现B和自己不在一个网段，就发送ARP报文，获取1号网关的MAC地址，再向1号网关发送请求
2. 1号网关接收到请求后，由于已经手动配置了下一跳（也就是2号网关）的ip地址，所以发送ARP报文，获取2号网关的MAC地址，再向2号网关转发请求
3. 2号网关接收到请求后，发现自己没有下一跳了，就发送ARP请求，获取B的MAC地址，再向B发送请求

网络地址转换协议（NAT）

为了解决在公网跨局域网访问时，源主机局域网ip地址和目标主机局域网ip地址冲突的问题

假如有“A号主机-1号网关-2号网关-B号主机”形成的网络路径，A和B不在一个局域网，但是局域网ip地址相同

此时A使用自己的局域网ip地址访问B的公网ip地址，访问过程为：

1. A发现B和自己不在一个网段，就发送ARP报文，获取1号网关的MAC地址，再向1号网关发送请求
2. 1号网关接收到请求后，先根据1号网关的配置，将A的局域网ip地址转换成公网ip地址，再发送ARP报文，获取2号网关的MAC地址，向2号网关转发请求
3. 2号网关接收到请求后，先将访问B的公网ip地址转换成局域网ip地址，然后再发送ARP请求，获取B的MAC地址，并向B发送请求

3.2、策略路由

可以根据源ip地址指定使用的路由表、设置多个下一跳的权重等

3.3、动态路由

根据路由协议算法动态生成路由表

3.3.1、 内部网关协议（IGP）

用在局域网内

使用开放式最短路径优先算法（OSPF），找到到达目标主机的最短路径，等价路由相当于做流量负载

3.3.2、边界网关协议（BGP）

用在局域网间，也就是外网或公网

• eBGP：各个局域网之间边界路由器之间的通信
• iBGP：一个局域网内部的边界路由器之间的通信