### 知识点详解：网络层协议以及IP编制
#### 一、网络协议概述
在网络通信领域中，网络层协议负责处理数据包在网络中的传输，包括但不限于寻址、路由选择等核心功能。其中最重要的协议之一就是IP（Internet Protocol），它是互联网的基础协议。
#### 二、IPX协议简介
- **定义**：IPX (Internet Packet Exchange) 是一种早期的网络层协议，主要用于Novell NetWare网络环境。
- **特点**：
- 支持多种网络类型，如以太网、令牌环等。
- 提供类似于TCP/IP的功能，但更简单且易于配置。
- **应用实例**：早期的游戏，如《星际争霸》，需要通过IPX协议来实现局域网内的联机游戏。
#### 三、IP协议详解
- **IP协议概述**：IP协议是一种无连接的、不可靠的协议，其主要职责是在源节点与目标节点之间传递数据包。
- **IP地址**：用于唯一标识网络上的设备，是IP报文的重要组成部分。
- **IP版本**：
- **IPv4**：当前最常用的版本，使用32位地址空间。
- **IPv6**：正在逐步推广的新版本，使用128位地址空间，以解决IPv4地址枯竭的问题。
#### 四、IPv4报文格式详解
- **版本号**：4比特，指示使用的IP版本，对于IPv4来说值为4。
- **头部长度**：4比特，表示IP头部包含多少个32位（即4字节），最大值为15，对应60字节的头部。
- **服务类型（TOS）**：8比特，早期用来指定服务优先级或特定的服务质量要求，现在通常用于DSCP（Differentiated Services Code Point）来区分不同的服务质量。
- **总长度**：16比特，表示整个IP报文（包括头部和数据部分）的长度，最大不超过65535字节。
- **标识字段**：16比特，用于唯一标识同一次发送中的数据包。
- **标志位**：3比特，其中：
- 第1比特：预留位，不使用。
- 第2比特：Don’t fragment（DF）标志位，设置后表示该数据包不允许被分片。
- 第3比特：More Fragments（MF）标志位，设置后表示此分片之后还有更多分片；不设置表示这是最后一个分片。
- **片偏移**：12比特，指示数据分片相对于原始数据的位置。
#### 五、分片技术
- **背景**：当数据包的大小超过网络链路的最大传输单元（MTU）时，需要将数据包分割成更小的片段进行传输。
- **过程**：
- 比较待发送数据包的大小与出接口的MTU。
- 如果数据包大小超过MTU，则对其进行分片。
- 分片后的每个片段都需要包含完整的IP头部，并且它们的标识字段相同。
- **示例**：假设MTU为1500字节，一个3000字节的数据包需要被分片。在分片过程中，每个分片的数据部分将小于等于1500字节减去IP头部的长度。
#### 六、MTU的极限试探
- **概念**：MTU是指一个链路上可以传输的最大数据单元大小。
- **以太网MTU**：以太网的MTU为1500字节。
- **PING测试**：通过发送不同大小的PING数据包来测试网络的MTU值，例如，发送一个3000字节的数据包，并设置“不分片”标志位，如果数据包无法通过网络，则说明网络的MTU小于3000字节。
#### 七、总结
IP协议及其编址机制是构建现代互联网的基础。理解IPv4报文格式和分片技术对于网络工程师来说至关重要，尤其是在处理网络故障排除和优化网络性能时。随着IPv6的逐渐普及，掌握这些基础知识也将有助于更好地过渡到新的协议标准。
