我画了 40 张图就是为了让你搞懂计算机网络层(4)

IP 地址由网络标识和主机标识两部分组成，网络标识代表着网络地址，主机标识代表着主机地址。网络标识在数据链路的每个段配置不同的值。网络标识必须保证相互连接的每个段的地址都不重复。而相同段内相连的主机必须有相同的网络地址。IP 地址的主机标识则不允许在同一网段内重复出现。

举个例子来说：比如说我在石家庄(好像不用比如昂)，我所在的小区的某一栋楼就相当于是网络标识，某一栋楼的第几户就相当于是我的主机标识，当然如果你有整栋楼的话，那就当我没说。你可以通过xx省xx市xx区xx路xx小区xx栋来定位我的网络标识，这一栋的第几户就相当于是我的网络标识。

IP 地址分为四类，分别是A类、B类、C类、D类、E类，它会根据 IP 地址中的第 1 位到第 4 位的比特对网络标识和主机标识进行分类。

A 类：(1.0.0.0 - 126.0.0.0)（默认子网掩码：255.0.0.0 或 0xFF000000）第一个字节为网络号，后三个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 0 ，所以地址的网络号取值于 1~126 之间。一般用于大型网络。

B 类：(128.0.0.0 - 191.255.0.0)（默认子网掩码：255.255.0.0 或 0xFFFF0000）前两个字节为网络号，后两个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 10 ，所以地址的网络号取值于 128~191 之间。一般用于中等规模网络。

C 类：(192.0.0.0 - 223.255.255.0)（子网掩码：255.255.255.0 或 0xFFFFFF00）前三个字节为网络号，最后一个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 110 ，所以地址的网络号取值于 192~223 之间。一般用于小型网络。

D 类：是多播地址。该类 IP 地址的最前面为 1110 ，所以地址的网络号取值于 224~239 之间。一般用于多路广播用户。

E 类：是保留地址。该类 IP 地址的最前面为 1111 ，所以地址的网络号取值于 240~255 之间。

为了方便理解，我画了一张 IP 地址分类图，如下所示

根据不同的 IP 范围，有下面不同的地总空间分类

子网掩码

子网掩码(subnet mask)又叫做网络掩码，它是一种用来指明一个 IP 地址的哪些位标识的是主机所在的网络。子网掩码是一个 32位 地址，用于屏蔽 IP 地址的一部分以区别网络标识和主机标识。

一个 IP 地址只要确定了其分类，也就确定了它的网络标识和主机标识，由此，各个分类所表示的网络标识范围如下

用1表示 IP 网络地址的比特范围，0表示 IP 主机地址的范围。将他们用十进制表示，那么这三类的表示如下

保留地址

在IPv4 的几类地址中，有几个保留的地址空间不能在互联网上使用。这些地址用于特殊目的，不能在局域网外部路由。

IP 协议版本

目前，全球 Internet 中共存有两个IP版本：IP 版本 4（IPv4）和IP 版本6（IPv6）。 IP 地址由二进制值组成，可驱动 Internet 上所有数据的路由。 IPv4 地址的长度为 32 位，而 IPv6 地址的长度为 128 位。

Internet IP 资源由Internet 分配号码机构（IANA）分配给区域 Internet 注册表（RIR），例如 APNIC，该机构负责根 DNS ，IP 寻址和其他 Internet 协议资源。

下面我们就一起认识一下 IP 协议中非常重要的两个版本 IPv4 和 IPv6。

IPv4

IPv4 的全称是Internet Protocol version 4，是 Internet 协议的第四版。IPv4 是一种无连接的协议，这个协议会尽最大努力交付数据包，也就是说它不能保证任何数据包能到达目的地，也不能保证所有的数据包都会按照正确的顺序到达目标主机，这些都是由上层比如传输控制协议控制的。也就是说，单从 IP 看来，这是一个不可靠的协议。

前面我们讲过网络层分组被称为数据报，所以我们接下来的叙述也会围绕着数据报展开。

IPv4 的数据报格式如下

IPv4 数据报中的关键字及其解释

版本字段(Version)占用 4 bit，通信双方使用的版本必须一致，对于 IPv4 版本来说，字段值是 4。首部长度(Internet Header Length)占用 4 bit，首部长度说明首部有多少 32 位(4 字节)。由于 IPv4 首部可能包含不确定的选项，因此这个字段被用来确定数据的偏移量。大多数 IP 不包含这个选项，所以一般首部长度设置为 5， 数据报为 20 字节 。服务类型(Differential Services Codepoint，DSCP)占用 6 bit，以便使用不同的 IP 数据报，比如一些低时延、高吞吐量和可靠性的数据报。服务类型如下表所示

拥塞通告(Explicit Congestion Notification，ECN)占用 2 bit，它允许在不丢弃报文的同时通知对方网络拥塞的发生。ECN 是一种可选的功能，仅当两端都支持并希望使用，且底层网络支持时才被使用。 最开始 DSCP 和 ECN 统称为 TOS，也就是区分服务，但是后来被细化为了 DSCP 和 ECN。

数据报长度(Total Length)占用 16 bit，这 16 位是包括在数据在内的总长度，理论上数据报的总长度为 2 的 16 次幂 - 1，最大长度是 65535 字节，但是实际上数据报很少有超过 1500 字节的。IP 规定所有主机都必须支持最小 576 字节的报文，但大多数现代主机支持更大的报文。当下层的数据链路协议的最大传输单元（MTU）字段的值小于 IP 报文长度时，报文就必须被分片。

标识符(Identification)占用 16 bit，这个字段用来标识所有的分片，因为分片不一定会按序到达，所以到达目标主机的所有分片会进行重组，每产生一个数据报，计数器加1，并赋值给此字段。

标志(Flags)占用 3 bit，标志用于控制和识别分片，这 3 位分别是

0 位：保留，必须为0；1 位：禁止分片（Don’t Fragment，DF），当 DF = 0 时才允许分片；2 位：更多分片（More Fragment，MF），MF = 1 代表后面还有分片，MF = 0 代表已经是最后一个分片。

如果 DF 标志被设置为 1 ，但是路由要求必须进行分片，那么这条数据报回丢弃

分片偏移(Fragment Offset)占用 13 位，它指明了每个分片相对于原始报文开头的偏移量，以 8 字节作单位。

（编辑：ASP站长网）