【网络原理】——带你认识IP~（长文~实在不知道取啥标题了）

一：IP协议

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1：4位版本

现在只有两个版本IPv4（主流版本）IPv6（正逐步替换IPv4）

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2：4位首部长度

IP报头，单位为4个字节，4位 范围[0101-1111]，换算为10进制，[5,15]，所以报头最大为60字节，最小固定为20字节

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3：8位服务类型（TOS）

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type pf service——实际只有4位有效，这4位彼此冲突，其中一位为1，剩下三位就都为0 最小延时：可以类比TCP中的延时应答机制 最大吞吐量：最多携带多少数据量 最高可靠性：达不到TCP那么可靠，可以视情况调整，有点像MYSQL中的事务 最小成本：硬件设备开销

4：16位总长度（字节数）

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描述了一个IP数据报的长度（报头+载荷），这里不像TCP数据报的64KB的长度限制。 虽然IP数据报这里自身有长度限制，但是IP提供了拆包、组包这样的功能，此时载荷很大超过64KB，也没关系。

（1）拆包

在网络层可以拆分为多个IP数据报，每个IP数据报来携带一部分载荷 如下图：如果载荷是一个特别大的TCP数据报，就把它拆分成两部分（这个过程都是IP系统内核自动完成的，程序员无法通过软件代码干预）

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（2）组包

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16位标识：哪些IP数据报的载荷应该一起组装 3位标志：只有2位有效，其中1位表示这次的IP数据报是否拆包了，还有1位表示结束标记（如果要基于UDP手动实现应用层的数据包拆包，此时可以参考IP的拆包组包做法） 13位片偏移：描述了这些包之间的先后顺序

5：8位生存时间（TTL）

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单位：次数，非时间。一般就是32/64这样的整数 一个IP数据报每经过一个路由器的转发，就-1。次数减到0，就丢包。 避免指定的IP地址是错误的，那这个IP数据报可能会无限的传输找下去 （1）tracert命令 查看当前网络通信路径，比如我们访问美国政府官网www.usa.gov

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6：8位协议

表示在传输层使用哪个协议

7：16位首部校验和

针对IP报头进行校验，载荷不管（因为载荷中的TCP/UDP都自带校验和）

8：32位源（目的）IP、地址

发件人地址，收件人地址

二：IP协议管理地址

引入：IP地址本质是一个32位整数（int），用点分十进制表示，3个点分成4各部分，每部分取值为0~255 不同设备之间都有一个不同的IP地址——32位大概能表示42亿左右的数量，但是IP地址已经面临不够用的处境了，下面给出了几个方案

1：动态分配IP地址

因为全世界的设备并不是同一时刻，都在上网，所以动态分配，充分利用IP地址（治标不治本）

2：IP地址分类

我们把IP地址分为两大类

（1）公私网IP/广局域网IP

IP地址以这三类开头都是私网IP

10.* 172.16-172.31.* 192.168.* ，剩下的就都是公网IP了

（2）设定和限制

要求公网的IP是唯一的，同一个局域网里的设备IP是唯一的，不同局域网中的设备IP可以重复 ①公网设备访问公网设备 可以 ②同一个局域网中的设备也可以互相访问 ③不同的局域网中的设备 不可以访问 ④局域网设备访问公网设备，需要进行地址转换 ⑤公网设备访问局域网设备，不允许主动访问

3：NAT机制

NAT机制也称——网络地址映射机制

依据：局域网中的设备不可以被外部访问到

引入：路由器科普，路由器一般会有两个IP地址，路由器的核心就是将这两个局域网连接起来

LAN口IP，往往是一个局域网地址

WAN口IP，可能是局域网IP，也可能是公网IP

局域网访问服务器的三种情况

（1）不同设备访问不同服务器

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（2）不同设备访问相同服务器（不同端口）

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（3）不同设备访问相同服务器（同端口）

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总结

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NAT映射机制本质上也是在复用IP地址，提高了IP地址的利用率，没有从根本上解决地址数量的问题，但是比动态分配地址好得多 当前互联网就是——动态分配+NAT相结合的方案

三：IP地址

1：IPv6

我们知道IPv4使用4个字节表示IP地址，能表示的IP地址个数在2^8^4 ,大概在42亿左右

IPv6使用16个字节表示IP地址，能表示的IP地址个数在2^8^16 ，可以给地球上每一粒沙子都分配一个地址

2：IP地址在NAT下的分类

（1）私网IP

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（2）公网IP 除了上面的地址，剩下的都是公网IP

3：IP地址组成

（1）网络/主机号

IP地址 = 网络号 + 主机号

注：家用宽带默认前三个字节为网络号，一个字节（256）表示主机号够用了

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（2）IP地址设置规则

①一个局域网中，如果网络号和主机号都相同是无法上网的 ②网络号和路由器的网络号不相同也是无法上网的 ③两个相邻的局域网，网络号不能相同

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（3）子网掩码

子网掩码是一个32位数字，网络部分全为1，主机部分全为0，子网掩码跟IP地址进行与运算，可以提取IP地址所属网络号

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注：IP地址一般是由人为设置的，但是路由器有个DHCP功能，自动可以帮你把局域网这里设备的IP都分配好（避免IP地址冲突，概率很小），每次路由器重启，得到的IP可能是不同的

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（4）网段划分（了解即可）

在互联网刚刚发展起来的时候，网段的划分方式是按照ABCD........类进行划分的

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4：特殊的IP地址

（1）环回IP 环回IP（loopback）127.0.0.1——表示自己的本机——多用于测试 127.*都是环回地址 （2）网段IP 一个IP的主机号全为0，表示“这个网段”——这个IP很特殊不能分配给某个主机 （3）广播地址 单播：一对一 组播：一对多（多有限制，是整体的一部分） 广播：一对多（整体的所有） IP的主机号全为1（二进制）——比如：192.168.0.255 往广播地址上发消息，局域网中所有设备都能收到

5：IP地址管理

我们知道在数据报中包含了“目的IP”字段，通过多个路由器的转发可以让数据包到达“目的IP”，这个传输的过程中，路由器会帮我们规划处一条合适的路径。

在路由器内部有一个数据结构——路由表，路由器会拿着这个“目的IP”区表里匹配，在进行转发(这个过程比较复杂，感兴趣的老铁可以深入研究一下)

四：MAC地址体系

1：MAC地址

在数据链路层，引入了例外一套地址体系，叫做“mac地址”，它是一个物理地址，通常以十六进制表示，字节与字节之间用 - 或者 ： 来分割

MAC地址和设备的网卡绑死了，网卡在出厂的时候就已经确定了，作为一个身份标识符

IP地址侧重全局转发，MAC地址侧重于局部转发——相邻设备之间的转发（一个电脑上的路由器，这俩就是相邻设备）

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2：数据帧格式

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①类型：标识载荷数据的含义 ②数据：以太网数据帧的爱着部分，长度范围46~1500字节46是因为ARP是46字节；1500字节不到1.5kb（硬件限制：网口网线之类的，可以了解一下MTU） ③ARP：效果就是让路由器/交换机建立一个内部的结构（类似hash表）给一个IP地址能查到MAC地址（常用） ④RARP：同ARP类似，是给MAC地址能够查询到IP地址

五：DNS域名解析系统

使用IP地址来描述网络设备的位置，把域名自动转换为对应的IP地址

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在之前，是引入一个hosts文件，里面的内容就是行文本，每一行都有IP和域名，每次访问某个域名就会进行查询，获取到对应的IP

C:\Windows\System32\drivers\etc

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随着互联网发展，域名和服务器越来越多，此时维护hosts文件就非常麻烦了。

于是就建立了一组服务器，来提供域名解析服务，DNS域名解析服务器应运而生。

这里的DNS服务器并非只有一个，最开始的一套DNS服务器，叫“根域名服务器”（现在在美国人手里维护的有13个），各个国家根据域名服务器的内容搭建“镜像服务器”，我们上网就是在访问附近运营商搭建的“镜像服务器”，咱们国家之所以要升级“IPv6”就是要绕开DNS的制裁，希望国家越来越强大~~！！！！

感兴趣的老铁，可以看看B站上的一个介绍IPv6发展的视频，做的非常好，强推~~

电子监听、全国断网，棱镜门背后，中国如何从末路狂奔到世界之巅_哔哩哔哩_bilibili