.JPG)
将上一节课中的MAC地址知识点补充，网络层的初步了解，学习IP报头。
MAC地址+网络层
MAC地址
mac地址 - 物理地址 - 网卡地址
网卡上 - 烧录进网卡芯片 - mac地址
单播MAC：
点对点，一对一，类似于qq的私聊，数据封装时，源MAC和目的MAC都是单播MAC，则为单播通讯。单播的MAC地址的规则是从高位到低位的第8位为0，且一定为0，其他任意。
组播MAC：
通讯形式上，点对多，单对多的通讯，类似于qq的群聊。组播MAC地址：从高位向低位，第8位为1，且一定为1。
数据封装时，因为组播代表的是一组的集合，面向一组的通讯，此时组播mac不能成为数据的源地址。仅能充当目的地址。
广播MAC：
通讯形式上，点对所有，单对所有的通讯，广而播之。
数据封装时只能充当目的地址，从低位到高位全是1。
目的MAC为单播MAC
单播数据到达后。
1、查看目的mac是否是自己的mac，如果不是丢弃，如果是，则进行下一步；
2、将数据进行crc校验，对比FCS
3、查看type字段，交给type字段交给上层协议处理。
数据链路工作结束
目的MAC为组播MAC
组播数据到达后。
1、查看目的mac自己本地是否加组，如果不是丢弃，如果是，则进行下一步；
2、将数据进行crc校验，对比FCS
3、查看type字段，交给type字段交给上层协议处理。
数据链路工作结束
目的MAC为广播MAC
广播数据到达后。
1、查看目的mac是否是广播，如果不是丢弃，如果是，则进行下一步；
2、将数据进行crc校验，对比FCS
3、查看type字段，交给type字段交给上层协议处理。
数据链路工作结束
网络层
ip报文格式
报头最小是20字节，最后的ip options是可选项
刚开始的4字节
| 字段名 | 作用 | 比特位数 | 实际字节数 |
|---|---|---|---|
| Version | 标识IP协议版本（IPv4固定为 0100，IPv6为 0110）。 |
4 bits | 0.5 字节 |
| Header Length | 表示IP头部的长度（以4字节为单位），范围5 |
4 bits | 0.5 字节 |
| DS Field | 原为TOS（服务类型），现用于区分服务（如QoS优先级、流量类别）。 | 8 bits | 1 字节 |
| Total Length | 整个IP数据包的总长度（包括头部+数据），最大65535字节（受MTU限制）。 | 16 bits | 2 字节 |
identification、flag、fragment offset
Identification（标识符）
- 作用：唯一标识同一个原始 IP 数据包的所有分片。
- 细节：
- 发送端为每个原始数据包分配一个 16 位唯一标识值（如随机数或递增计数器）。
- 所有属于该数据包的分片都携带相同的
Identification值，便于接收端重组时识别哪些分片属于同一数据包。 - 例如：若原始数据包
ID=12345被分成 3 片，所有分片的ID均为12345。
Flags（标志位）
- 作用：控制数据包的分片行为和重组状态。
- 细节（3 个标志位，图中未展示具体值）：
- 第一位（保留位）：恒为
0（未使用）。 - DF（Don’t Fragment，禁止分片）：
- 若
DF=1，路由器禁止分片该数据包。若数据包超过 MTU，则丢弃并返回 ICMP “Fragmentation Needed” 错误（用于 PMTUD 路径 MTU 发现）。
- 若
- MF（More Fragments，更多分片）：
- 若
MF=1，表示当前分片不是最后一个，后续还有分片。 - 若
MF=0，表示当前分片是最后一个分片或原始数据包未分片。
- 若
- 第一位（保留位）：恒为
Fragment Offset（片偏移）
- 作用：指示当前分片在原始数据包中的位置，用于接收端按顺序重组。
- 细节：
- 以 8 字节为单位（即实际偏移量 = 值 × 8）。
- **第一个分片的偏移值为
0**，后续分片按数据长度递增。 - 例如：若原始数据包长 4000 字节，MTU=1500：
- 分片1：偏移
0（携带 0~1479 字节，MF=1）。 - 分片2：偏移
185（1480~2959 字节，MF=1）。 - 分片3：偏移
370（2960~4000 字节，MF=0）。
- 分片1：偏移
三字段协作流程示例
- 发送端：数据包（
ID=100, 长 3000 字节）需分片（MTU=1500）。- 分片1：
ID=100,MF=1,Offset=0（0~1479 字节）。 - 分片2：
ID=100,MF=0,Offset=185（1480~3000 字节）。
- 分片1：
- 接收端：通过相同
ID识别分片，按Offset排序，MF=0判断重组完成。
总结
- **
Identification**：分片归属的“身份证”。 - **
Flags**：控制分片行为（是否允许分片、是否还有后续分片）。 - **
Fragment Offset**：分片的“拼图位置”。 - IPv6 区别：IPv6 已移除这些字段（仅允许源端分片，通过扩展头处理）
TTL、Protocol、Header Checksum
1. Time to Live (TTL)
- 位置：第9字节（8 bits）。
- 作用：防止数据包在网络中无限循环。
- 细节：
- 初始值：由发送端设置（如Windows默认
TTL=128，Linux默认TTL=64）。 - 递减规则：每经过一个路由器（一跳）减1，当
TTL=0时，数据包被丢弃，并返回ICMPTime Exceeded错误。 - 实际用途：
- 限制数据包生存时间。
- 用于Traceroute工具（通过发送递增TTL的包探测路径）。
- 初始值：由发送端设置（如Windows默认
示例：
- 若
TTL=64，表示数据包最多可经过64跳路由设备。
2. Protocol
位置：第10字节（8 bits）。
作用：指示IP数据包内封装的上层协议类型。
常见协议号：
协议号（十进制） 协议 说明 1 ICMP 网络控制报文（如Ping）。 6 TCP 面向连接的可靠传输。 17 UDP 无连接的快速传输。 89 OSPF 路由协议。
示例：
- 若
Protocol=6，表示数据部分为TCP报文。
3. Header Checksum
- 位置：第11~12字节（16 bits）。
- 作用：校验IP头部的完整性（仅校验头部，不校验数据部分）。
- 计算规则：
- 发送端将头部按16位分组，所有分组求和（含校验和字段初始值
0x0000）。 - 对求和结果取反码（即1的补码），得到校验和。
- 接收端重新计算校验和，若结果不为
0xFFFF，则丢弃数据包。
- 发送端将头部按16位分组，所有分组求和（含校验和字段初始值
示例：
若头部校验和为
0xABCD，接收端验证时需满足：Sum(所有16位分组) + 0xABCD = 0xFFFF。
三字段协作示例
假设一个IPv4数据包的以下字段值：
TTL=64（第9字节：0x40）Protocol=6（第10字节：0x06，表示TCP）Header Checksum=0x1234（第11~12字节：0x12 0x34）
抓包显示（十六进制）：
1 | |
- 解析：
40→ TTL=64。06→ 上层协议为TCP。1234→ 头部校验和需接收端验证。
与IPv6的区别
- TTL：IPv6中改名为 Hop Limit，功能相同。
- Header Checksum：IPv6已移除，依赖链路层和传输层校验（如TCP/UDP的校验和）。
总结
- TTL：控制数据包生存时间，避免无限循环。
- Protocol：决定数据部分交给哪个上层协议处理（如TCP/UDP）。
- Header Checksum：确保IP头部在传输中未被篡改或损坏。
- 关键性：这三个字段是IP通信可靠性和正确性的基础保障。
IP地址于IP可选项
1. Source IP Address（源IP地址）
- 位置：IPv4头部的 第13~16字节（紧接在
Header Checksum之后）。 - 作用：标识发送数据包的设备IP地址（32位，IPv4格式）。
- 关键点：
- 必须是唯一可路由的地址（如
192.168.1.100）。 - 路由器根据目标地址转发数据包，但源地址用于回复通信（如TCP三次握手）。
- NAT场景：经过NAT网关时，源地址会被替换为公网IP。
- 必须是唯一可路由的地址（如
示例：
- 抓包中显示
Source IP: 192.168.1.100。
2. Destination IP Address（目标IP地址）
- 位置：IPv4头部的 第17~20字节。
- 作用：标识数据包的最终接收设备IP地址（32位）。
- 关键点：
- 可以是单播（如
10.0.0.1）、组播（如224.0.0.5）或广播地址（如255.255.255.255）。 - 路由器通过路由表决定如何转发到目标网络。
- 可以是单播（如
示例：
- 访问网站时，目标地址可能是
172.217.160.110（Google的IP）。
3. IP Options（IP选项）
位置：紧接在目标地址之后（第21字节开始，长度可变）。
作用：提供可选的扩展功能，通常为空（标准通信无需使用）。
常见选项类型：
选项名 功能说明 Record Route 记录数据包经过的路由器IP（用于路径追踪）。 Timestamp 记录经过每个路由器的时间戳。 Strict Source Route 强制指定数据包必须经过的路径。 注意事项：
- 选项字段长度可变，需通过
Header Length字段计算（若IHL > 5表示有选项）。 - 现代网络极少使用（可能被防火墙丢弃）。
- 选项字段长度可变，需通过
示例：
- 若
Header Length=6（即头部24字节），则最后4字节为选项字段。
三字段在IPv4头部中的位置
1 | |
总结
- 源/目标IP地址：是IP通信的基础，决定了数据包的起点和终点。
- IP选项：提供高级功能，但实际使用较少。
- 图片中的红色标记：可能强调源地址的重要性（如配置NAT或过滤规则时需重点关注）。
