#第三节 ##一、IP 数据报 IP 协议提供的是 **不可靠、无连接** 的数据报传送服务。 - **不可靠**：(unreliable)的意思是它不能保证IP数据报能成功地到达目的地。IP仅提供最好的传输服务。如果发生某种错误时,如某个路由器暂时用完了缓冲区, IP有一个简单的错误处理算法:丢弃该数据报,然后发送ICMP消息报给信源端。任何要求的可靠性必须由上层来提供(如TCP)． *（比如：你需要送一些东西去学校，叫了出租车司机，司机尽量帮你送到学校，但如果路上塞车、或封路了，那就无法送达，所以是不可靠的。）* $\color{blue}{可靠的如打电话}$ - **无连接**：(connectionless)这个术语的意思是IP并不维护任何关于后续数据报的状态信息。每个数据报的处理是相互独立的. *IP数据报格式* ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200310-1583814210810) - $\color{blue}{版本号}$：4bit，0100为IPv4，0110为IPv6. - $\color{blue}{首部长度}$ ：4 位，表示 IP 报头长度，包括选项字段. - $\color{blue}{服务类型(TOS) }$：分别有：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性、最小花费 4 种服务，如下图所示。4 个标识位只能有一个被置为 1。 - $\color{blue}{总长度}$ ：16 位，报头长度加上数据部分长度，便是数据报的总长度。IP 数据报最长可达 65535 字节。 - $\color{blue}{标识}$ ：16 位，接收方根据分片中的标识字段相不相同来判断这些分片是不是同一个数据报的分片，从而进行分片的重组。通常每发送一份报文它的值就会加 1。 - $\color{blue}{标志}$ ：3 位，用于标识数据报是否分片。其中的第 2 位是不分段（DF）位。当 DF 位被设置为 1 时，则不对数据报进行分段处理；第 3 位是分段（MF）位，除了最后一个分段的 MF 位被设置为 0 外，其他的分段的 MF 位均设置为 1。 - $\color{blue}{偏移}$ ：13 位，在接收方进行数据报重组时用来标识分片的顺序。 - $\color{blue}{生存时间(TTL)}$ ：8 位，用于设置数据报可以经过的最多的路由器个数。TTL 的初始值由源主机设置（通常为 32 或 64），每经过一个处理它的路由器，TTL 值减 1。如果一个数据报的 TTL 值被减至 0，它将被丢弃。 - $\color{blue}{协议}$ ：8 位，用来标识是哪个协议向 IP 传送数据。ICMP 为 1，IGMP 为 2，TCP 为 6，UDP 为 17，GRE 为 47，ESP 为 50。 - $\color{blue}{首部校验和}$ ：根据 IP 首部计算的校验和码。 - $\color{blue}{源 IP 和目的 IP}$ ：数据报头还会包含该数据报的发送方 IP 和接收方 IP。 - $\color{blue}{首部}$：20个字节. - $\color{blue}{选项}$ ：是数据报中的一个可变长、可选的信息，不常用，多用于安全、军事等领域。我们可以使用 tcpdump 这个抓包工具来实际看一下。 ``` sudo tcpdump -ntx -c 1 ``` ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200310-1583815167189) 首先看到开头的 $\color{blue}{8.43.85.14.443 > 192.168.163.129.42716 }$代表的是源 ip 为 $\color{blue}{8.43.85.14}$，端口 $\color{blue}{443}$，目的 ip 为 $\color{blue}{192.168.163.129}$，端口 $\color{blue}{42716}$ 然后看到 $\color{blue}{0x0000}$ 那行： - 版本号：$\color{blue}{4bit}$，0100为IPv4，0110为IPv6. - 首部长度： $\color{blue}{0x5}$ ，$\color{blue}{5*4=20}$，表示 IP 报头长度为 20 字节。一个字节通常等于 8 位，所以这里可以知道 IP 报头为 $\color{blue}{4500}$ 到 $\color{blue}{2a02}$。 - TOS 服务类型：$\color{blue}{0x00}$，意味着是一般服务。 - 总长度：$\color{blue}{0x0594}$，换算下来为 $\color{blue}{1428}$ 字节。 - 标识：$\color{blue}{0x180f}$ 3bit 标志 + 13bit 片偏移：$\color{blue}{0x0000}$ - 生存时间：$\color{blue}{0x80}$，值为 128 - 协议：$\color{blue}{0x06}$，代表 TCP 协议 - 首部校验和：$\color{blue}{0x5bf2}$ - 源IP地址：$\color{blue}{082b 550e}$即$\color{red}{8.43.85.14}$ ##二、IP 地址分类 - IP地址由四段组成，每个字段是一个字节，8位，最大值是255。 - IP地址由两部分组成，即网络地址和主机地址。 IP 地址被分为 A、B、C、D、E 五类： ![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200310-1583819390774) $\color{blue}{A 类地址}$:
（默认子网掩码：255.0.0.0） - A 类地址网络号范围：1.0.0.0---127.0.0.0
- A 类 IP 地址范围：1.0.0.0---127.255.255.255
- A 类 IP 的私有地址范围：10.0.0.0---10.255.255.255
- 因为主机号有 24 位，所以一个 A 类网络号可以容纳 2^24-2=16777214 个主机号 $\color{blue}{B 类地址}$:
（默认子网掩码：255.255.0.0） - B 类地址网络号范围：128.0.0.0---191.255.0.0
- B 类 IP 地址范围：128.0.0.0---191.255.255.255
- B 类 IP 的私有地址范围：172.16.0.0---172.31.255.255
- 169.254.X.X 是保留地址；191.255.255.255 是广播地址
- 因为主机号有 16 位，所以一个 B 类网络号可以容纳 2^16-2=65534 个主机号 $\color{blue}{C 类地址}$:
（默认子网掩码：255.255.255.0） - C 类地址网络号范围：192.0.0.0---223.255.255.0
- C 类 IP 地址范围：192.0.0.0---223.255.255.255
- C 类 IP 的私有地址范围：192.168.0.0---192.168.255.255
- 因为主机号有 8 位，所以一个 C 类网络号可以容纳 2^8-2=254 个主机号
##三、子网划分 $\color{blue}{IP = 网络号 + 子网号 + 主机号}$ - 子网划分是通过借用IP地址中若干位主机地址来充当子网的网络地址，从而将原网络划分为若干子网。
- 划分子网时，随着子网地址借用主机位数的增多，子网的数目随之增加，但每个子网中的可用主机数逐渐减少。
- 如C类地址，原有8位主机位，2^8-2即254个主机地址，默认子网掩码255.255.255.0。(全0或全1不可用）
借用1位主机位，产生2^1=2个子网，每个子网有2^7个主机地址；
借用2位主机位，产生2^2=4个子网，每个子网有2^6个主机地址;
…… $\color{red}{例：子网划分：现有两个 C 类网，202.203.204.0 和 }$
$\color{red}{202.203.224.0,分别把它们平均分成 4 个和 8 个子}$
$\color{red}{ 网，写出每个子网的起始、终结 IP 和子网掩码。}$ 1. 202.203.204.0:
因为是C类网，所以全0或全1不可用。
- 平均分成4个子网：需要从主机号中划分2位，因为$\color{blue}{2^2=4}$,所以$\color{blue}{子网掩码为255.255.255.192}$，可以划分4个子网，所以可用网络号为00、01、10、11.
因为，在每个子网中，起始地址和广播地址不分配，所以每个子网的起始、终结IP分别为：
![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200317-1584414124151)
- 平均分成8个子网：需要从主机号中划分3位,即$\color{blue}{2^3=8}$，所以$\color{blue}{子网掩码为255.255.255.224}$可用网络号为000、001、010、011、100、101、110、111.
所以每个子网的起始、终结IP分别为：
![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200317-1584414428631) 2. 202.203.224.0:
- 平均分成4个子网：需要从主机号中划分2位，因为$\color{blue}{2^2=4}$,所以$\color{blue}{子网掩码为255.255.255.192}$，可以划分4个子网，所以可用网络号为00、01、10、11.
所以每个子网的起始、终结IP分别为：
![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200317-1584414485272) - 平均分成8个子网：需要从主机号中划分3位,即$\color{blue}{2^3=8}$，所以$\color{blue}{子网掩码为255.255.255.224}$可用网络号为000、001、010、011、100、101、110、111.
所以每个子网的起始、终结IP分别为：
![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200317-1584414541839) ##四、IP 路由选择可以使用 $\color{red}{route -n}$查看路由表：
![图片描述](https://dn-simplecloud.shiyanlou.com/courses/uid1252978-20200310-1583828823536) ##五、子网划分举例分析 $\color{red}{172.16.123.0}$划分为4个子网
总共256台电脑，分为4个子网，即$\color{blue}{256/4=64}$
1:172.16.123.0---63 172.16.123.0/26
2:172.16.123.64---127 172.16.123.64/26
3:172.16.123.128---191 172.16.123.128/26
4:172.16.123.192---255 172.16.123.192/26
**以上子网又可写为：**
172.16.123.0/255.255.255.192
172.16.123.64/255.255.255.192
172.16.123.128/255.255.255.192
172.16.123.192/255.255.255.192
**点分十进制：**
172.16.123.28/26 => 172.16.123.28/255.255.255.192
172.16.123.98/26 => 172.16.123.98/255.255.255.192
**转化为二进制：**
1：10101100.00010000.01111011.00（000000 -- 111111） IP地址
11111111.11111111.11111111.11 000000 子网掩码
2：10101100.00010000.01111011.01（000000 -- 111111）
3：10101100.00010000.01111011.10（000000 -- 111111）
4：10101100.00010000.01111011.11（000000 -- 111111）
**规律：**
1. 只要不超出63，前面2位都是0，最大后面6位都为1
2. 比较前面有多少个二进制位相同，就是同一个网络
$\color{blue}{例：172.16.123.0/24，现有2个机房，一个60台电脑，一个100台电脑，应该怎样划分 ?}$
分为4个之后可以把其中1个分给第一个机房，把2个合并分给第二个机房，因为子网掩码前面有多少个1连着，中途不能断开，所以第2个网与3或4合并不方便，故3和4合并最合适
3+4:
10101100.00010000.01111011.1（0000000 -- 111111）
11111111.11111111.11111111.1 0000000
即第1个机房：
172.16.123.0/26 172.16.123.0/255.255.255.192
第2个机房：
172.16.123.128/25 172.16.123.128/255.255.255.128 ##六、第四周作业（网段合并） 172.16.xxx.xxx
172.17.xxx.xxx
172.18.xxx.xxx
...
172.31.xxx.xxx
请写出 172.xxx.xxx.xxx/xx和172.xxx.xxx.xxx/255.xxx.xxx.xxx的格式
因为16~31共为16个子网，又172开头为B类子网，所以划分为16个子网向主机位借4位，即$\color{blue}{2^4=16}$，那么合并为一个网就需要向网络位借4位变成主机位,所以子网掩码为$\color{blue}{255.240.0.0}$,ip地址为$\color{blue}{172.xxx.xxx.xxx/12}$.
综上，每个子网划分的主机号为4096，即$\color{blue}{2^20=1048576}$,划分为16个子网，每个子网为$\color{blue}{1048576/16=65536}$，
10101100.00010000.xxx.xxx
10101100.00010001.xxx.xxx
10101100.00010010.xxx.xxx
...
10101100.00011111.xxx.xxx
&子网掩码:11111111.11110000.xxx.xxx
网络地址：10101100.00010000.xxx.xxx
即 172.16.xxx.xxx/12 -> 172.16.xxx.xxx/255.240.0.0
注：子网掩码往左移1位，能够合并2个连续的网段，但**不是任何连续的网段都能合并**。

(参考[超网合并详解](https://blog.csdn.net/qq_26442553/article/details/82761893)) ## 七、NAT技术 NAT（$\color{blue}{Network Address Translation}$，网络地址转换）是 1994 年提出的。当在专用网内部的一些主机本来已经分配到了内网 IP 地址，但现在又想和因特网上的主机通信时，NAT 技术将其**内网 IP 地址转换成全球 IP 地址**，然后与因特网连接，也就是说，内网的数台主机使用了同一个全球 IP 地址在上网。 NAT 技术实现了宽带共享，而且有助于缓解 IP 地址空间枯竭的问题。例如： 172.15.34.2 --> yy.yy.yy.yy --> 172.15.34.56
若172.15.34.2想访问172.15.34.56，这刚好是访问到了同一个子网，没有经过中转服务器，数据没有出去，所以访问不到。如：www.163.com的防火墙，若在一个时间段内有很多范围量，防火墙认为你是要工具我的IP，所以把这些数据抛弃掉，即拒绝访问。有NAT技术可以查看这些访问是否来源于同个IP，若一个IP发送几十数据，即认为正常访问，不是攻击它。如果对方没有防火墙，访问的数据包无法drop掉，它都需要一一回应，这样就无法做其他事情了。

“网络技术(广东轻工学院)”实验报告