IP地址

IP通过将数据包发送给最终的目标计算机，让世界上任何两台计算机之间进行通信，IP地址就像是通信过程中的基石

IP(Internet Protocol)：网际协议

IP地址(IPv4)由32位正整数表示，在计算机内部用二进制处理，8位一组，用.隔开分成四组，再转换成十进制数，可以有4294967296个地址(43亿个，2^32)

组成与分类

IP地址由网络地址(网络标识)和主机地址(主机标识)两部分组成，同一网段内的网络地址相同，同一个网段内的主机地址不能重复，路由器是通过IP地址的网络地址进行路由

IP地址分为四个级别，根据地址中从1到4位的比特列对其网络地址和主机地址进行区分 ip-cate.jpg

  • A类地址：0开头，1到8位是网络地址，转成十进制是0.0.0.0~127.0.0.0，后面24位是主机地址
  • B类地址：10开头，1到16位，128.0.0.0~191.255.0.0
  • C类地址：110开头，1到24位，192.0.0.0~239.255.255.0
  • D类地址：1110开头，没有主机地址，常被用于多播

用比特位表示主机地址时不能全0或全1，全0在表示对应的网络地址或IP地址不可获知的情况下才使用，全1的主机地址通常是广播地址

广播、多播

广播地址用于在同一个链路中相互连接的主机之间发送数据包，IP地址中的主机地址部分全为1

分为两种广播 ip-guangbo.jpg

  • 本地广播：在本网络内的广播
  • 直接广播：在不同网络间的广播(会使目标IP地址所在的主机群都能收到，有一定安全问题)

多播用于将包发送给特定组内的所有主机，可以穿透路由(广播不能)，使用D类地址，除去前四位开头，后28位可以成为多播的组编号

多播地址的可用范围：224.0.0.0~239.255.255.255，所有的主机必须属于224.0.0.1的组，所有的路由器必须属于224.0.0.2的组

其中224.0.0.0~224.0.0.255的范围在同一个链路内也能实现多播，不需要路由控制，在这个范围外设置多播地址会给全网所有组内成员发送多播的包

子网掩码

为了减少IP地址的浪费，开始使用了用新的组合方式：IP地址+子网掩码

子网掩码也用32位正整数表示，IP地址的网络地址部分的位全为1，IP地址的主机地址部分的位全为0，然后转为十进制，就成了：

  • A类地址：255.0.0.0
  • B类地址：255.255.0.0
  • C类地址：255.255.255.0

子网掩码通过子网网络地址细分出比ABC类更小粒度的网络，将原来的ABC类中的主机地址部分用作子网地址，这样就可以自由的定位自己的网络标识长度 ip-ziwang.jpg 有两种表示方法：

  • IP地址和子网掩码各占一行
  • 在IP地址后追加网络地址的位数(后缀表示法)
// 各占一行
IP地址：172.20.100.52
子网掩码：255.255.255.192

// 后缀 网络地址中如果有0可以省略
IP地址：172.20.100.52 /26

由于IP地址仅靠分类满足不了人们日益增长的需求，于是开始采用新的方法：CIDR，它可以用任意长度分割IP地址的网络地址和主机地址，大大提高IP地址的利用率

CIDR(Classless Inter-Domain Routing)：意为无类型域间选路

应用CIDR的初期，网络内部采用固定长度的子网掩码机制，由于灵活性受限，后来出现了VLSM技术

VLSM(Variable Length Subnet Mask)：可变长子网掩码，可以随机修改组织内各个部门的子网掩码长度的机制

公网IP、私有IP

如果每个主机或路由器都分配一个固定IP，很快地址会被耗尽，于是出现了一种新技术，只在必要的时候为相应数量的设备分配唯一的IP地址

没连接互联网的独立网络(私有)中的主机只需在同一个域内保持地址唯一，不过考虑到会有地址冲突等问题发生，还是限定了地址范围：

  • A类：10.0.0.0~10.255.255.255 (10/8)
  • B类：172.16.0.0~172.31.255.255 (172.16/12)
  • C类：192.168.0.0~192.168.255.255 (192.168/16)

在这范围内的属于私有IP，在此之外都是公网IP(全局IP)，两者可以通过NAT技术进行互换

公网IP基本上要在整个互联网范围内保持唯一

解决IP地址分配问题的主流方案：私有IP地址+NAT技术

相当于OSI模型中的网络层

网络层的主要作用是实现终端节点之间的通信(点对点通信)，IP的主要作用就是在复杂的网络环境中(比如没有直连的两个网络之间)把数据包发送给最终目标的目标地址

IP主要分为为三大模块：IP寻址、路由、分包与组包

和数据链路层的MAC地址类似，IP地址是网络层的地址信息，用于识别连接到网络中的主机

路由控制(routing)：将分组数据发送到最终目标地址的功能，其间经过网络中的每个区间（Hop，一跳）被转发，所以IP路由也叫多跳路由(路由器在转发包时只指定下一个地址)

一跳(1 Hop)：利用数据链路层以下分层的功能传输数据帧的一个区间；如以太网数据链路中使用MAC地址传输，此时从源MAC地址到目标MAC地址之间传输帧的区间为一跳

为了简单化与高速化，IP采用面向无连接型，不需要建立与对端目标地址之间的连接，这种方式下可能会有冗余通信，应做好网络监控；可靠性在上层的TCP中确保