IP编址&数据转发（md版）

一、IP编址

• 网络层位于数据链路层与传输层之间。网络层中包含了许多协议，其中最为重要的协议就是IP协议。网络层提供了IP路由功能。理解IP路由除了要熟悉IP协议的工作机制之外，还必须理解IP编址以及如何合理地使用IP地址来设计网络。

1.1、二进制、十进制和十六进制

在IP网络中，二进制和十六进制是常用的编码方式。

1.2、进制之间的转换

1.3、IP编址

1、IP地址分为网络部分和主机部分。
2、IP地址由32个二进制位组成，通常用点分十进制形式表示。

1、网络地址：主机位全等于0。

2、广播地址：主机位全等于1。

3、这两个地址都不能够分配出去使用。

1.4、子网掩码

1.5、二进制和十进制转换

1.6、IP地址分类

默认掩码：

1.7、IP地址类型

1、私有地址范围

• 10.0.0.0~10.255.255.255
• 172.16.0.0~172.31.255.255
• 192.168.0.0~192.168.255.255

2、特殊地址

• 127.0.0.0~127.255.255.255
• 0.0.0.0
• 255.255.255.255

1.8、地址规划

二、VLSM与CIDR

2.1、有类IP编址的缺陷

在设计网络时使用有类IP地址会造成地址的浪费。

2.2、变长子网掩码 VLSM

• 变长子网掩码(Variable-Length Subnet Masks,VLSM)的出现是打破传统的以类（class）为标准的地址划分方法，是为了缓解IP地址紧缺而产生的；
• 作用：节约P地址空间；减少路由表大小。
• 注意事项：使用VLSM时，所采用的路由协议必须能够支持它，这些路由协议包括RIPV2，OSPF，EIGRP和BGP。

• 如上图：
• 本例中的地址为C类地址，缺省子网掩码为24位。
• 先借用一个主机位作为网络位，借用的主机位变成子网位。
• 一个子网位有两个取值0和1，因此可划分两个子网。
• 该比特位设置为0，则子网号为0；该比特位设置为1，则子网号为128；
• 将剩余的主机位都设置为0，即可得到划分后的子网地址；
• 将剩余的主机位都设置为1，即可得到子网的广播地址。

2.3、缺省情况下的掩码

1、IP地址：172.16.2.160 掩码：255.255.0.0

缺省情况下，未划分子网。

2、IP地址：172.16.2.160 掩码：255.255.255.0

“/16”表示子网掩码有16位
“/24”表示子网掩码有24位

3、IP地址：172.16.2.160 掩码：255.255.255.192

1、扩展了10位子网地址
2、子网划分的核心思想：“借用”主机位来“制造”新的“网络”

2.4、子网划分的计算

1、你所选择的子网掩码将会产生多少个子网？
        2的x次方(x：子网位数)


2、每个子网能有多少主机？
        2的y次方-2(y：主机位数)


3、有效子网（块大小）？
        块大小=2的y次方(y：主机位数)
        （结果叫做block size或base number）



4、每个子网的广播地址是？
        主机位全为1。（广播地址=下个子网号-1）



5、每个子网的有效主机分别是？
        忽略子网内全为0和全为1的地址，剩下的就是有效主机地址。

2.5、子网划分举例—C类地址

• 子网：网络号，网络地址

2.6、无类域间路由CIDR

• CIDR的概念：忽略A、B、C类网络的规则，定义前缀相同的一组网络为一个块即一条路由条目。（如：199.0.0.0/8）
• CIDR的优点：
  • 减少了网络数目，缩小了路由选择表；
  • 从网络流量、CPU和内存方面说，开销更低；
  • 对网络进行编址时，灵活性更大。

CIDR增强了网络的可扩展性。

2.7、网关

网关用来转发来自不同网段之间的数据包。

2.8、总结

1、子网掩码的作用是什么？
	 区分IP地址的网络位和主机位。

2、网关的作用是什么？ 
	转发来自不同网段之间的数据包。

三、数据转发过程

• TCP/IP协议簇和底层协议配合，保证了数据能够实现端到端的传输。数据传输过程是一个非常复杂的过程，例如数据在转发的过程中会进行一系列的封装和解封装。对于网络工程师来说，只有深入地理解了数据在各种不同设备上的转发过程，才能够对网络进行正确的分析和检测。

3.1、数据转发过程概述

数据包在相同网段内或不同网段之间转发所依据的原理基本一致。

3.1.1、TCP封装

• 当主机建立了到达目的地的TCP连接后，便开始对应用层数据进行封装。
• 0~ 1023：知名端口号，1024~65535：可以动态分配的范围。
• 80：HTTP服务。
• Source Port：源端口。
• Destination Port：目的端口。
• Sequential Number：序列号。
• Acknowledgment Number：确认号。

3.1.2、IP封装

3.1.3、查找路由

主机A必须要拥有到达目的地的路由。

3.1.4、ARP

• 通进ARP缓存表找到下一跳的MAC地址。
• 如果表项里没有下一跳的MAC地址，主机A会发送ARP请求。

3.1.5、以太网封装

3.1.6、数据帧转发过程

• 主机工作在半双工状态下，所以会使用CSMA/CD来检测链路是否空闲。
• 前导码用于使接收者进入同步状态，定界符用于指示帧的开始。

• 同一个冲突域里的设备都会接收到主机A发送的数据帧。
• 只有网关（RTA）会处理该数据帧，并继续转发。

3.1.7、数据包转发过程

• 网关检查是否具有到达目的网络的路由条目。
• 如果存在转发路径，则为数摆包添加一个新的二层帧头和帧尾.并继续转发

3.1.8、数据帧解封装

• RTB以服务器A的MAC地址作为目的MAC继续转发。
• 服务器A接收到该数据帧后，发现目的MAC为自己的MAC，于是会继续处理数据帧。

3.1.9、数据包解封装

• 服务器A检查数据包的目的IP地址，发现目的IP与自己的IP地址相同。
• 服务器A剥掉数据包的IP头部后，会送往上层协议TCP继续进行处理。

3.1.10、数据段解封装

服务器A检查TCP头部的目的端口，然后将数据段发送给应用层的HTTP协议进行处理。

3.2、总结

1、数据在进行二层和三层封装之前，主机需要了解哪些信息？
	二层：目的MAC；三层：源IP地址

2、当数据帧发送到非目的主机时，非目的主机将会如何处理？
	丢弃

3、传输层如何能够准确的将数据交给特定应用？
	目的端口号

4、当两台主机同时访问服务器的HTTP服务，该服务器如何区分数据属于哪个会话？ 
	源IP（SIP）、源端口（SP）
	五元组区分：SIP、DIP、SP、DP、pro（协议）

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