如题所述
第1个回答 2020-04-05
第2个回答 2012-08-15
5类IP地址的划分和地址范围
数据进入栈协议时的封装过程
以太网帧格式
环回接口：
1)
传给环回地址（一般是127.0.0.1）的任何数据均作为I P输入。
2)
传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身。
3
)任何传给该主机I P地址的数据均送到环回接口。
PPP帧格式
IP数据报文头部
服务类型（TOS）字段包括一个3 bit的优先权子字段（现在已被忽略），4 bit的TOS字段和1 bit未用位但必须置0。4 bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。
首部检验和字段是根据I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。
校验和的计算方法：
把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16 bit进行二进制反码求和，结果存在检验和字段中。当收到一份I P数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么I P就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
从概念上说，IP路由选择是简单的，特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网），那么I P数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。大多数的主机都是采用这种简单机制。
路由表中的每一项都包含下面这些信息：
• 目的I P地址。它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该表目中的标志字段来指定。主机地址有一个非0的主机号，以指定某一特定的主机，而网络地址中的主机号为0，以指定网络中的所有主机（如以太网，令牌环网）。
• 下一站（或下一跳）路由器（next-hop router）的I P地址，或者有直接连接的网络I P地址。下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。下一站路由器不是最终的目的，但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。
• 标志。其中一个标志指明目的I P地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口。
• 为数据报的传输指定一个网络接口。
I P路由选择主要完成以下这些功能：
1)
搜索路由表，寻找能与目的I P地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。
2)
搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。
3)
搜索路由表，寻找标为“默认（d e f a u l t）”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。
如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或“网络不可达”的错误。
特殊的IP地址
ARP请求或应答分组格式
前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全1的特殊地址是广播地址；以太网帧类型表示后面数据的类型，对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0x0806；硬件类型字段表示硬件地址的类型，它的值为1即表示以太网地址；协议类型字段表示要映射的协议地址类型，它的值为0x0800即表示IP地址；对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，硬件地址长度和协议地址长度的值分别为6和4；操作字段指出四种操作类型，它们是ARP请求（值为1）、ARP应答（值为2）、RARP请求（值为3）和RARP应答（值为4）
ICMP报文的类型
ICMP报文中的标识符和序列号字段由发送端任意选择设定，这些值在应答中将被返回。这样，发送端就可以把应答与请求进行匹配。
ICMP地址掩码请求与应答报文
ICMP时间戳请求与应答报文
ICMP不可达报文
ICMP回显请求与回显应答报文格式
如果IP数据报文中的TTL字段是0或1时路由器即将该数据报丢弃，并给信源机发一份ICMP“超时”信息。Traceroute程序的关键在于包含这份ICMP信息的IP报文的信源地址是该路由器的IP地址。
Traceroute程序的操作过程：
发送一份TTL字段为1的IP数据报给目的主机。处理这份数据报的第一个路由器将TTL值减1，丢弃该数据报，并发回一份超时ICMP报文。这样就得到了该路径中的第一个路由器的地址。然后Traceroute程序发送一份T T L值为2的数据报，这样我们就可以得到第二个路由器的地址。继续这个过程直至该数据报到达目的主机。但是目的主机哪怕接收到T T L值为1的I P数据报，也不会丢弃该数据报并产生一份超时ICMP报文，这是因为数据报已经到达其最终目的地。Traceroute程序发送一份UDP数据报给目的主机，但它选择一个不可能的值作为UDP端口号（大于30 000），使目的主机的任何一个应用程序都不可能使用该端口。因为，当该数据报到达时，将使目的主机的UDP模块产生一份“端口不可达”错误的I C M P报文。这样，Traceroute程序所要做的就是区分接收到的ICMP报文是超时还是端口不可达，以判断什么时候结束。对于每个TTL值，发送3份数据报。
ICMP超时报文
选路的原理：
1) 搜索匹配的主机地址；
2) 搜索匹配的网络地址；
3) 搜索默认表项（默认表项一般在路由表中被指定为一个网络表项，其网络号为0）。
I
P层进行的选路实际上是一种选路机制，它搜索路由表并决定向哪个网络接口发送分组。这区别于选路策略，它只是一组决定把哪些路由放入路由表的规则。IP执行选路机制，而路由守护程序则一般提供选路策略。
（路由表）对于一个给定的路由器，可以打印出五种不同的标志（flag）：
U 该路由可以使用。
G 该路由是到一个网关（路由器）。如果没有设置该标志，说明目的地是直接相连的。
H 该路由是到一个主机，也就是说，目的地址是一个完整的主机地址。如果没有设置该标志，说明该路由是到一个网络，而目的地址是一个网络地址：一个网络号，或者网络号与子网号的组合。
D 该路由是由重定向报文创建的。
M 该路由已被重定向报文修改。
标志G是非常重要的，因为由它区分了间接路由和直接路由，发往直接路由的分组中不但具有指明目的端的IP地址，还具有其链路层地址；当分组被发往一个间接路由时，IP地址指明的是最终的目的地，但是链路层地址指明的是网关（即下一站路由器）的链路层地址。
标志H表明，目的地址（netstat命令输出第一行）是一个完整的主机地址。没有设置H标志说明目的地址是一个网络地址（主机号部分为0）。当为某个目的I P地址搜索路由表时，主机地址项必须与目的地址完全匹配，而网络地址项只需要匹配目的地址的网络号和子网号就可以了。
ICMP重定向报文
ICMP路由器通告报文格式
UDP首部
如果检验和的计算结果为0，则存入的值为全1（6 5 5 3 5），这在二进制反码计算中是等效的。如果传送的检验和为0，说明发送端没有计算检验和。
把一份I P数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装。重新组装由目的端的I P层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（T C P和U D P）是透明的，
UDP分片举例
需要分片但是设置不分片标志时置1时产生ICMP不可达差错报文
受限的广播地址是255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，此时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。
指向网络的广播地址是主机号为全1的地址。A类网络广播地址为netid .255.255.255.255，其中netid为A类网络的网络号。
指向所有子网的广播地址的子网号及主机号为全1。
TCP包头部
序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32 bit的无符号数，序号到达2^32-1后又从0开始。既然每个传输的字节都被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有A C K标志为1时确认序号字段才有效。
最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS (Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置S Y N标志的那个段）中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。
数据进入栈协议时的封装过程
以太网帧格式
环回接口：
1)
传给环回地址（一般是127.0.0.1）的任何数据均作为I P输入。
2)
传给广播地址或多播地址的数据报复制一份传给环回接口，然后送到以太网上。这是因为广播传送和多播传送的定义包含主机本身。
3
)任何传给该主机I P地址的数据均送到环回接口。
PPP帧格式
IP数据报文头部
服务类型（TOS）字段包括一个3 bit的优先权子字段（现在已被忽略），4 bit的TOS字段和1 bit未用位但必须置0。4 bit的TOS分别代表：最小时延、最大吞吐量、最高可靠性和最小费用。4 bit中只能置其中1 bit。如果所有4 bit均为0，那么就意味着是一般服务。
标识字段唯一地标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加1。
首部检验和字段是根据I P首部计算的检验和码。它不对首部后面的数据进行计算。ICMP、IGMP、UDP和TCP在它们各自的首部中均含有同时覆盖首部和数据检验和码。
校验和的计算方法：
把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16 bit进行二进制反码求和，结果存在检验和字段中。当收到一份I P数据报后，同样对首部中每个16 bit进行二进制反码的求和。如果首部在传输过程中没有发生任何差错，那么接收方计算的结果应该为全1。如果结果不是全1（即检验和错误），那么I P就丢弃收到的数据报。但是不生成差错报文，由上层去发现丢失的数据报并进行重传。
从概念上说，IP路由选择是简单的，特别对于主机来说。如果目的主机与源主机直接相连（如点对点链路）或都在一个共享网络上（以太网或令牌环网），那么I P数据报就直接送到目的主机上。否则，主机把数据报发往一默认的路由器上，由路由器来转发该数据报。大多数的主机都是采用这种简单机制。
路由表中的每一项都包含下面这些信息：
• 目的I P地址。它既可以是一个完整的主机地址，也可以是一个网络地址，由该表目中的标志字段来指定。主机地址有一个非0的主机号，以指定某一特定的主机，而网络地址中的主机号为0，以指定网络中的所有主机（如以太网，令牌环网）。
• 下一站（或下一跳）路由器（next-hop router）的I P地址，或者有直接连接的网络I P地址。下一站路由器是指一个在直接相连网络上的路由器，通过它可以转发数据报。下一站路由器不是最终的目的，但是它可以把传送给它的数据报转发到最终目的。
• 标志。其中一个标志指明目的I P地址是网络地址还是主机地址，另一个标志指明下一站路由器是否为真正的下一站路由器，还是一个直接相连的接口。
• 为数据报的传输指定一个网络接口。
I P路由选择主要完成以下这些功能：
1)
搜索路由表，寻找能与目的I P地址完全匹配的表目（网络号和主机号都要匹配）。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。
2)
搜索路由表，寻找能与目的网络号相匹配的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器或直接连接的网络接口（取决于标志字段的值）。目的网络上的所有主机都可以通过这个表目来处置。
3)
搜索路由表，寻找标为“默认（d e f a u l t）”的表目。如果找到，则把报文发送给该表目指定的下一站路由器。
如果上面这些步骤都没有成功，那么该数据报就不能被传送。如果不能传送的数据报来自本机，那么一般会向生成数据报的应用程序返回一个“主机不可达”或“网络不可达”的错误。
特殊的IP地址
ARP请求或应答分组格式
前两个字段是以太网的源地址和目的地址。目的地址为全1的特殊地址是广播地址；以太网帧类型表示后面数据的类型，对于ARP请求或应答来说，该字段的值为0x0806；硬件类型字段表示硬件地址的类型，它的值为1即表示以太网地址；协议类型字段表示要映射的协议地址类型，它的值为0x0800即表示IP地址；对于以太网上IP地址的ARP请求或应答来说，硬件地址长度和协议地址长度的值分别为6和4；操作字段指出四种操作类型，它们是ARP请求（值为1）、ARP应答（值为2）、RARP请求（值为3）和RARP应答（值为4）
ICMP报文的类型
ICMP报文中的标识符和序列号字段由发送端任意选择设定，这些值在应答中将被返回。这样，发送端就可以把应答与请求进行匹配。
ICMP地址掩码请求与应答报文
ICMP时间戳请求与应答报文
ICMP不可达报文
ICMP回显请求与回显应答报文格式
如果IP数据报文中的TTL字段是0或1时路由器即将该数据报丢弃，并给信源机发一份ICMP“超时”信息。Traceroute程序的关键在于包含这份ICMP信息的IP报文的信源地址是该路由器的IP地址。
Traceroute程序的操作过程：
发送一份TTL字段为1的IP数据报给目的主机。处理这份数据报的第一个路由器将TTL值减1，丢弃该数据报，并发回一份超时ICMP报文。这样就得到了该路径中的第一个路由器的地址。然后Traceroute程序发送一份T T L值为2的数据报，这样我们就可以得到第二个路由器的地址。继续这个过程直至该数据报到达目的主机。但是目的主机哪怕接收到T T L值为1的I P数据报，也不会丢弃该数据报并产生一份超时ICMP报文，这是因为数据报已经到达其最终目的地。Traceroute程序发送一份UDP数据报给目的主机，但它选择一个不可能的值作为UDP端口号（大于30 000），使目的主机的任何一个应用程序都不可能使用该端口。因为，当该数据报到达时，将使目的主机的UDP模块产生一份“端口不可达”错误的I C M P报文。这样，Traceroute程序所要做的就是区分接收到的ICMP报文是超时还是端口不可达，以判断什么时候结束。对于每个TTL值，发送3份数据报。
ICMP超时报文
选路的原理：
1) 搜索匹配的主机地址；
2) 搜索匹配的网络地址；
3) 搜索默认表项（默认表项一般在路由表中被指定为一个网络表项，其网络号为0）。
I
P层进行的选路实际上是一种选路机制，它搜索路由表并决定向哪个网络接口发送分组。这区别于选路策略，它只是一组决定把哪些路由放入路由表的规则。IP执行选路机制，而路由守护程序则一般提供选路策略。
（路由表）对于一个给定的路由器，可以打印出五种不同的标志（flag）：
U 该路由可以使用。
G 该路由是到一个网关（路由器）。如果没有设置该标志，说明目的地是直接相连的。
H 该路由是到一个主机，也就是说，目的地址是一个完整的主机地址。如果没有设置该标志，说明该路由是到一个网络，而目的地址是一个网络地址：一个网络号，或者网络号与子网号的组合。
D 该路由是由重定向报文创建的。
M 该路由已被重定向报文修改。
标志G是非常重要的，因为由它区分了间接路由和直接路由，发往直接路由的分组中不但具有指明目的端的IP地址，还具有其链路层地址；当分组被发往一个间接路由时，IP地址指明的是最终的目的地，但是链路层地址指明的是网关（即下一站路由器）的链路层地址。
标志H表明，目的地址（netstat命令输出第一行）是一个完整的主机地址。没有设置H标志说明目的地址是一个网络地址（主机号部分为0）。当为某个目的I P地址搜索路由表时，主机地址项必须与目的地址完全匹配，而网络地址项只需要匹配目的地址的网络号和子网号就可以了。
ICMP重定向报文
ICMP路由器通告报文格式
UDP首部
如果检验和的计算结果为0，则存入的值为全1（6 5 5 3 5），这在二进制反码计算中是等效的。如果传送的检验和为0，说明发送端没有计算检验和。
把一份I P数据报分片以后，只有到达目的地才进行重新组装。重新组装由目的端的I P层来完成，其目的是使分片和重新组装过程对运输层（T C P和U D P）是透明的，
UDP分片举例
需要分片但是设置不分片标志时置1时产生ICMP不可达差错报文
受限的广播地址是255.255.255.255。该地址用于主机配置过程中IP数据报的目的地址，此时，主机可能还不知道它所在网络的网络掩码，甚至连它的IP地址也不知道。
指向网络的广播地址是主机号为全1的地址。A类网络广播地址为netid .255.255.255.255，其中netid为A类网络的网络号。
指向所有子网的广播地址的子网号及主机号为全1。
TCP包头部
序号用来标识从TCP发端向TCP收端发送的数据字节流，它表示在这个报文段中的第一个数据字节。如果将字节流看作在两个应用程序间的单向流动，则TCP用序号对每个字节进行计数。序号是32 bit的无符号数，序号到达2^32-1后又从0开始。既然每个传输的字节都被计数，确认序号包含发送确认的一端所期望收到的下一个序号。因此，确认序号应当是上次已成功收到数据字节序号加1。只有A C K标志为1时确认序号字段才有效。
最常见的可选字段是最长报文大小，又称为MSS (Maximum Segment Size)。每个连接方通常都在通信的第一个报文段（为建立连接而设置S Y N标志的那个段）中指明这个选项。它指明本端所能接收的最大长度的报文段。
