【小林计网笔记】 IP篇
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文章目录
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- 一、IP 基本认识
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- 1、IP的作用
- 2、IP与MAC的关系
- 二、IP 地址的基础知识
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- 1、IP地址的定义
- 2、IP地址的分类
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- 1、ABC类地址
- 2、DE类地址
- 3、IP地址分类的优缺点
- 3、无分类IP地址
- 4、公有P地址与私有P地址
- 5、IP地址与路由控制
- 6、IP分片与重组
- 7、lPv6基本认识
- 8、lPv4 首部与IPv6首部
- 三、 IP 协议相关技术
一、IP 基本认识
1、IP的作用
Q：IP在TCP/IP模型中处于第几层
A：第三层，网络层
Q：网络层的作用
A：实现主机与主机的通信，或者说是点对点（end to end）通信
2、IP与MAC的关系
Q：IP网络层和MAC数据链路层分别负责什么事情？
A：MAC的作用是要负责两个物理上直接连接的设备之间的通信，而IP要负责在没有直连的两个网络之间的通信。
IP地址决定了出发点和目的地。但是这中间怎么走，要靠MAC来决定，从这个主机到哪一个路由器，从这个路由器再到哪一个主机。
二、IP 地址的基础知识
1、IP地址的定义
为了在TCP/IP网络中正确通信，每一台设备都需要一个正确的IP号。
IP 地址（IPv4 地址）由 32 位正整数来表示，IP 地址在计算机是以二进制的方式处理的。
而人类为了方便记忆采用了点分十进制的标记方式，也就是将 32 位 IP 地址以每 8 位为组，共分为 4 组，每组以「.」隔开，再将每组转换成十进制。
那么，IP 地址最大值也就是
但实际上，IP 地址并不是根据主机台数来配置的，而是以网卡。像服务器、路由器等设备都是有 2 个以上的网卡，也就是它们会有 2 个以上的 IP 地址。
因此实际联网的主机数量会少于43亿，但会根据一种可以更换 IP 地址的技术 NAT，使得可连接计算机数超过 43 亿台。
2、IP地址的分类
起初，IP 地址分类成了 5 种类型，分别是 A 类、B 类、C 类、D 类、E 类。（黄色部分为分类号，用以区分 IP 地址类别。）
1、ABC类地址
最大主机个数，就是要看主机号的位数，如 C 类地址的主机号占 8 位，那么 C 类地址的最大主机个数：
Q：计算最大主机个数的时候，为什么要减2
A：因为其中，主机号全0和全1的地址是特殊的。
全1是这个网络的广播地址，指定某个网络下的所有主机。
全0：指定某个网络
Q：广播地址有什么作用
A：在同一个链路中互相连接的主机之间发送数据包
Q：广播地址的分类？分别是什么作用？
本地广播：在本网络内广播
直接广播：在不同网络之间的广播
在本网络内广播的叫做本地广播。例如网络地址为 192.168.0.0/24 的情况下，广播地址是 192.168.0.255 。因为这个广播地址的 IP 包会被路由器屏蔽，所以不会到达 192.168.0.0/24 以外的其他链路上。
自己的理解：发送给192.168.0.255的东西，会被192.168.0.1到192.168.0.254之间的设备都接收到。只在他们之间的链路上传递，而不会进入其他链路。
在不同网络之间的广播叫做直接广播。例如网络地址为 192.168.0.0/24 的任一主机向 192.168.1.255/24 的目标地址发送 IP 包。收到这个包的路由器，将数据转发给 192.168.1.0/24，从而使得所有 192.168.1.1~192.168.1.254 的主机都能收到这个包（由于直接广播有一定的安全问题，多数情况下会在路由器上设置为不转发，因为一旦允许，攻击者就可以利用这一特性发送大量广播消息，是的目标网络因为处理这些消息而过载） 。
2、DE类地址
D 类和 E 类地址是没有主机号的，所以不可用于主机 IP，D 类常被用于多播，E 类是预留的分类，暂时未使用。
Q：多播和广播的区别
A：广播将信息发送给同一个网络号下的所有主机。而多播将消息发送给，可能在不同网络但是在一个特定分组的网络。
比如A网络中有30台主机，其中10台属于B组，C网络有20台主机，其中5台属于B组，如果发消息给A的广播地址，那么A的30台主机都会收到消息。如果用多播发送给B组，那么A网络的10台主机和C网络的5台主机都会收到消息。
多播使用的 D 类地址，其前四位是 1110 就表示是多播地址，而剩下的 28 位是多播的组编号。
从 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 都是多播的可用范围，其划分为以下三类：
- 224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 为预留的组播地址，只能在局域网中，路由器是不会进行转发的。(预留的组播地址主要用于特定的网络协议和服务，这些协议和服务通常只在本地网络中运行。所以即使这个网络由路由器链接到其他网络，信息也不会被转发)
- 224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 为用户可用的组播地址，可以用于 Internet 上。（如果一个人想提供一个实时视频给全球用户，就可以把视频流发送到这个地址，所有加入了这个多播组的用户都可以接收到这个视频流）
- 239.0.0.0 ~ 239.255.255.255 为本地管理组播地址，可供内部网在内部使用，仅在特定的本地范围内有效。（本地管理组播地址主要用于组织内部的多播应用，比如在公司内部设置一个实时的视频会议，他们可以选择这个范围内的一个多播地址，然后将视频会议流发送到这个地址。只有在这个公司的网络内部，并且订阅了这个多播地址的设备（即加入了这个多播组的设备）才能接收到这个视频会议流）。
3、IP地址分类的优缺点
优点：简单明了，基于网络地址选路简单
缺点：
缺点1：同一网络下没有地址层次
缺点2：A、B、C类有个尴尬处境，就是不能很好的与现实网络匹配。
缺点1:同一网络下没有地址层次，比如一个公司里用了 B 类地址，但是可能需要根据生产环境、测试环境、开发环境来划分地址层次，而这种 IP 分类是没有地址层次划分的功能，所以这就缺少地址的灵活性。
缺点2：A、B、C类有个尴尬处境，就是不能很好的与现实网络匹配。 C类地址包含的最大主机数只有254个，太少。B类主机号下的最大主机数又太多，放着不用浪费。
这两个缺点都将由 [CIDR] 无分类IP地址解决
3、无分类IP地址
定义：表示形式 a.b.c.d/x，其中 /x 表示前 x 位属于网络号，剩余的是主机号。 x 的范围是 0 ~ 32，这就使得 IP 地址更加具有灵活性。（用子网掩码来划分网络号和主机号也可以）
Q：为什么要分离网络号和主机号？
A：计算机通讯时，首先要判断收发的两台计算机在不在同一个广播域内（即网络地址是否相同），如果相同说明接受方在本网络上，那么就可以直接把数据包发送到主机上。
Q：如何进行子网划分
A：通过子网掩码。子网划分实际上是将主机地址分为两个部分：子网网络地址和子网主机地址
根据子网掩码可知从 8 位主机号中借用 2 位作为子网号。
由于子网网络地址被划分成 2 位，那么子网地址就有 4 个，分别是 00、01、10、11，具体划分如下图：
划分后的 4 个子网如下表格：
