IP基础知识总结

IP他负责的是把IP数据包在不同网络间传送，这是网络设计相关的，与操作系统没有关系。所以这部分知识，不是网络的重点。IP和路由交换技术联系紧密。但是要作为基本知识点记住。

一、基本概念

        网络层作用：实现主机与主机之间通信。

        IP作用：在复杂网络环境中将数据包 发送给目的主机。

IP与MAC都是针对俩个主机之间通信，有啥区别？

答：MAC负责直连的俩设备之间的通信传输；IP负责非直连的俩网络之间的通信传输。

网络中数据包传输中也是如此，源IP地址和目标IP地址在传输过程中是不会变化的（前提：没有使用 NAT 网络），只有源 MAC 地址和目标 MAC 一直在变化。

IP分类

        优点：路由器主机解析IP地址时通过首四位0、10、110、1110、1111，即可判断出属于哪一类IP，进而快速得知网络号和主机号。咱们人也可以根据IP范围快速得到IP地址属于哪一类。

         缺点：同一网络下无地址层次，缺少地址灵活性；无法与现实世界匹配。

公有&私有IP地址

公有 IP 地址是由 ICANN 组织管理，公有 IP 地址在整个互联网范围内保持唯一。（万维网使用）

私有IP地址是由内部的 IT 人员管理。（局域网使用）

因此公有IP不可能相同，不同公有IP网段中可能存在相同的私有IP！

192.168开头就是私有地址，范围：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

本地回环地址：127.0.0.1 永远只会寻找当前本机

无分类地址CIDR

        形式 a.b.c.d/x，其中 /x 表示前 x 位属于网络号，后32-x为主机号。

        x即为子网掩码位数

子网划分

        作用：对网络地址合理利用，避免浪费IP地址。

        子网划分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

 IP分片与重组

每种数据链路的最大传输单元 MTU 都是不相同的，以太网的 MTU 是 1500 字节。

当 IP 数据包大小大于 MTU 时， IP 数据包就会被分片。

分片与重组，均由主机完成。

在分片传输中，一旦某个分片丢失，则会造成整个 IP 数据报作废，所以 TCP 引入了 MSS 也就是在 TCP 层进行分片不由 IP 层分片。UDP尽量不要传超过MTU的数据包。

MSS=MTU-20字节TCP报头-20字节IP报头

二、IP协议相关技术（六）

• DNS 域名解析
• ARP 与 RARP 协议
• DHCP 动态获取 IP 地址
• NAT 网络地址转换
• ICMP 互联网控制报文协议
• IGMP 因特网组管理协议

DNS域名解析

        IP与域名相互映射，因此可以相互推导。

        在实际中，客户机向本地域名服务器查询是递归查询，本地域名服务器向其他域名服务器是迭代查询。主机请求信息一次，本地域名服务器请求信息多次。

递归查询是：客户机发送一条查询请求到本地域名服务器，发现缓存中没有主机名和IP地址对的信息，那么本地域名服务器就往上继续查询，发送一个查询报文，如果在某一级域名服务器找到了主机名和IP地址对信息，就直接返回。如果找不到，那么这个域名服务器又会作为客户机去请求上一级域名服务器，直至根域名服务器，根名称服务器收到DNS请求后，把所查询得到的所请求的DNS域名中发送给顶级域名服务器，让顶级域名服务器去往下级域名服务器请求查找，如果找到了就原路返回。某域名服务器-->...->顶级域名服务器-->根域名服务器-->下一级域名服务器-->...-->本地域名服务器-->客户机。

递归查询是A访问B，B再访问C，C访问D，直到查询到，然后依次返回，D返回给C，C再返回给B，B再返回A。

迭代查询是A访问B，B把C的地址返回给A，A再去请求查询C，C再把D的地址返回给A，A再去访问D。

ARP（地址解析协议）

        由IP地址广播得到MAC地址。

RARP（地址逆解析协议）由MAC地址得到IP地址。需要假设RARP服务器。

DHCP（动态获取IP）

        通常都是通过 DHCP 动态获取 IP 地址，大大省去了配 IP 信息繁琐的过程。

        DHCP 客户端进程监听的是 68 端口号，DHCP 服务端进程监听的是 67 端口号

4步获取IP： DHCP 交互中，全程都是使用 UDP 广播通信

• 客户端首先发起 DHCP 发现报文（DHCP DISCOVER） 的 IP 数据报，由于客户端没有 IP 地址，也不知道 DHCP 服务器的地址，所以使用的是 UDP 广播通信，其使用的广播目的地址是 255.255.255.255（端口 67） 并且使用 0.0.0.0（端口 68） 作为源 IP 地址。DHCP 客户端将该 IP 数据报传递给链路层，链路层然后将帧广播到所有的网络中设备。
• DHCP 服务器收到 DHCP 发现报文时，用 DHCP 提供报文（DHCP OFFER） 向客户端做出响应。该报文仍然使用 IP 广播地址 255.255.255.255，该报文信息携带服务器提供可租约的 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器以及 IP 地址租用期。
• 客户端收到一个或多个服务器的 DHCP 提供报文后，从中选择一个服务器，并向选中的服务器发送 DHCP 请求报文（DHCP REQUEST进行响应，回显配置的参数。
• 最后，服务端用 DHCP ACK 报文对 DHCP 请求报文进行响应，应答所要求的参数

路由器不会转发广播包，一般主机与DHCP服务器不会在一个局域网，因此使用DHCP中继代理

DHCP中继代理作用：对不同网段的 IP 地址分配也可以由一个 DHCP 服务器统一进行管理。

• DHCP 客户端会向 DHCP 中继代理发送 DHCP 请求包，而 DHCP 中继代理在收到这个广播包以后，再以单播的形式发给 DHCP 服务器。

• 服务器端收到该包以后再向 DHCP 中继代理返回应答，并由 DHCP 中继代理将此包广播给 DHCP 客户端 。

NAT（网络地址转换）

之前讲了私有IP与公有IP，内网的的私有IP想要与外网的设备通信就需要转换为公有IP，NAT就是进行私有IP与公有IP相互转换。

为了实现私有IP与公有IP 1：N的映射关系，每个私有IP与公有IP映射中在私有IP加入端口号，则可以保证每个私有IP与一个公有IP存在着唯一的映射关系。

 NAT缺点：

• 外部无法主动与 NAT 内部服务器建立连接，因为 NAPT 转换表没有转换记录。
• 转换表的生成与转换操作都会产生性能开销。
• 通信过程中，如果 NAT 路由器重启了，所有的 TCP 连接都将被重置。

解决方法：

1、使用IPv6

2、使用NAT穿透技术

        就是客户端主动从 NAT 设备获取公有 IP 地址，然后自己建立端口映射条目，然后用这个条目对外通信，就不需要 NAT 设备来进行转换了。

ICMP（互联网控制报文协议）

ICMP 主要的功能包括：确认 IP 包是否成功送达目标地址、报告发送过程中 IP 包被废弃的原因和改善网络设置等

ICMP 大致可以分为两大类：

• 一类是用于诊断的查询消息，也就是「查询报文类型」
• 另一类是通知出错原因的错误消息，也就是「差错报文类型」