网络原理——IP地址与mac地址

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IP地址

IP地址

IP地址的组成

子网掩码

mac地址

冲突域与广播域

数据传输流程

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IP地址

IP地址

互联网协议地址。每一个联网的主机都会分配一个IP地址。为32位二进制数，用4个'.'均分为四部分，在命令提示符中输入：ipconfig命令，可以显示本机IP：

ip协议其实有两个版本，为IPV4和IPV6，IPV4可以分配的ip数量有2^32个（ 大约有43亿个ip），而IPV6可以分配的IP数量有2^64个。早期计算机都使用的IPV4，实际上43亿个ip对于当前的世界来说并不太够用，因此IPV4协议做了一些优化：

• 只有上网才分配ip，不上网就不分配。
• IP分为内网和外网，内网是局域网的简称，覆盖的范围小，内网设备的ip就是内网ip，在同一个内网中的设备ip是唯一的，当内网设备访问外网时，这个内网ip才会被替换成该局域网分配的外网ip，也就是NAT机制。因此在两个不同内网中的设备ip可以相同。

在家用路由器中，有两个ip，一个WAN口ip，另有多个LAN口ip，WAN口就是连接的外网，LAN口连接的就是内网。当内网设备连接外网时，就会执行NAT机制。NAT的基本功能是用一个或多个ip地址来实现1个私有网中的所有主机和公网中主角及的ip通信，也就是内网与外网的转换。

通过这些措施，就可以暂时解决ip地址不够用的问题，但是这些都是治标不治本的。更好的做法是使用IPV6协议。

但是由于历史原因，IPV6没有普及，并且IPV4不能升级到IPV6，除非更换一批新的设备，这显然是一笔开销，而且当前IPV4协议还可以正常使用，因此很多企业仍在使用IPV4。

如没有特殊说明，IP协议均指IPV4协议。

IP地址的组成

IP地址分为两个部分，网络号和主机号

网络号的作用是识别设备所在的网络，也就是局域网；主机号的作用是定位到局域网中的主机地址。同一个网段中，网络号相同，但主机号不同。不同网段中，网络号不同，主机号可以相同。

网络号和主机号的划分：IP地址分为ABCDE五类：

分类	范围	适用网络
A类	1.0.0.0~126.255.255.255	大型网络
B类	128.0.0.0~191.255.255.255	中型网络
C类	192.0.0.0~223.255.255.255	小型网络
D类	224.0.0.0~239.255.255.255
E类	240.0.0.0~247.255.255.255

0表示任何地址，127代表环回地址（用于本机测试）。

如果按照以上的方式分类，总会造成很多的ip浪费，往往会出现C类不够用，但是B类却用不完的情况。为了避免这种资源浪费，引入了子网掩码来表示。

子网掩码

子网掩码同样由32位二进制数组成，左边为网络位，由1组成，右边为主机位，由0组成。子网掩码的左边全为1，右边全为0，1的数目表示网络位长度，0的数目表示主机位长度。

mac地址

mac地址位于数据链路层，mac地址有6个字节，因此完全够用。每个网卡都有一个唯一的mac地址，主机有一个或多个网卡，路由器有多个网卡。网络通信就是通过网卡进行传输的。网卡属于硬件设备，因此mac地址用来识别网络物理地址。mac地址在网卡出厂时就写死了，不可修改。虚拟机中配置的虚拟mac地址不是真实的mac地址。

IP地址和mac地址的区别：

• IP地址指的是起点和终点的地址，用于网络层，是网络逻辑地址；mac地址指的是相邻两节点的地址，用于数据链路层，是真实的网络物理地址。
• IP地址为4个字节，mac地址为6个字节。
• IP地址往往可以根据需要更改，mac地址伴随网卡的出厂不可再更改。

冲突域与广播域

冲突域：主机之间通过网络设备进行连接时，如果在同一时间发送数据报，就可能发生冲突，这个冲突所在网络范围就为冲突域。

集线器的功能是把数据复制到每个接口，因此如果有两个数据报同时转发，就会造成冲突。集线器的所有端口为一个冲突域。

交换机在接收到数据后，会把数据转发到对应端口，如果两个数据报同时转发到同一个端口就会发生冲突。交换机可以分割冲突域，分割后，每个端口都是一个冲突域。

广播域：ip地址全为1表示广播地址（TCP不支持广播），往这个地址发送数据报，数据报就会传播到局域网内的所有地方。（投屏原理就是手机通过广播发出数据报，电视上（有相应的软件的话）就能接收到信息，从而可以投屏）

数据传输流程

源IP与目的IP表示整个传输过程的起点和终点，源mac与目的mac表示每一段传输的起点和终点。假如发送端和接收端处于同一局域网中，那么数据就可以直接传输到目的IP，假如二者位于不同的局域网中，下一次传输的mac地址就是网关，（路由器是一个网关设备，路由器中有WAN口（连接外网IP）和LAN口（连接内网IP），当内网访问外网时需要先转换为外网，因为内网无法被识别）传输到网关后，要获取下一个mac地址，需要用到ARP寻址。

在数据链路层，寻找下一跳设备mac地址的过程，称为ARP寻址。ARP是一个介于数据链路层和网络层之间的协议；ARP协议建立了IP地址与mac地址的映射关系。

通过IP地址，在本地ARP缓存表中查找目的mac地址，如果找到了，就直接返回mac地址进行传输，假如没有找到，则发送ARP广播数据报寻找目的mac，目的mac回应后返回mac地址。

网络传输路径由路由器进行规划，路由器进行路径规划的过程就称为路由。