Linux网络---网络层
- 2026-08-27 04:42:40
Linux网络---网络层网络层所处的位置 
在之前的学习中为了方便我们画的传输图是下边这样的 
实际上是下边这样的 
核心能力：具有将数据从A主机跨网络传输到B主机的能力，但是有能力不一定百分之百能传输成功. 所以要保证百分百能够传输成功,这时候就要用到我们之前学过的TCP协议了,TCP协议设计了大量的保证能够重传的机制,所以在TCP/IP协议中TCP保证了数据百分百能够送达目标主机,而IP保证了能够找到目标主机,TCP提供的是策略,IP提供的是能力,两者结合保证了报文能够百分百传输到目标主机。 
既然要从一台主机将数据送到另一台主机，所以必须要有方式标识通信两端的主机的唯一性！！！IP协议解决的就是主机到主机的问题。 而TCP解决的是进程到进程的问题，有端口号。 
IP报头的本质是一个结构体 struct iphdr { #ifdefined(__LITTLE_ENDIAN_BITFIELD) __u8 ihl:4, version:4; #elifdefined (__BIG_ENDIAN_BITFIELD) __u8 version:4, ihl:4; #else #error"Please fix " #endif __u8 tos; __be16 tot_len; __be16 id; __be16 frag_off; __u8 ttl; __u8 protocol; __u16 check; __be32 saddr; __be32 daddr; /*The options start here. */ }; AI写代码 cpp 运行 4位，0000->1111：[0，15]，但是标准报头就有20个字节，显然是不对的； 有一个规定，4位首部长度中的单位是4字节； 所以范围是[0，60]字节，因为报头最低长度是20字节，所以真正的范围是[20，60]； 对应的4位首部长度：[5，15]：0101->1111 16位首部长度=报头+数据 表明上层协议是什么(TCP或UDP) IPV4或者IPV6 绝大部分是IPV4，因为IPV４和IPV６是不兼容的，所以要转换成IPV６很麻烦，所以现在的主流是IPV４ 8位服务类型(Type Of Service): 3位优先权字段(已经弃⽤), 4位TOS字段, 和1位保留字段(必须置为0). 4位TOS分别表⽰: 最⼩延时, 最⼤吞吐量, 最⾼可靠性, 最⼩成本. 这四者相互冲突, 只能选择⼀个. 对于ssh/telnet这样的应⽤程序, 最⼩延时⽐较重要; 对于ftp这样的程序, 最⼤吞吐量⽐较重要. 由于网络的飞速发展,现在的网络拓扑结构已经非常复杂了，在传输的过程中很容易传错地方，从而引发环路转发问题。 那么什么是环路转发问题呢？ 简单来说就是传输形成了一个圈，A->B->C->A... 这样就没完了 图解 从A主机到B主机正常情况 
从A主机到B主机异常情况 
环路转发的后果？ 在网络传输过程中信号会经过硬件设备放大，如果发生环路转发那么这个信号就是不死不灭的，时间长了，会造成网络拥堵。 如何解决？ TTL：数据报到达⽬的地的最⼤报⽂跳数. ⼀般是64. 每次经过⼀个路由, TTL -= 1, ⼀直减到0还没到达, 那么就丢弃了. 这个字段主要是⽤来防⽌出现路由循环 在转发的过程中会出现比特位翻转等问题，所以需要进行校验 表⽰发送端和接收端. 把一个完整的 IP 网络，逻辑切分成的多个更小、独立的网络段，每个段就是一个子网，各子网可独立管理、通信。 通过子网掩码，将一个大的 IP 网络逻辑拆分出多个子网的操作，核心是借用 IP 地址的主机位当作子网位，实现网络的精细化划分。 就是快，划分之后，查找一次淘汰一大批不对的网络号。 IP=网络号+主机号 
以这张图为例: src:192.168.128.10 dst:192.168.144.11 发送方识别本地网络号和目的网络号不同直接去找路由器了，路由器一般有两个或更多网络号，它一看这个目的网络号跟它的另一个网络号相同，于是就转发过去了，再根据主机号找到目标主机就行了。 
A类 0.0.0.0到127.255.255.255 B类 128.0.0.0到191.255.255.255 C类 192.0.0.0到223.255.255.255 D类 224.0.0.0到239.255.255.255 E类 240.0.0.0到247.255.255.255 IP地址是有限的，大家都要抢，比如B类IP能够分成2^14个，各方运营商抢这写网络号。 为什么要抢呢？ 因为抢到了就可以搭建自己的子网，抢不到就搭建不了。 这种分类方法还在用吗？ 很少用了！随着网络的发展，IP地址很快就不够用了，这种分类方法比较粗糙，导致了资源的浪费。 这种分类方法是如何浪费资源的？ 你获得了一个网络号，这种分类方法的网络号和主机号的长度是固定的，如果你根本用不了这么多主机号，那么就有很多的主机号就浪费了。 比如说你申请到了一个B类地址，但是你只需要2^6台主机，那么你就有2^8-2^6个主机号浪费了。 子网掩码是做什么的？ 由于分类划分法会导致大量的IP地址浪费，所以引入了子网掩码来增加IP地址。 子网掩码是如何提高IP地址利用率的？ 比如你申请了一个B类网络号，如下图 
但是我只需要下图所示的主机 
所以将IP&子网掩码得到下图 
这样就是实现了对IP资源的利用率 子网掩码是如何进行划分的呢？ 
答案就在这张图里边，A类中前八位是不能动的，B类中前十六位是不能动的，C类中前二十四位是不能动的。所以需要根据类来分别设置子网掩码来控制网络号。 看两个例子： 
这个很简单，就是IP和子网掩码相与得到网络号的长度，而子网掩码还有255个还没有用，所以子网范围就是图上的那个。 
子网掩码只是提高了IP的利用率，而并没有增加IP的数量，那么我们怎样解决IP数量不足的问题呢？ 实际上, 由于⼀些特殊的IP地址的存在, 数量远不⾜43亿; 另外IP地址并⾮是按照主机台数来配置的, ⽽是每⼀个⽹卡都需要配置⼀个或多个IP地址. CIDR在⼀定程度上缓解了IP地址不够⽤的问题(提⾼了利⽤率, 减少了浪费, 但是IP地址的绝对上限并没有增加), 仍然不是很够⽤. 这时候有三种⽅式来解决: 私有IP地址 10.*,前8位是⽹络号,共16,777,216个地址 172.16.*到172.31.*,前12位是⽹络号,共1,048,576个地址 192.168.*,前16位是⽹络号,共65,536个地址 包含在这个范围中的, 都成为私有IP, 其余的则称为全局IP(或公⽹IP); 我们平常接触的是什么IP？ 我们接触的不是公网！，我们接触的是内网、局域网、子网。 
如图，本地主机先判断目的IP是不是和本地IP网络号一样，一样直接通过子网传输，不一样就传输到运营商路由器进行转发。 为什么内网IP不能出现在公网上？ 因为内网IP可能重复，发出去目标主机找不到源主机。 既然内网IP不能出现在公网上，那发送报文源端口怎么填？ 没经过一个内网路由器，进行源IP替换，替换成当前路由器的wan口IP。 以上图为例，src:192.168.1.201 dst:122.77.241.3 src判断dst不在本子网内，通过家用路由器进行转发并将源端口IP替换成wan口IP：10.1.1.2，传输到运营商路由器，将源IP替换成wan口IP：122.77.241.4，然后在公网中找到目的IP所对应的主机进行发送。 那怎么回来啊😂？ 这份工作是通过NAT来进行的，所以我们先不讲，后边我会专门写一篇文章进行超级详细的讲解，点个关注包你学会。 目前你只需要知道他一定能回来就行啦。 对公网的理解？ 公网IP是全球共用的，各个国家的运营商需要主动申请，运营商不仅要组件内网，还要组件自己国家的公网环境，一个区域究竟能有多大的网络，取决于自己有多少个公网IP。 注意：分配公网IP的事情，不是简单的按照国家为单位的，而是按照网民数量进行划分。 地区或国家IP的分布：https://zh-hans.ipshu.com/country-list 
在传输的过程中都会查表，直接传输到目的地址。 在复杂的⽹络结构中, 找出⼀条通往终点的路线 
路由的过程, 就是这样⼀跳⼀跳(Hop by Hop) "问路" 的过程. 所谓 "⼀跳" 就是数据链路层中的⼀个区间. 具体在以太⽹中指从源MAC地址到⽬的MAC地址之间的帧传输区间. IP数据包的传输过程也和问路⼀样. 
假设某主机上的⽹络接⼝配置和路由表如下: 
• 这台主机有两个⽹络接⼝,⼀个⽹络接⼝连到192.168.10.0/24⽹络,另⼀个⽹络接⼝连到 192.168.56.0/24⽹络; • 路由表的Destination是⽬的⽹络地址,Genmask是⼦⽹掩码,Gateway是下⼀跳地址,Iface是发送接⼝,Flags中的U标志表⽰此条⽬有效(可以禁⽤某些 条⽬),G标志表⽰此条⽬的下⼀跳地址是某个路由器 转发过程例1: 如果要发送的数据包的⽬的地址是192.168.56.3 • 跟第⼀⾏的⼦⽹掩码做与运算得 到192.168.56.0,与第⼀⾏的⽬的⽹络地址不符 • 再跟第⼆⾏的⼦⽹掩码做与运算得 到192.168.56.0,正是第⼆⾏的⽬的⽹络地址,因此从eth1接⼝发送出去; • 由于192.168.56.0/24正 是与eth1 接⼝直接相连的⽹络,因此可以直接发到⽬的主机,不需要经路由器转发; 转发过程例2: 如果要发送的数据包的⽬的地址是202.10.1.2 • 依次和路由表前⼏项进⾏对⽐, 发现都不匹配; • 按缺省路由条⽬, 从eth0接⼝发出去, 发往192.168.10.1路由器; • 由192.168.10.1路由器根据它的路由表决定下⼀跳地址; 完 
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01 为什么分享这些资料? 
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一、预备知识
1.理解传输层和网络层
2.IP协议的核心作用和构成
二、IP协议的报头
1.IP报头
2.4位首部长度
2.16位首部长度
3.8位协议
4.4位版本
５.８位服务类型
６.８位生存时间
7.16位首部校验和
8.32位源/目的IP地址
三、子网划分
1.什么是子网？
2.什么是子网划分？
3.为什么要子网划分？
4.如何进行子网划分？
四、划分方法
1.分类划分法
2.引入子网掩码
动态分配IP地址: 只给接入网络的设备分配IP地址. 因此同一个MAC地址的设备, 每次接入互联网中, 得到的IP地址不一定是相同的; NAT技术(后面会重点介绍)起主要效果; IPv6: IPv6并不是IPv4的简单升级版. 这是互不相干的两个协议, 彼此并不兼容; IPv6用16字节128位来表示一个IP地址; 但是目前IPv6还没有普及;
五、网络传输
网络传输过程
六、公网
七、路由
当IP数据包, 到达路由器时, 路由器会先查看目的IP; 路由器决定这个数据包是能直接发送给目标主机, 还是需要发送给下一个路由器; 依次反复, 直到到达目标IP地址;
路由表可以使用route命令查看 如果目的IP命中了路由表, 就直接转发即可; 路由表中的最后⼀⾏,主要由下⼀跳地址和发送接⼝两部分组成,当目的地址与路由表中其它⾏都不匹配时,就按缺省路由条⽬规定的接⼝发送到下⼀跳地址。
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