IPv4 到 IPv6 过渡的这些知识点，你一定得知道

网络是我们工程师的基础技能之一， 毕竟没有网络我们什么也干不了。从各大公司的招聘要求上看，网络也是重点的考核部分。

理解网络模型

网络的设计大佬们想出了分层的设计，将各个功能分开，交付给不同的层，这样的好处是便于更新和维护(IPv6的到来并没有使整个网络重新设计)，也便于我们的学习和理解。

下面是各个版本的网络体系的结构图:

让我们明确下各层的工作职责(以五层协议为例):

应用层，该层协议主要负责各个应用程序之间交互的规则。如HTTP,DNS,其交互的数据单元可以称为”报文”

运输层，为应用层提供通用的数据传输服务。为上层跑腿的，TCP,UDP均是运输层协议

网络层，为网络中不同的主机提供通信服务。IP协议工作在该层

数据链路层，负责相邻两点的数据传送

物理层，传输比特流， 0 或 1，每一层将数据封装成自己能理解的数据格式交付给下一层，下一层将收到的作为自己的数据再次添加本层的必要数据向下交付，直到链路层，传递到目的地后，每层再将该层的必要数据去掉，交付给上层。

如下图:

理解IP协议

在理解了网络模型和各层直接的配合之后，下面进入今天的正题，网际协议(IP)。

该节主要理解IP协议给我们提供的功能有哪些，说白了就是它能干嘛。

为网络中的主机(PC或路由或网关)提供身份证

定义了网络主机的基本交流方式，从IP数据报的格式可以看出

为路由寻址提供方便，从路由表结构可以看出。

任何一个协议都可以由语法,语义和同步三部分组成。

语法，交换信息的格式，对于IP协议，就是IP报文的格式

语义，即需要发出何种控制信息，以及接收到信息后如何响应

同步，对事件顺序的详细说明

也就是定义了使用IP协议进行交流的法则。

IPv4

IPv4是IP协议的第4个版本，就是我们现在使用的。下面从多个方面了解下该版本。

IP地址

网络上的主机都需要一个IP地址，这样才能知道彼此的位置。IPv4地址由32bit构成，常使用点分十进制表示(192.168.1.1)。

分类

IP地址的分类就是把所有IP划分为若干类别，每一类都由固定长度的字段组成。分别为网络号和主机号。

下面是各类地址组成示意图:

A类地址，8位网络号,第一位固定为0。可用的网络号只有126个(2^7-2)，网络号从0到127。减去2是因为IP地址全为0表示”本网络”保留;网络号为127作为软件回环测试使用，若主机发出目的地为127.0.0.1的数据时，该数据不会向任何网络上的主机发送。也就是说127开头的地址不能使用。对于A类地址中的每一个网络号，对应的主机号有(2^24-2)个，主机号全0表示，其网络号对应的网络地址，全1表示所有主机的意思。

B类地址网络号为16位，但前面2位以固定为1 0。无论怎么取值，无法出现全0或全1的情况。128.0.0.0的网络是不使用的，实际使用的最小B类网络地址为128.1.0.0.所以B类的网络地址有(2^14-1)个。

C类的地址有24位的网络号，最前面的3位固定为1 1 0.192.0.0.0的网络地址也是不使用的，最小的C类地址为192.0.1.0 。

总结如下:

分类的好处:

方便管理，IP地址管理机构只需管理网络号，剩下的可以由下级管理。

路由寻址时根据网络地址转发分组，减小路由表。

数据报格式

先看下IP数据报的基本格式:

可以看到IP数据报包含了首部和数据部分。其中首部包含固定的20字节和可变的部分。

下面是各部分的解释:

版本，占4位，IP协议的版本号，通信双方需要相同

首部长度，占4位，单位4字节。最大能表示(2^4-1) * 4 = 60字节。当IP分组的首部长度不是4的整数倍时，需要使用填充字段填充

区分服务，占8位，表示服务类型未使用;

总长度，占16位，表示首部和数据部分的总长度(单位字节)。因此数据报的最大总长度为(2^16-1 = 65535)字节

标识(identification)，占16位，当数据报长度超过下层的MTU时，需要分片， 被分片的数据报的标识一样，这样可以进行重组

标志(Flag)， 占3位，目前只有2位有意义

最低位，MF(More Fragment) = 1 表示后面还有分片。MF = 0 表示分片中的最后一个

中间一位，DF(Don’t Fragment)，不要分片，只有当DF=0才允许分片

片偏移， 占13位，较长的分组在分片后，某片在原分组的相对位置必须是8字节的整数倍。

生存时间，占8位，Time To Live(TTL)，开始指生存的秒数，后来变为经过路由的跳数，每经过一个路由TTL减小1，当为0时丢弃该数据。显然最大跳数为255，为1时就只能在局域网中传播了。

协议， 占8位，支出该数据报的数据是使用何种协议， 以便目的主机IP层知道将数据交付给哪个协议处理。

（编辑：济源站长网）

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