网络层协议
- IP协议
- - IP协议格式
  - IP地址
  - - IPV4
    - IPV6
  - IP地址规则-地址管理
  - 路由选择
数据链路层协议
- 以太网协议
- - 协议格式
- MTU(最大传输单元)
- - MTU对IP协议的影响
  - MTU对UDP协议的影响
  - MTU对TCP协议的影响
开放性问题

网络层协议

IP协议

IP协议格式

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4位版本号(version)：指定IP协议的版本，对于IPv4来说，就是4。
4位头部长度(header length)：IP头部的长度是多少个32bit，也就是length *4的字节数。4bit表示最大的数字是15，因此IP头部最大长度是60字节。
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。
16位总长度 (totallength)：IP数据报整体占多少个字节
16位标识(id)：唯一的标识主机发送的报文。如果IP报文在数据链路层被分片了，那么每一个片里面的这个id都是相同的。
3位标志字段:
第一位保留(保留的意思是现在不用，但是还没想好说不定以后要用)。
第二位置为1表示禁止分片，这时候如果报文长度超过MTU，IP模块就会丢弃报文。
第三位表示”更多分片"，如果分片了的话，最后一个分片置为0，其他是1。类似于一个结束标记。如果当前表示为更多分片，那就代表看到的消息可能是大消息体中的一部分。
13位分片偏移（framegament offset）：是分片相对于原始IP报文开始处的偏移。其实就是在表示当前分片在原报文中处在哪个位置。实际偏移的字节数是这个值 * 8 得到的。因此，除了最后一个报文之外，其他报文的长度必须是8的整数倍（否则报文就不连续了）
8位生存时间（Time To Live，TTL）：TTL的值表示，在网络每经过一次网络设备就减1，如果TTL减到0就表示网络不通。这个字段主要是用来防止出现路由循环。
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8位协议：表示传输层用的是哪个协议TCP、UDP…
16位校验和：CRC校验。
32位源IP和目的IP地址：网络层确定的源IP和目的IP。
选项：载荷，传输层发来的数据。

IP地址

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IPV4

总长是32位，最多可以表示42亿个地址。在网络上如何分配IP地址让计算机之间可以相互访问？
1.动态分配：设备上网的时候才获取一个IP，下线时就会被收回。一个IP只能同时表示一台主机。
2.NET机制：对一个子网中的所有机器共用一个公网IP地址，子网内的机器分配内网IP。内网IP在不同的子网中是可以重复的，公网IP地址不能重复。

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IP地址分为两大类：
外网IP/公网IP；
内网IP/局域网IP：约定10.，172.16.~172.31.，196.168.

IPV6

总长128位来表示IP地址，约等于42亿 x 42亿 x 42亿 x 42亿。IPV6与IPV4不兼容。

IP地址规则-地址管理

子网掩码：也是32位，左边都用1来表示，有来确定网络号，不会1和0混着表示有多少个1，就表示IP地址左侧有多少位是网络号。IP地址与子网掩码进行按位与运算，得到的结果就是网络号。
默认网关：所有流量都要通过网关，在这里可以做流量的控制。

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路由选择

发出一个请求之后如何到达目标主机。试想一个地图导航路线，可以有很多条。路由的选择过程本身也是一个动态的过程。在路由选择的过程中，每次询问并且向目标前进，一跳，完整的通信过程就是通过一跳一跳完成的。
具体过程：

网络数据报在到达路由器的时候，路由器本身会有一个“路由表(路由器已经认识的路)，但是一个路由器无法认识到网络的全貌但是知道附近的一部分。如果当前的目的IP，路由器认识，就会给出一个明确的路线。如果当前的目的IP路由器不认识，他就会把这个数据发送给下一个“更见多识广”的路由器(认识的路更多)，下一跳，最终会找到通往目的IP的路径。

是否有可能问了一大圈也没有找到目的地?是有这个可能的，比如IP地址不存在，每问一次路由器(路由转发)，TTL就减1，当TTL为0时，就响应超时，找不到主机。

那内网中的机器是如何去访问外网的资源，外网的响应又是如何返回给请求的机器？
1.通过DNS来解析出来IP地址。DNS保存了所有网站的域名(比如“www.baidu.com”这个字符串)和IP的对应关系。
2.通过设置源IP和目的IP进行一层一层路由，最终到达目标服务器。
3.处理完响应之后原路返回给发送方。
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数据链路层协议

以太网协议

“以太网” 不是一种具体的网络，而是一种技术标准；既包含了数据链路层的内容，也包含了一些物理层的内容。例如：规定了网络拓扑结构，访问控制方式，传输速率等；例如以太网中的网线必须使用双绞线；传输速率有10M，100M，1000M等；以太网是当前应用最广泛的局域网技术；和以太网并列的还有令牌环网，无线LAN等。

协议格式

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源地址和目的地址是指网卡的硬件地址（也叫MAC地址），长度是48位，是在网卡出厂时固化的。
类型字段有三种值，分别对应IP、ARP、RARP；
帧末尾是CRC校验码。

MTU(最大传输单元)

MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制。这个限制是不同的数据链路对应的物理层，产生的限制。
以太网帧中的数据长度规定最小46字节，最大1500字节，ARP数据包的长度不够46字节，要在后面补填充位；
最大值1500称为以太网的最大传输单元（MTU），不同的网络类型有不同的MTU；
如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上，数据包长度大于拨号链路的MTU了，则需要对数据包进行分片（fragmentation）；
不同的数据链路层标准的MTU是不同的；

MTU对IP协议的影响

● 由于数据链路层MTU的限制，对于较大的IP数据包要进行分包。将较大的IP包分成多个小包，并给每个小包打上标签；
● 每个小包IP协议头的16位标识（id）都是相同的；
● 每个小包的IP协议头的3位标志字段中，第2位置为0，表示允许分片，第3位来表示结束标记（当前是否是最后一个小包，是的话置为1，否则置为0）；
● 到达对端时再将这些小包，会按顺序重组，拼装到一起返回给传输层；
● 一旦这些小包中任意一个小包丢失，接收端的重组就会失败。但是IP层不会负责重新传输数据；

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MTU对UDP协议的影响

● 一旦UDP携带的数据超过1472（1500 - 20（IP首部） - 8（UDP首部）），那么就会在网络层分成多个IP数据报。
● 这多个IP数据报有任意一个丢失，都会引起接收端网络层重组失败。那么这就意味着，如果UDP数据报在网络层被分片，整个数据被丢失的概率就大大增加了。

MTU对TCP协议的影响

● TCP的一个数据报也不能无限大，还是受制于MTU。TCP的单个数据报的最大消息长度，称为MSS（Max Segment Size）；
● TCP在建立连接的过程中，通信双方会进行MSS协商。
● 最理想的情况下，MSS的值正好是在IP不会被分片处理的最大长度（这个长度仍然是受制于数据链路层的MTU）。
● 双方在发送SYN的时候会在TCP头部写入自己能支持的MSS值。然后双方得知对方的MSS值之后，选择较小的作为最终MSS。
● MSS的值就是在TCP首部的40字节变长选项中（kind=2）；