计算机网络-网络层（1）IPv4和IPv6
IPv4数据报格式：
- 版本号
这4比特规定了数据报的IP 协议版本。通过查看版本号，路由器能够确定如何解释IP数据报的剩余部分。
- 首部长度
以4字节为单位，没有选项的首部长度为5*4=20字节
- 服务类型
8bit服务类型(TOS)字段，使不同类型的IP数据报能相互区别开来。
例如一些特别要求低时延、高吞吐量或可靠性的数据报，应用于IP电话应用的实时数据报和应用于FTP应用的非实时流量
一般不用，为0
- 数据报长度（字节）
IP分组可以封装的最大字节数：65535-20=65515B
- 16比特标识
一个链路层帧能承载的最大数据量叫做最大传送单元MTU
路由器从某条链路收到一个IP数据报，通过检查转发表确定出链路，并且该出链路的MTU比该IP数据报的长度要小，则将IP数据报中的数据分片成两个或更多个较小的片(fragment)
IP分片到达目的主机后进行重组，缺失分片后会等待一段时间，然后全部丢弃
IP协议利用一个计数器，每产生IP分组计数器加1，作为该IP分组的标识，配合源IP地址、目的IP地址、协议等进行分组唯一标识
- 标志位
1位保留
DF =1禁止分片；DF =0允许分片
MF =1非最后一片；MF =0最后一片(或未分片)
- 片偏移
指定该片应放在初始IP数据报的相对偏移量（以8字节为单位）
- 生存时间(TTL)
IP分组在网络中可以通过的路由器数（或跳步数）
路由器转发一次分组，TTL减1；如果TTL=0，路由器则丢弃该IP分组
- 上层协议
指示IP分组封装的是哪个协议的数据包，以实现复用/分解
6为TCP，表示封装的为TCP段；17为UDP，表示封装的是UDP数据报
- 首部检测和
计算校验和时，该字段置全0
采用反码算数运算求和，和的反码作为首部校验和字段
逐跳计算、逐跳校验
- 32比特源和目的IP地址
- 选项
选项字段占长度可变，范围在1~40B之间
携带安全、源选路径、时间戳和路由记录等内容
实际上很少使用
- 填充
补齐整个首部，符合32位(4字节)对齐
IP编址：
接口(interface)是主机/路由器与物理链路的连接，实现网络层功能
路由器通常有多个接口；主机通常只有两个接口 (有线的以太网接口，无线的802.11接口)
A类27-2个网络（0和127不可指派）
B类214-1个网络（128.0不可指派）
C类221-1个网络（192.0.0不可指派）
D类：多播地址
E类：保留为今后使用
特殊IP地址：
私有IP地址：
IP子网：IP地址具有相同网络号的设备接口，不跨越路由器（第三及以上层网络设备）、可以彼此物理连通的接口
通过子网划分，可以区分一个比IP子网更小范围的子网，把网络号、主机号划分为网络号、子网号、主机号
利用子网掩码确定是否划分了子网、利用多少位划分子网
无类域间路由(CIDR: Classless InterDomain Routing)网络号+子网号→任意长度网络前缀
消除传统的 A 类、B 类和 C 类地址界限，提高IPv4地址空间分配效率
进行路由聚合，减少了在这些路由器中转发表的长度（缺省路由可以写作目的网络IP地址0.0.0.0，子网掩码0.0.0.0）
将多个子网聚合为一个较大的子网，构造超网（supernetting），提高路由效率
IPv6数据报格式：
固定40字节的基本首部：
- 版本
- 流量类型
类似IPv4的TOS字段
- 流标签
标识同一个流中的数据报。该字段可用于“给属于特殊流的分组加上标签，这些特殊流是发送方要求进行特殊处理的流，如一种非默认服务质鼠或需要实时服务的流。
- 有效载荷长度
最大2^16=64KB
- 下一个首部
该字段标识数据报中的内容（数据字段）需要交付给哪个协议（如TCP或UDP) 。
该字段使用与IPv4 首部中协议字段相同的值。
- 跳限制
- 源地址和目的地址
地址形式为1080:0:FF:0:8:800:200C:417A
0可以用::压缩（不能压缩两次）
IPv4-嵌入形式为0:0:0:0:0:FFFF:13.1.68.3
IPv6不再使用掩码，地址前缀为2002:43c:476b::/48
此外：
（1）IPv6 不允许在中间路由器上进行分片与重新组装。这种操作只能在源与目的地上执行。
（2）首部校验和被彻底移除，以减少每跳处理时间
（3）选项字段不再是标准IP首部的一部分，而是可能出现在IPv6 首部中由“下一个首部”指出的位置上。这就是说，就像TCP 或UDP 协议首部能够是IP 分组中的“下一个首部”，选项字段也能是“下一个首部＂ 。删除选项字段使得IP 首部成为定长的40 字节。
（4）ICMPv6 还增加了新的类型和编码。其中包括“分组太大”类型与“未识别的IPv6选项“错误编码。另外， ICMPv6还包含了因特网组管理协议(IGMP) ，用于管理主机加入和离开多播组，它在IPv4中曾是一个与ICMP分开的独立协议。
从IPv4迁移到IPv6的两种双栈方法：
（1）IPv6结点还具有完整的IPv4实现。
这样的结点被称为IPv6/IPv4 结点，它有发送和接收IPv4与IPv6两种数据报的能力。
当与IPv4结点互操作时，IPv6/IPv4结点可使用IPv4数据报；当与IPv6 结点互操作时，它又能使用IPv6 。
IPv6/IPv4结点必须具有IPv6与IPv4两种地址。此外，它们还必须能确定另一个结点是否是IPv6使能的或仅IPv4使能的。
这个间题可使用DNS来解决，若发出DNS请求的结点和要解析的结点名字都是IPv6使能的，则DNS 会返回一个IPv6 地址。
IPv6数据报的数据字段可被复制到IPv4数据报的数据字段中，并且要做适当的地址映射。然而，在执行转换时，一些IPv6特有的字段信息将会丢失。因此，最后到达目的结点的数据报可能并不含有初始结点IPv6数据报中的所有字段。
（2）建隧道。
IPv6数据报作为IPv4数据报的载荷进行封装，穿越IPv4网络
隧道接收端的IPv6结点最终收到该IPv4数据报（它是该IPv4数据报的目的地），并确定该IPv4数据报含有一个IPv6 数据报，于
是从中取出IPv6数据报，然后再为该IPv6 数据报提供路由，就好像它是从一个直接相连的IPv6邻居那里接收到该IPv6 数据的一样。
