IP相关知识总结
目录
- IP简介
- IP的格式
- IP的分类
-
- IPv4地址分类（旧方式）
- 公网IP、局域网IP
- 延缓IPv4耗尽的策略
-
- 网络地址转换NAT
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- 基本网络地址转换（Basic NAT）
- 网络地址端口转换（NAPT）
- 无类别域间路由CIDR
- IP的设置
-
- 静态IP地址
- 动态IP地址和DHCP
主要参考维基百科。
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IP简介
IP地址，又译为互联网协议地址，全称Internet Protocol Address。是网络协议中的一串数字，用于标识设备或网络寻址。
ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers, 互联网名字与数字地址分配机构) 是一家美国非营利组织，下属的IANA (Internet Assigned Numbers Authority) ，主管IP地址分配。
IP的格式
常见的IP地址分为IPv4与IPv6两大类，IP地址由一串数字组成。
IPv4为32位长，通常书写时以四组十进制数字组成，并以点分隔，如：172.16.254.1 ；
IPv6为128位长，通常书写时以8组每组最多4个16进制数字组成，以冒号分割，如：2001:db8:0:1234:0:567:8:1。
IP的分类
IPv4地址分类（旧方式）
| A类IPv4地址 | B类IPv4地址 | C类IPv4地址 | D类IPv4地址 | E类IPv4地址 | |
|---|---|---|---|---|---|
| 标志位 | 0 | 10 | 110 | 1110 | 11110 |
| IP范围 | 0.0.0.0~127.255.255.255 | 128.0.0.0~191.255.255.255 | 192.0.0.0~223.255.255.255 | 224.0.0.0~239.255.255.255 | 240.0.0.0~247.255.255.255 |
| 可用IP | 1.0.0.1~127.255.255.254 | 128.0.0.1~191.255.255.254 | 192.0.0.1~223.255.255.254 | ||
| 可分配? | 是 | 是 | 是 | 否 | 否 |
| 网络号位数 | 7 | 14 | 21 | ||
| 网数 | 27-2 | 214 | 221 | ||
| 每网主机 | 224-2 | 216-2 | 28-2 |
D类用于多播，E类保留。
特殊IP地址
| 网络号 | 主机号 | 是否可以作为源地址 | 是否可以作为目的地址 | 备注/描述 |
|---|---|---|---|---|
| 全为0 | 全为0 | 允许 | 禁止 | 表示本网主机 |
| 全为0 | Host ID | 允许 | 禁止 | 表示特定主机 |
| 全为1 | 全为1 | 禁止 | 允许 | 受限广播地址 |
| 127 | 任意合法的值 | 允许 | 允许 | 迂回地址，用于本地测试 |
| Network ID | 全为1 | 禁止 | 允许 | 直接广播地址 |
子网掩码形式上是网络号（二进制）所有位全为1，主机号（二进制）所有位全为0的IP地址。用于与IP地址按位与得到网络地址。
默认网关是网络号（二进制）所有位全为1，主机号为1。网关是充当另一个网络的访问点的网络节点，通常不仅涉及地址的更改，而且还涉及不同的网络技术。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。
受限广播，也叫有限广播、本地广播，它不被路由发送，但会被送到相同物理网络段上的所有主机。直接广播会被路由，并会发送到专门网络上的每台主机。
比如对于IPv4地址103.152.34.238，二进制为0110 0111 . 1001 1000 . 0010 0010 . 1110 1110。
若按以上分类方式，标志位（从高位开始的二进制位）是0，这是一个A类IPv4地址。
子网掩码是255.0.0.0，网络地址是103.0.0.0，网络号是103，主机号是152.34.238，默认网关是103.0.0.1，直接广播地址是103.255.255.255，受限广播地址是255.255.255.255。
比如一个服务绑定到0.0.0.0，意味着外部机器访问该机器上所有 IP 都可以访问该服务。如果服务绑定到的是特定的 ip，则只有访问该 ip 才能访问到服务。路由器0.0.0.0表示没有匹配时的默认路由（待确认）。
127.0.0.1表示回环地址，用于测试时在本地运行并从本地访问服务。
localhost往往在hosts中有以下定义（ubuntu系统有特殊问题，待补充），指向IPv4的127.0.0.1和IPv6的::1：
127.0.0.1 localhost
::1 localhost
公网IP、局域网IP
可以通过公网IP直接接受来自国际互联网的请求，局域网IP不能。
RFC 1918 为私人地址空间分配以下IP地址段：10.0.0.0/8,172.16.0.0/12,192.168.0.0/16。
延缓IPv4耗尽的策略
随着互联网的发展，网络位置（IPv4）渐渐被消耗殆尽，虽然当前的网络地址转换及无类别域间路由等技术可延缓网络位置（IPv4）匮乏之现象，但为求解决根本问题。
网络地址转换NAT
网络地址转换（英语：Network Address Translation，缩写：NAT）在计算机网络中是一种在IP数据包通过路由器或防火墙时重写来源IP地址或目的IP地址的技术。这种技术被普遍使用在有多台主机但只通过一个公有IP地址访问互联网的私有网络中。
基本网络地址转换（Basic NAT）
地址中只转换IP，不转换端口。
网络地址端口转换（NAPT）
地址的IP和端口都转换。
- 圆锥型NAT：一旦内部地址（iAddr:iPort）映射到外部地址（eAddr:ePort），所有发自 iAddr:iPort 的数据包都经由 eAddr:ePort 向外发送。
- 完全圆锥型NAT（Full cone NAT）：任意外部主机都能经由发送数据包给 eAddr:ePort 到达 iAddr:iPort。
- 受限圆锥型NAT（（Address-）Restricted cone NAT）：唯 iAddr:iPort 曾经发送数据包到外部主机（nAddr:any），外部主机才能经由发送数据包给 eAddr:ePort 到达 iAddr:iPort。（注：any 指外部主机源端口不受限制。）
- 端口受限圆锥型NAT（Port-Restricted cone NAT）：在受限圆锥型NAT基础上增加了外部主机源端口必须是固定的。
- 对称NAT（Symmetric NAT）：每一个来自相同内部 IP 与端口，到一个特定目的地 IP 和端口的请求，都映射到一个独特的外部 IP 和端口。同一内部 IP 与端口发到不同的目的地和端口的信息包，都使用不同的映射只有曾经收到过内部主机数据的外部主机，才能够把数据包发回。
无类别域间路由CIDR
无类别域间路由（英语：Classless Inter-Domain Routing，简称CIDR）是一个用于给用户分配IP地址以及在互联网上有效地路由IP数据包的对IP地址进行归类的方法。
因为C类地址允许的主机数太少，B类地址有太多，导致不能充分使用IP地址和在路由上的不便。
无类别域间路由是基于可变长子网掩码（VLSM）来进行任意长度的前缀的分配的。
比如对于IPv4地址103.152.34.238，二进制为0110 0111 . 1001 1000 . 0010 0010 . 1110 1110。
若是一个/8，则子网掩码是255.0.0.0，网络地址是103.0.0.0，网络号是103，主机号是152.34.238，默认网关是103.0.0.1，直接广播地址是103.255.255.255，受限广播地址是255.255.255.255。
若是一个/11，则：
子网掩码是1111 1111 . 1110 0000 . 0000 000 . 0000 0000也就是255.224.0.0，
网络地址是0110 0111 . 1000 0000 . 0000 000 . 0000 0000也就是103.128.0.0，
网络号是0110 0111 100，主机号是1 1000 0010 0010 1110 1110，默认网关是103.128.0.1，
直接广播地址是0110 0111 . 1001 1111 . 1111 1111 . 1111 1111也就是103.159.255.255，
受限广播地址是255.255.255.255。
IP的设置
静态IP地址
通过主机硬件或软件的配置，将固定IP地址持续分配给主机。
动态IP地址和DHCP
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) 动态主机配置协议，又称动态主机组态协定，是一个用于IP网络的网络协议，位于OSI模型的应用层，使用UDP协议工作，主要有两个用途：
- 用于内部网或网络服务供应商自动分配IP地址给用户
- 用于内部网管理员对所有电脑作中央管理
根据实现情况,DHCP服务器可能具有三种分配IP地址的方法:
- 动态分配：网络管理员为DHCP保留一系列IP地址，并且局域网中每个DHCP客户端，配置为在网络初始化期间从DHCP服务器请求IP地址。请求和授予过程使用具有可控时间段的租赁概念,允许DHCP服务器重新声明,然后重新分配未更新的IP地址。
- 自动分配：DHCP服务器从管理员定义的范围内将IP地址永久分配给请求客户端。这就像动态分配，但是DHCP服务器保留过去IP地址分配的表，这样它就可以优先为客户端分配与客户端以前相同的IP地址。
- 手动分配：此方法也各不相同（静态DHCP分配，固定地址分配，保留和 MAC / IP地址绑定）。管理员映射每个客户端的唯一标识符（客户端编号或MAC地址）到IP地址，该IP地址提供给请求的客户端。如果失败，可以将DHCP服务器配置为退回到其他方法。