1. 应用层: HTTP和HTTPS

   [TCP/IP] 初识应用层协议: 序列化与反序列化、编码与解码、jsoncpp简单食用…

   [TCP/IP] 应用层代表协议—HTTP协议 以及 HTTPS协议 分析合集

2. 传输层: TCP和UDP

   [TCP/IP] 传输层代表协议—UDP协议介绍 合集

   [TCP/IP] 传输层代表协议—TCP协议介绍 合集

IP协议

1. 应用层:

   主要做数据的处理工作, 包括: 序列化/反序列化, 协议处理, 分析读取完整报文等

2. 传输层:

   TCP协议需要实现的最重要的工作是 保证数据在网络中传输的可靠性

主机: 拥有IP地址, 但不做路由控制的设备(有能力, 但不做)

路由器: 拥有IP地址, 并做路由控制的设备

节点: 网络中主机和路由器的统称

IP协议格式

1. [0, 3]: 4位版本, 用以区分IP协议的版本, 现在熟知的就是ipv4和ipv6, 此字段就是用来区分协议版本的

   不得不说, 协议的设计者是真的有前瞻性, 早早的就将区分版本的字段给留了出来

2. [4, 7]: 4位首部长度, 用于记录当前报头大小, 4位可表示0~15, 计算报头大小时 要*4, 所以报头大小范围为: 20~60字节

3. [8, 15]: 8位服务类型(TOS)

   其中, 前三位[8, 10]为优先权字段, 但已经弃用

   [11, 14]为TOS字段, 只允许最多有一位设置为1, 分别表示: 最小延时, 最大吞吐量, 最高可靠性, 最小成本 (即, 需要实现什么属性)

   [15]保留字段, 没有使用

   此字段一般不需要进行设置, 除非真的有需求

4. [16, 31]: 16位总长度(字节), 用于记录当前报文大小

5. [32, 47]: 16位标识, 起 报文分片标识作用 (后面介绍)

6. [48, 50]: 3位标志, 起 报文分片标志作用, 第一位保留不用 (后面介绍)

7. [51, 63]: 13位片偏移, 起 报文分片整理作用 (后面介绍)

8. [64, 71]: 8位生存时间(TTL), 标识IP报文在网络中的最长生存时间

   当数据被发送到网络中之后, 数据会经过许多次的路由转发

   正常情况下, 经过许多次的路由转发, 数据可以正常的被对端主机接收到

   但是在不正常的情况下, 可能因为一些情况对端无法接收数据, 数据可能在网络中不断路由, 即 数据在网络中游离. 此时, 就需要将数据丢弃掉, 防止占用网络资源

   此字段, 即 表示数据可在网络中路由转发的最长次数, 即 数据在网络中转发的跳数

   不可过大, 不可过小

9. [72, 79]: 8位协议, 用于表示上层(传输层)使用协议, 用于分用

10. [80, 95]: 16位首部校验和, 用于校验协议报头是否损坏

11. [96, 127]: 32位源IP地址, 记录发送方主机IP地址, 很重要的字段

12. [128, 159]: 32位目的IP地址, 记录目的主机的IP地址, 很重要的字段

13. 至此, 一共[0, 159]位, 20字节, 即 ipv4首部标准长度为20字节

14. 可能: [160, ...]: 选项, 一般情况下不会使用, 具体选项 具体分析

关于这三个操作的概念:

1. 封装:

   TCP/IP协议中, 当上层需要将数据发送到下层时, 就要对数据进行封装

   封装, 即 在有效数据之前添加所用协议的报头

   然后, 才会将封装好的数据交付给下一层

2. 解包:

   在TCP/IP协议中, 当对端主机接收到完整数据时, 会对数据进行解包

   解包, 即 对接收到的数据, 将数据中 同协议的报头部分解析并去除掉

   比如, 如果传输层使用TCP协议发送数据, 那么接收方的传输层接收到数据之后, 会分析数据的TCP报头, 并将有效载荷(不包括协议报头的数据部分)提取出来

   然后, 才会将有效载荷交付给上层

3. 分用:

   在TCP/IP协议中, 当对端主机需要将数据从下层交付到上层时, 需要进行分用

   分用, 即 将有效载荷交付给上层中指定的协议, 因为相同协议才能正确处理数据中的协议报头

   因为, 同一层中会存在很多不同的、使用场景不同的协议, 所以需要解析出需要数据封装时所使用的协议, 才能将数据交付给上层

IP协议的分片

1. 对端主机如何确认数据是否分片?
2. 如何确认分片数据之前是否属于同一数据?
3. 如何确认已经完整的收到了同一数据的所有分片?
4. 如何对已经分片的数据进行还原?

1. 对端主机 如何确认数据是否分片?

   当IP协议需要对数据进行分片时, 会对分片数据的IP协议报头的[48, 50]: 3位标志的对应位, 进行填充

   第[48]位, 保留位 不被使用

   第[49]位, 如果此位被设置为1, 表示禁止IP协议对数据分片. 此时, 当数据过大时, 将会被直接丢弃

   第[50]位, 用以表示 是否有更多分片:

   当 此位被填充为1, 表示后面还有更多分片, 同时也表示 当前数据为分片数据

   当 此位被填充为0, 表示后面没有更多分片 或 表示此数据为非分片数据

   是否有更多分片是什么意思呢?

   当, IP协议对数据进行分片时, 会按照分先后顺序对数据进行分片

   如果, IP协议接收到6230字节的上层数据, 就会对数据进行分片, 可能会将[0, 1023] [1024, 2047] [2048, 3071] [3071, 4085] [4096, 5119] [5120, 6143] [6144, 6229]字节的数据, 均进行封装, 分片为个7最大不超过1500字节的IP数据报

   那么对于前6个分片数据, IP协议报头的第[50]位, 会被填充为1, 最后一个分片数据的 则会被填充为0

   所以, 当读取到IP协议报头的第[50]位为1时, 就说明还有属于同一数据的分片报文

2. 对端主机 如何确认分片数据 之前是否属于同一数据?

   [32, 47] 16位标识, 就是用来标识 分片数据原来所属的数据的

   如果, IP协议需要对接收到的数据进行分片, 就会将这些分片的16位标识 均填充为相同的值

   这样, 对端主机读取时, 就能够识别到分片数据 所属的原数据

3. 对端主机 如何确认已经完整的收到了同一数据的所有分片?

   首先, 对端必须接收到 报头第[50]位为0的分片数据

   然后就要根据[51, 63] 13位片偏移 确认是否有分片数据丢失了

   [51, 63] 13位片偏移, 填充的是 分片之后数据的首位置 相对 于原数据首位置的偏移量 再/8

   根据偏移量是否连续, 就可以确认是否完整的收到了同一数据的分片

   因为, [51, 63]为填充的是分片偏移量/8

   所以, 除了最后一个分片, 前面分片的大小需要为8的倍数

4. 对端主机 如何对分片数据进行还原?

   根据[51, 63] 13为片偏移 进行还原

子网划分**

IP地址

为什么路由器 通过网络号找目标网络 可以更快速地找到目标主机?

因为, 找目标网络可以按照网络排除一批主机, 而不是一个一个主机对比

IP划分方式

1. A类, 前8位为网络号, 且必须最高位必须为0

   包含IP地址为: 0.0.0.0 到 127.255.255.255

   后24位为主机号, 那么A类网络中, 可包含主机数: 256*256*256(16,777,216), 用于大型网络

2. B类, 前16位为网络号, 且最高两位必须为10

   包含IP地址为: 128.0.0.0 到 191.255.255.255

   后16位为主机号, 那么B类网络中, 可包含主机数: 256*256(65536), 用于中型网络

3. C类, 前24位为网络号, 且最高三位必须为110

   包含IP地址为: 192.0.0.0 到 223.255.255.255

   后16位为主机号, 那么B类网络中, 可包含主机数: 256, 用于小型网络

4. D类, 不做日常使用, 用于组播通信, 最高四位必须为1110

   包含IP地址为: 224.0.0.0 到 239.255.255.255

5. E类, 一般不用, 最高五位必须为11110

   包含IP地址为: 240.0.0.0 到 247.255.255.255

1. 引入一个叫 子网掩码(subnet mask) 的东西, 用于划分 网络号和主机号;

2. 子网掩码是一个32位正整数, 子网掩码 由高位开始置1, 如果高位有N个1, 就表示对应IP高N位为网络号

   比如

   若存在IP以二进制表示: 11000000 10101000 00000101 10011101(192.168.5.157)

   若其高位前24位为网络号, 那么对应的子网掩码就应该是:

   11111111 11111111 11111111 00000000, 高24位置1

3. 如果直到IP地址 和 子网掩码, 要求获取IP地址的网络号, 就可以 IP地址 & 子网掩码 计算

   子网掩码还有一种方式表示, IP/子网掩码位数

子网掩码划分的优点

1. 使用子网掩码, 可以更细化地划分IP地址

   比如 最小可以划分出 只有两台主机的网段, 只需要将子网掩码设置为11111111 11111111 11111111 11111110, 即 前31位是网络位

   那么, 一个网段中 最多只有两台主机

2. 使用子网掩码, 可以更灵活地划分子网IP地址

   如果是类别划分, 就只有那三种类别可以在日常中使用, 网络号就只有8位、16位和24位三种情况

   而使用子网掩码划分, 可以随意地在合法范围内划分网络号的位数, 从1位到31位都可以

IPv4地址的限制

1. 0.0.0.0, 代表当前主机所在的整个网络
2. 127.*, 用于本机IP地址环回, 通常为127.0.0.1
3. 255.255.255.255, 即 IP地址的32位全设置为1, 表示广播地址, 当向此IP发送数据时, 表示向同一子网中的所有主机发数据

1. 动态分配IP地址

   即, 在设备不接入网络时 不分配IP地址, 在接入网络时, 动态分配IP地址

   所以, 同一个网卡设备, 每次接入网络时, IP可能并不会相同

2. 使用IPv6协议

   IPv6协议的IP地址是128位的, IPv6地址的数量级是 10的38次方, 而IPv4只有10的9次方

   IPv6号称可以给地球上的每一粒沙子都分配一个IP地址

   所以, 使用IPv6好像可以没有后顾之忧的解决IPv4地址不足的情况

   不过, IPv6还没有完全发展起来, 并且与IPv4完全不兼容

   ---

   但是, 为什么现在绝大多数还是使用的IPv4呢?

3. NAT技术*

   NAT技术, 是IPv4依旧坚挺的最大原因之一, 篇幅原因暂不介绍

公有IP和私有IP**

1. 10.*, 至少前8位为网络位
2. 172.16到172.31, 至少前12位为网络位
3. 192.168.*, 至少前16是网络号

NAT技术