IP 编址
IP 编址
IP
IP: 网际协议, 网络层协议, 用来为网络中设备分配逻辑地址.
网络层的逻辑地址就是 IP 地址, IP 地址是可以更改的, 当设备在不同网络中, 根据所处网络的不同发生变化, 在同一个网络内必须保证唯一性. 设备有了 IP 地址后, 就可以在网络中进行通信.
IP 报文头部
0 1 2 3 |
基本信息行
Version: 版本, 4bit, 用来标明当前 IP 协议的版本, 如果当前报文在 IPv4 时, 则该字段的值为 4(0b0100)
IHL: IP 头部长度, 4bit, 范围 20-60 字节, 每个单位代表 4 字节
字节长度取值一定是四的倍数.
DS/TOS: 差分服务域, 服务类别, 8bit, 让特定的数据拥有更高的优先级.
Total length: 数据包总长度, 16bit, 用于标识 IP 报文头部加数据载荷的长度, 最大 65535 字节.
分片行
[MTU: 最大传输单元, 用于限制报文不被分片的最大字节, 默认情况下 MTU 值为 1500 字节.]
ID: 标识, 16bit, 用于顺序 IP 报文, 同一个报文得到的分片信息中的 ID 相同.
Flages: 标志位, 3bit.
- 最高位被保留, 固定为
0. - 中间位为
DF位: 如果置位为1, 则表示该报文不能被分片. - 最低位称为
more位: 如果置位1, 则表示后续还有分片报文.
如果报文大于 MTU 值并且 DF 置位, 直接丢弃.
Offset: 13bit, 片偏移, 用于标识分片包在原始报文的位置.
片偏移指出: 较长的分组在分片后，某片在原分组中的相对位置。也就是说，相对于用户数据字段的起点，该片从何处开始。片偏移以 8 个字节为偏移单位。这就是说，每个分片的长度一定是 8 字节 (64 位) 的整数倍.
【例】一数据报的总长度为 3820 字节，其数据部分为 3800 字节长 (使用固定自部)，需要分片为长度不超过 1420 字节的数据报片。因固定首部长度为 20 字节，因此每个数据报片的数据部分长度不能超过 1400 字节。于是分为 3 个数据报片，具数据部分的长度分别为 1400 ，1400 和 1000 字节。原始数据报首部被复制为各数据报片的首部，但必须修以有关字段的值。下面给出分片后得出的结果 (请注意片偏移的数值)。
| 数据报 | 总长度 | 标识 | MF | DF | 片偏移 |
|---|---|---|---|---|---|
| 原始数据报 | 3820 | 12345 | 0 | 0 | 0(0/8=0) |
| 数据报片 1 | 1420 | 12345 | 1 | 0 | 0(0/8=0) |
| 数据报片 2 | 1420 | 12345 | 1 | 0 | 175(1400/8=175) |
| 数据报片 3 | 1020 | 12345 | 0 | 0 | 350(2800/8=350) |
现在假定数据报片 2 经过某个网络时还需要再进行分片，即划分为数据报片 2-1 (携带数据 800 字节) 和数据报片 2-2 (携带数据 600 字节)。那么这两个数据报片的总长度、标识、MF、DF 和片偏移分别为: 820,12345,1,0,175; 620,12345,1,0,275。
功能行
TTL: 生存周期, 8bit, 用来在 IP 报文转发过程中, 打破环路对网络的影响, 最大值 255, 会在数据包经过一次第三层转发时减 1. 当值为 0 时数据包被丢弃.
Protocol: 8bit, 用于标明网络层处理完 IP 报文后, 需要交给上层的某个协议继续处理.
1:ICMP6:TCP17:UDP
Header Checksum: 16bit, 首部校验和, 检测 IP 首部是否发生错误.
地址行
SIP: 源 IP 地址, 32bit, 表明当前数据包从哪出发.
DIP: 目的 IP 地址, 32bit, 表明当前数据包去往何处.
可选项
Options: 可选项, 可变长度, 最大 40 字节. 军事或研究方向, 支持松散源路由, 严格源路由等等.
IP 地址
IP 地址: 用来标识网络中的一个节点或网络设备的接口, 总长度 32bit, 约 42.9 亿 (
网络位: 用来标明当前设备的网络位置.
主机位: 用来标明当前主机在当前网络中的位置.
网络掩码: 32bit, 由连续的 1 和 0 构成, 其中 1 标记的是网络位, 0 标记的是主机位.
网络地址: 当主机位全都为 0 时, 表示当前网络信息.
广播地址: 当主机位全都为 1 时, 表示当前网络范围内的广播地址.
可用地址: 可分配给网络中的节点或网络设备接口的地址.
一个网络内的可用 IP 地址
网络地址和广播地址不能直接被节点或网络设备所使用.
IP 地址分类
有类 IP 地址
A: 第一个 bit 为 0, 并且掩码长度为 8.
(0.0.0.0-127.255.255.255)
B: 前两个 bit 为 10, 并且掩码长度为 16.
(128.0.0.0-191.255.255.255)
C: 前三个 bit 为 110, 并且掩码长度为 24.
(192.0.0.0-223.255.255.255)
D: 前四个 bit 为 1110, 组播地址.
(224.0.0.0-239.255.255.255)
E: 前四个 bit 为 1111.
(240.0.0.0-255.255.255.255)
按照使用范围分类
公有地址: 可以在公网范围内使用的地址.
私有地址: 可以在局域网中使用, 在不同的局域网中可以重复使用, 不能够被公网转发.
私有地址范围:
A: 10.0.0.0-10.255.255.255 ; 10.0.0.0/8
B: 172.16.0.0-172.31.255.255 ; 172.16.0.0/12
C: 192.168.0.0-192.168.255.255 ; 192.168.0.0/16
IPv6 私有地址范围:
fc00::/7 (ULAs，Unique Local Addresses)
特殊地址
这类 IP 地址不能够给设备使用, 并且全部具有特定意义.
0.0.0.0: 当设备初次进入网络时, 会使用该地址. 特定场景下可以代表所有地址.
255.255.255.255: 全网广播地址, 可以向广播域内所有设备发送数据.
127.0.0.0-127.255.255.255: 本地环回测试地址, 检查本地网卡驱动是否正常.
进制转换
十进制转二进制
短除法 倒着写:
2|192 0 |
权重减法:
192-128=64 |
二进制转十进制
| 256 | 128 | 64 | 32 | 16 | 8 | 4 | 2 | 1 |
IP 地址计算
172.16.10.1/16 这个 B 类地址的网络地址, 广播地址, 可用地址数
IP 地址: 172.16.10.1
10101100 00010000 00001010 00000001
网络掩码: 255.255.0.0
11111111 11111111 00000000 00000000
网络地址: 127.16.0.0
10101100 00010000 00000000 00000000
广播地址: 127.16.255.255
10101100 00010000 11111111 11111111
IP 地址数:
可用 IP 地址数:
可用 IP 地址范围: 172.16.0.1-172.16.255.254
192.168.54.6/24 |
如果公司有/26
11111111.11111111.11111111.11000000
255.255.255.192
10.1.56.6 /28 |
划分子网
向主机位借位形成子网.
可变长子网掩码 VLSM
[例]
有一个 C 类网络地址 192.168.1.0 / 24 ,使用可变长子网掩码给三个子网分别分配 IP 地址 10 台 8 台 5 台
方法 1:
4 个子网
00 000000 0/26
01 000000 64/26
10 000000 128/26
11 000000 192/26
方法 2:
16 个子网
0000 0000
0001 0000
....
[例]
192.168.1.2 / 24 (主机位 8)
共有 25 个地址需求
求子网网络号, 掩码. 广播地址, 可划分子网数
2^h-2>=25 |
[例]
某公司 4 个部门, 每个部门最多 36 人
192.168.10.0 / 24 (主机位 8)
划分出合适的网络
掩码
网络号
子网数目
2^h-2>=36 |
IP 编址
一个网络内拥有的 IP 地址数量为
因为网络号和广播地址不可以配置在设备上, 所以实际可用主机地址数为
如果两个 IP 地址的网络位相同, 则这两个地址属于同一个网络, 可以不通过网关设备或路由器直接通信.
如果两个 IP 地址的网络位不同, 则需要借助网关设备和路由器进行通信.
使用默认掩码的就是有类地址.
无类地址就是经过子网划分的 IP 地址.
VLSM: 可变长子网掩码.
子网掩码变长, 主机位变少,
一个子网位能分出两个子网
CIDR: 无类域间路由 (VLSM 逆运算)
子网掩码除了 VLSM 以外, 还可以变短进行网络信息的汇总, 这种操作方式就是 CIDR.
将不同网络的网络号中共同发生变化的位置当作主机位进行处理, 之后对外发布, 起到节省设备资源的作用.
