一文搞懂网络层协议之IP协议

IP v4

一、IP v4协议的包头

版本（4）：版本字段，IP v4

首部长度：IP包头部长度，因为长度可变（因为下面有一个“可选项”），因此需要定义，

优先级与服务类型（8）；优先级与服务类型，提供3层的QoS

总长度（16）：IP数据总长度

标识符（16）、标志（3）、段偏移量（13）：上层来的数据到IP层会被分片，这几个字段用来对数据包进行标识，使数据到达目的端重组的时候，不会乱序

TTL（8）：生命周期字段，经过一个路由器值减1，为0时，数据包丢弃。为了防止一个数据包在网络中无限循环下去

协议号（8）：协议字段，用来标识封装的上层数据时UDP还是TCP，UDP是17，TCP是6

重点强调 IPv4是32位  

IP v4   ：2（32）=42亿9千万

IP v6   ：2（128）  （跟IP v4 的提升是扩充了IP地址的容量，包头是定长的）

Windows 95  、98   攻击方法：死亡之ping

二、IP地址分类

A类：  IP的二进制位必须是以0开头（但是要排除全0地址）

00000001.00000000.00000000.00000000   ----换算成十进制  1.0.0.0

01111111.11111111.11111111.11111111  ----换算成十进制   127.255.255.255

本地回环地址：127.0.0.1   代表自身网络协议是正常的，没有网络也可以Ping 通

B类： IP的二进制位，必须是以10开头

10000000.00000000.00000000.00000000   ----换算成十进制   128.0.0.0

10111111.11111111.11111111.11111111   ----换算成十进制   191.255.255.255

C类：  IP的二进制位必须以110开头

11000000.00000000.00000000.00000000   ----换算成十进制 192.0.0.0

11011111.11111111.11111111.11111111   ---换算成十进制  223.255.255.255

A、B、C类是允许正常分配使用，一般电脑是使用的C类

D类：  IP的二进制位必须是以1110开头 ，整个D类都不允许分配给普通电脑或服务器使用，作为组播地址使用

11100000.00000000.00000000.00000000   ----换算成十进制 224.0.0.0

11101111.11111111.11111111.11111111   ---换算成十进制  239.255.255.255

E类：IP的二进制位必须是以1111开头，整个E类不允许使用，作为保存存在

11110000.00000000.00000000.00000000   ----换算成十进制 240.0.0.0

11111111.11111111.11111111.11111111   ---换算成十进制  255.255.255.255

三、私有IP地址

从A、B、C类，各拿出了一组，做私有IP （一般家里、学校、公司，都是使用的私有IP）

A类：10.0.0.0---10.255.255.255

B类：172.16.0.0---172.31.255.255

C类：192.168.0.0---192.168.255.255

四、网络地址和主机地址（默认情况）

A类里面，默认前一组数（前8位二进制）作为网络地址，代表不同的网段，后三组代表同一个网段里不同的主机

总共有1-126个网段，每个网段里有2（24）主机

（主机数的“-2”是因为最后一段的 “0”代表这个整个网络的网络地址，最后一位“255”代表是广播地址，所以不能使用 要减2）

A类：前8位为网络地址，后24位为主机地址

网段数：2（7）-2=126   （是7次方是因为第一位是不能变只能是0；-2是因为一个是要排除全0的地址，一个是本地回环地址127.0.0.1-------A特殊 ）

主机数：2（24）-2=1677万

B类：前16位为网络地址，后16位为主机地址

网段数：2（14）=16384 （14是因为前两位不能变）

主机数：2（16）-2=65534

C类：前24位为网络地址，后8位为主机地址

网段数：2（21）=2097152

主机数：2（8）-2=254

 

五、默认子网掩码

A类默认子网掩码：255.0.0.0

B类默认子网掩码：255.255.0.0

C类默认子网掩码：255.255.255.0

 

每类的网络地址、主机地址跟子网掩码是一一对应的。比如A类是前八位是网络地址，子网掩码是一个255

到底是如何区分网络地址跟主机地址？跟是什么A类还是B\C类无关，是由子网掩码决定的

255换算成二进制是11111111，子网掩码是1，对应的IP地址就是网络地址  

子网掩码如果是0，对应的IP地址就是主机地址

六、子网掩码划分

注意：私有IP地址不需要进行子网掩码划分（为什么没有意义，私有IP不需要花钱，私有IP的重复的），公有IP做子网掩码划分才有意义

节省IPv4的IP地址/保护IP，两种方式：私有IP 、子网划分 （在用户角度可以省钱）

1、原则

1）子网掩码必须和IP地址同时出现，否则没有意义  （当只有IP出现，会套用默认的子网掩码）

（192.168.31.200/24指代 子网掩码255.255.255.0；/16指代255.255.0.0）

2）和子网掩码1对应的IP地址，代表网络地址；和子网掩码0对应IP地址代表主机地址

3）子网中只要1是连续的（中间没有被0隔开），就是合理子网掩码

（最大子网数不能超过64个，否则没有意义，如果分了64个网段，每个网段4个IP主机地址，只有1个IP是可用的，因为1个是网络地址、1个是广播地址、还有一个要做网关 ）

192.168.31.200/24

192.168.31.1025  ----255.255.255.128----11111111.11111111.11111111.10000000

画图比较直观，但是不适合划分太多数量，使用换算公式

2、子网掩码换算公式

（网络地址跟广播地址，整个网段的第一个IP跟最后一个IP）

网络地址：把IP地址和子网掩码的二进制，按位（把IP与掩码的第一、二、三、九位）进行“逻辑与”运算

广播地址：有效子网掩码中，有几个0，就把IP地址的后几位换位1

子网个数：有效子网掩码中，有几个1，子网数就是2的几次方

主机个数：有效子网掩码中，有几个0，主机数就是2的几次方减2

不论是A类，还是B类的IP地址，最终都会套用C类子网掩码进行使用

3、C类IP地址可用子网掩码 

子网掩码               二进制位数                 子网数                主机数

255.255.255.0           /24  （24个连续的1）       1                    256-2

255.255.255.128         /25                         2                    128-2

255.255.255.192         /26                         4                    64-2

255.255.255.224         /27                         8                    32-2         

255.255.255.240         /28                         16                   16-2

255.255.255.248         /29                         32                    8-2

255.255.255.252         /30                         64                    4-2

(子网掩码总共只有这几种可能）

拓展：逻辑与运算&逻辑或运算

如果出现1和0竞争，那么这组及开始往后的掩码就是有效子网掩码 。对C类IP来讲，后8位是有效的，B类是后16位，C类是后24位           

逻辑与运算：1跟1是1 ，只要有一个0，结果都是0

逻辑或运算：只要有一个1，就是1，两个0就是0

4、子网掩码换算示例

192.168.1.100/24       11000000.10101000.00000001.01100100

255.255.255.128        11111111 .11111111.11111111.10000000

网络地址：                 11000000.10101000.00000001.00000000  =192.168.1.0

广播地址：                 11000000.10101000.00000001.01111111   =192.168.1.127

子网数：2（1）=2

主机数：2（7）-2=126

192.168.1.165          11000000.10101000.00000001.10100101

255.255.255.224        11111111.11111111.11111111.11100000

（是连续的1，没有被0隔断，是有效的）

网络地址：            11000000.10101000.00000001.10100000  =192.168.1.160

广播地址：（粘贴IP地址11000000.10101000.00000001.10011111  =192.168.1.191

子网数：2（3）=8

主机数：2（5）-2=30

画图：一个0-255，有3个1，相当于切了三次，分成了8个子网段，每段有30个主机IP，网络地址是160，广播地址是191，

 

实际工作中遇到的问题应该是：

我有10台服务器，需要买多少个IP让这些服务器可以正常上网？

引申出，买16个主机数的，只有13个可用IP ，万一多一个怎么办？ 如果多一个服务器，压力不大，作为备份，压力大就要扩充网段

IP v6

节省IPv4 的方式： 动态IP、 私有IP 、子网掩码划分。目前解决IP v4的IP数量不够的方式就是升级IP协议成IP v 6  （IP v6 与IP v4  无法通信。IP v6 目前还没有大范围使用）

一、IP v6 包头

跟IP v4 的包头 对比：比IP v4 的包头更加简单，源地址增加了有2（128）数量，不再有选项，是固定大小的

二、IP v6协议特点

三、IP v6包头作用

 

四、IP v6地址表示

IP v6  地址表示----重点内容

是用16进制写的，人为规定，每4个16进制，用“：”隔开 ，（1个16进制代表4个二进制位）每16个二进制位分一组用“：”隔开  

IP v 6IP生效之后，就不再有公有IP、私有IP之说了，不需要考虑私有IP，所有的IP都是公有IP ，因为IP够用了   。也不再需要NAT转换，理论上速度会更快

零压缩法是真正的写法，两个：：就代表省略了0

五、IP v6 地址分类