IP地址基础

IP地址基础

版本 v20190410

1 什么是IP地址

1.1 维基说法

互联网协议地址（英语：Internet Protocol Address，又译为网际协议地址）缩写为IP地址（英语：IP Address）， 是分配给网络上使用网际协议（英语：Internet Protocol, IP）的设备的数字标签

1.2 简单说法

• 互联网 = 地球

• IP地址 = 住址

• IP地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，相当于现实世界的门牌号

2 为什么要了解IP地址

1. 你是否需要使用Linux/Windows查看IP，网卡信息都描述了什么？

2. 技术面试，网络知识的基石。

3. 你可能知道A、B、C类网络，那你知道CIDR吗？

3 先来看看如何查询IP地址

3.1 两个小问题

1. Linux处理用ifconfig查看ip，是否还有别的命令？
2. ifconfig是Linux自带的系统命令吗？

答案:

1. Linux还可以并建议使用 ip addr 来查看IP，ifconfig属于旧命令，已不再维护了
2. Linux上的ifconfig是net-tools软件包的一部分，ip addr是iproute2软件包的一部分

Please keep in mind that most net-tools programs are obsolete now:

program	obsoleted by
arp	ip neigh
ifconfig	ip addr
ipmaddr	ip maddr
iptunnel	ip tunnel
route	ip route
nameif	ifrename
mii-tool	ethtool

3.2 命令使用及效果

• Windows

  • ipconfig

• Linux

  • ifconfig

  • ip addr

在查看服务器网卡时，每次都能看到如上信息，那么其中的 inet 172.17.153.214/20 brd 172.17.159.255 里面的IP是如何划分的？其中的 /20 又是什么呢？广播地址是怎么算出来的呢？

4 IP五大基本分类

类型	IP段	网络数	主机数	私有IP段	子网掩码
A类	0.0.0.0-127.255.255.255	128	16777214	10.0.0.0-10.255.255.255	255.0.0.0
B类	128.0.0.0-191.255.255.255	16384	65534	172.16.0.0-172.31.255.255	255.255.0.0
C类	192.0.0.0-223.255.255.255	2097152	254	192.178.0.0-192.168.255.255	255.0.0.0
D类	224.0.0.0-239.255.255.255	组播地址
E类	240.0.0.0-247.255.255.255	保留地址

这个是最早的IP分类，当时机器数量都比较少，所以像C类地址，能支持一个网段内的机器只有254个，已经难以支持现在环境下的主机分配了。为了解决网络需求的增长问题，出现 CIDR 无类型域间选路(Classless Inter-Domain Routing) 分类方法以及IPv6。

4.1 基础知识

• IPv4

  • 32位

  • 分为4段，每部分8bit

  • 0.0.0.0 - 255.255.255.255

  • 0000 0000 . 0000 0000 . 0000 0000 . 0000 0000

• bit

  • 1位 = 1bit = 0-1

  • 0000 0000

  • 每一位对应10进制数值 128 64 32 16 8 4 2 1

  • 总值 0-255

• IPv6

  • 0:0:0:0:0:0:0:0 → ::

  • 0:0:0:0:0:0:0:1 → ::1

  • 128位

  • X:X:X:X : X:X:X:X

  • 0000:0000:0000:0000 : 0000:0000:0000:0000 - FFFF:FFFF:FFFF:FFFF : FFFF:FFFF:FFFF:FFFF

  • 可以用双冒号::表示一组0或多组连续的0，但只能出现一次

• 网络号/主机号

  • 网络号是由一个非营利性的机构来管理的，以避免冲突，该机构的名称为ICANN。同时，ICANN把部分地址空间委托给各种区域性的权威机构，然后这些权威机构又将IP地址分配给ISP和其他的公司

  • 主机号是网络号下，自行分配的主机号

• 公有IP

  • 有组织统一分配，接互联网

• 私有IP

  • 自行分配，不接互联网

  • 常见 192.168.x.x

4.2 CIDR

用户自己对于IP地址重新划分的一种方式

• 示例：10.100.122.2/24

  • 主要用于计算两个IP是否是同一网段(网络号)

  • IP地址 & 子网掩码 = 网络号

  • 10.100.122.2 是本机IP

  • /24就是CIDR标识，表示IP前24位是网络号，后8位是主机号

  • IP/CIDR

  • 广播地址 10.100.122.255

  • 子网掩码 255.255.255.0

5 来看看Linux的网卡都描述了什么

5.1 常见网卡信息如下

1: lo:  mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eth0:  mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:08:b0:ff brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 172.17.153.214/20 brd 172.17.159.255 scope global eth0
       valid_lft forever preferred_lft forever

5.2 网卡信息详解

• inet IP/CIDR (172.17.153.214/20)

• brd 广播地址

• scope 网络范围

  • global 接互联网 valid everywhere

  • host 仅本机 valid only inside this host (machine)

  • site valid only within this site (IPv6)

  • link valid only on this device

• link/ether MAC地址 (00:16:3e:08:b0:ff)

• 网络设备的状态标识 net_deviceflags

  • UP 网卡处于启动状态

  • BROADCAST 网卡有广播地址

  • MULTICAST 网卡可以发送多播包

  • LOWER_UP L1是启动的(网线连着)

• mtu 1500

  • 最大传输单位（数据包大小）为1,500字节

  • 以太网默认值 1500

  • 是网络模型第二层MAC层的概念

• qdisc pfifo_fast

  • 优先级 band0 > band1 > band2

  • TOS

  • Type of Service

  • 数据包根据此类型分配到不同band

  • TOS是IP头里的一个字段

  • 全称 queueing discipline 排队规则

  • pfifo 不处理进入数据包

  • pfifo_fast 三个波段(band)

• other

  • state UP 网络接口已启用

  • group default 接口组

  • qlen 1000 传输队列长度

  • valid_lft forever IPv6 地址的有效使用期限

  • preferred_lft forever IPv6 地址的首选生存期

6 IP计算练习

已知IP 16.158.165.91/22，计算第一个地址、子网掩码、广播地址

7 Continue...

当然还有如下你可能还不明白，请见下回分解~

1. IP如何分配及使用？

2. 组播、广播、回环地址都是干什么的？

3. MAC地址在实际网络环境中，有哪些作用？

4. 什么是以太网？