TCP/IP的秘密（2）IPV4应知应会

传达室老大爷
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从事互联网，对于网络协议应该了然于胸，在迈入IPV6时代之前，我们先来回顾一下IPV4的一些关键要点。

IPV4

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1. TTL和Traceroute

  • 每经过1跳就会减1，如果减到0仍然没有到达指定IP，则会被丢弃；

  • TTL占8bit，一般设置是32或64，最大255，引入TTL是为了防止无终点的IP包导致网络拥塞

  • 这个功能可以被用来做路径跟踪traceroute, 当TTL=0时，路由会发送一条超时消息给源地址，这样就可以计算IP包在每一跳所用的时间

  • Windows系统使用tracert命令，可以跟踪30个跃点：

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  • 第一列是hop数，后面3列是3次ping test的RTT，最后一列是IP地址或域名

  • *号表示超时或无响应，有些跃点因为配置或防火墙原因不会对ICMP类消息进行响应

2. checksum校验和

  • IP包的CHECKSUM只校验header

  • TCP的checksum把header和payload一起校验

3. IHL和Total Length

  • IHL: Internet Header Length，专指头部长度，取值范围从5-15，对应20byte-60byte；

  • Total Length: 指的是header+payload的长度，最大支持65535byte；

  • 因为IP报头和payload的长度不固定，所以需要两个长度，这样接收方就可以区分header和payload；

4. flag

  • DF, don't fragment, Bit1: 0 - Allow fragment, 1 - Don't fragment. Bit 2: (MF) 0 = Last Fragment, 1 = More Fragments.

  • 如果设置了不许分段，而路由器必须将该IP包分段的话，则该IP包会被丢弃

  • 对于分段的IP包，除了最后一个fragment外，MF都是1

  • 如果对ip包进行了分段，那么同一个IP包的分段的ID号都是一样的。

5. TOS

  • 现在分为了DSCP（Differentiated Services Codepoint)占6bit和ECN（Explicit Congestion Notification）占2bit

  • DSCP用来指示数据类型和处理方式

  • ECN用来预警网络即将拥塞，这样就不用通过丢包来显示拥塞了，当接收方收到这个指示后，会通知发送方减小发送窗口；

6. Address

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  • ABC三类地址为单播地址（unicast),用于一对一通信；

  • 私有地址只能在局域网使用，一共有3段，分别对应ABC三类：10.0.0.0--10.255.255.255，172.16.0.0--172.31.255.255，192.168.0.0--192.168.255.255；我们一般主机使用的都是这类地址；

  • D类为多播地址(multicast)，每个D类地址对应一个组，发往某一多播地址的数据将被该组中的所有成员接收，D类地址不能分配给主机。其中224.0.0.1是本子网中所有host，包括本网段中所有参加多播的主机；224.0.0.2表示本地网络中所有参加多播的路由器，如果想接收多播，主机必须加入到对应的组播组中，加入后，它既有一个本机的IP地址，同时也有一个组播组的D类IP地址，可以同时属于多个组播组；

  • 环回地址：127.xxx.xxx.xxx都是环回;

  • 0.0.0.0含义比较多：在IPV4中是一个不可被路由的地址，用于标记一些未知的，不可用的目标；比如当接入网络但还没被分配地址时，会使用这个地址；还可以表示本机上所有IPV4地址，比如一个计算机有2个IP地址，设置监听0.0.0.0后，程序将会同时接收2个IP的数据；

  • 169.254.x.x是临时地址，在这个网段表示计算机无法接入网络，无法从DHCP获取地址。

  • 每个网络都有2个IP地址是不能分配的，1个用于标识网络（任意网络号+主机号全是0），该地址仅作为网络的标识，主要用在网络路由中；1个用于网络广播（任意网络号+主机号全是1）。网络地址块的结束地址被用作该网络的广播地址;

7.子网与VLSM

  • 子网掩码的作用是区分网络号和主机号，让计算机能够识别对方主机是否在同一个子网；如果使用32位掩码，则表示该IP地址本身，比如127.0.0.1/32 = 127.0.0.1

  • VLSM(Variable Length Subnet Mask)变长子网掩码, 它并没有增加IP地址的数量，而是让IP地址的分配更加高效，打破了传统的固定模式，变为灵活的按需分配；对于一个网段来说，可以通过不同的子网掩码长度来划分不同容量的子网。

8. 超网(supernetting)与CIDR

  • 超网通过聚合多个子网的IP地址达到扩充地址池和减小路由表负荷，实际是将网络号取并集。保持合并后所有host的网络号一致。

image.png

  • 将超网的掩码和最小地址结合起来，就能定义该超网的范围
  • CIDR（Classless inter-domain routing）无类域间路由，通过超网有效地减少了要对外显示的网络数，防止了路由表爆炸；

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参考资料：

《INTERNET PROTOCOL》 IETF datatracker.ietf.org/doc/html/rf…

《IP V4》 WIKIPEDIA en.wikipedia.org/wiki/IPv4

《Variable Length Subnet Mask (VLSM) Tutorial》 AMAKIRI WELEKWE www.comparitech.com/net-admin/v…

《超网合并详解》 qicai_7 www.huaweicloud.com/articles/dd…

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