网络协议(六):网络层(版本、首部长度、区分服务、总长度、 标识、标志、片偏移生存时间、协议、首部校验和)

有时候,不是因为你没有能力,也不是因为你缺少勇气,只是因为你付出的努力还太少,所以,成功便不会走向你。而你所需要做的,就是坚定你的梦想,你的目标,你的未来,然后以不达目的誓不罢休的那股劲,去付出你的努力,成功就会慢慢向你靠近。

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网络协议系列文章

网络协议(一):基本概念、计算机之间的连接方式

网络协议(二):MAC地址、IP地址、子网掩码、子网和超网

网络协议(三):路由器原理及数据包传输过程

网络协议(四):网络分类、ISP、上网方式、公网私网、NAT

网络协议(五):网络互联模型、物理层、数据链路层

网络协议(六):网络层(版本、首部长度、区分服务、总长度、 标识、标志、片偏移生存时间、协议、首部校验和)

网络协议(七):传输层-UDP

网络协议(八):传输层-TCP(可靠性传输、拥塞控制、建立连接-三次握手、释放连接-四次挥手)

网络协议(九):应用层(域名、DNS、DHCP)

网络协议(十):HTTP(报文格式、请求方法、头部字段、状态码、跨域)

网络协议(十一):单向散列函数、对称加密、非对称加密、混合密码系统、数字签名、证书

网络协议(十二):HTTPS(SSL/TLS、TLS1.2的连接)

网络协议(十三):HTTP/1.1的升级改进(HTTP/2、HTTP/3)

网络协议(十四):WebSocket、WebService、RESTful、IPv6、网络爬虫、HTTP缓存


网络分层对应的通信协议和数据名称

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一、网络层组成

  • 网络层数据包(IP数据包,Packet)由 首部、数据 两部分组成
  • 数据:很多时候是由传输层传递下来的数据段(Segment)

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二、网络层首部

1、版本、首部长度、区分服务

  • 版本(Version)
    • 占4位
    • 0b0100:二进制4表示IPv4
    • 0b0110:二进制6表示IPv6
  • 首部长度(Header Length)
  • 区分服务(Differentiated Services Field)

2、首部长度(Header Length)

  • 占4位,二进制乘以4才是最终长度
  • 0b0101:二进制5*4 = 20(最小值)
  • 0b1111:二进制15*4 = 60(最大值)

3、区分服务(Differentiated Services Field)

  • 占8位
  • 可以用于提高网络的服务质量(QoS,Quality of Service)

4、总长度

  • 占16位
  • 首部 + 数据的长度之和,最大值是 65535(2^16 – 1)

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  • 由于帧的数据不能超过1500字节,所以过大的IP数据包,需要分成片(fragments)传输给数据链路层
  • 每一片都有自己的网络层首部(IP首部)

5、标识

  • 占16位
  • 数据包的ID,当数据包过大进行分片时,同一个数据包的所有片的标识都是一样的
  • 有一个计数器专门管理数据包的ID,每发出一个数据包,ID就加1

6、标志

  • 占3位
  • 第1位(Reserved Bit):保留
  • 第2位(Don’t Fragment):1代表不允许分片,0代表允许分片
  • 第3位(More Fragments):1代表不是最后一片,0代表是最后一片

ping 的几个用法、wireshark抓包

  • ping /?:查看ping的用法
  • ping ip地址 -l 数据包大小:发送指定大小的数据包(ping www.baidu.com -l 1400)
  • ping ip地址 -f:不允许网络层分块 (ping www.baidu.com -l 2000 -f)

通过 Wireshark 抓包查看 ping www.baidu.com 发送的包

  • 通过 ping 命令,实际上发送了4次 ICMP数据包:

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  • 通过 Wireshark 可以证实:

在这里插入图片描述
- 通过 Wireshark 可以证实:

7、片偏移

  • 占13位
  • 片偏移乘以8:字节偏移(wireshark显示的是字节偏移)
  • 每一片的长度一定是8的整数倍

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  • ping ke.qq.com -l 4000 (往腾讯课程发长度为4000的数据包)

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8、生存时间

  • 占8位
  • 每个路由器在转发之前会将TTL减1,一旦发现TTL减为0,路由器会返回错误报告
  • 观察使用 ping 命令后的TTL,能够推测出对方的操作系统、中间经过了多少个路由器

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根据TTL追踪经过路由器

  • ping ip地址 -i TTL 设置TTL的值
  • 通过 tracert、pathping 命令,可以跟踪数据包经过了哪些路由器
  • ping baidu.com -i 1 经过1次就消亡,显然由网关回复

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  • 通过 ping baidu.com -i 1、ping baidu.com – i 2、ping baidu.com -i 3 … 可以追踪发包到百度经过的路由器

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  • tracert 和 pathping 命令实际上更简单也可以追踪路由器

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  • pathping baidu.com

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9、协议

  • 占8位
  • 表明所封装的数据是使用了什么协议

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10、首部校验和

  • 用于检查首部是否有错误

Wireshark:
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  • Wireshark 完整网络层首部

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