IP编址

Posted 2020-12-05 chunlongzhao

IP编址

1.IP(Internet Protocol 互联网协议协议）

2.网络层

网络层位于数据链路层与传输层之间。网络层包含了许多协议，其中最重要的协议就是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编制以及如何合理地使用IP地址来设计网络。

注：IP路由功能：跨网络传输数据

3.IP报文头部

 

• 4位版本号：IP协议（IPv4）版本号位4
• 4位头部长度：标识头部有多少个4字节，即最大共15*4个字节
• 8位服务类型：包含一个4位优先权字段：最小延时，最大吞吐量，最高可靠性和最小费用。
• 16位总长度：表示整个IP数据报的长度，最大表示65535，但由于MTU限制，一般无法到达这个值。插分服务模型，做流量优化的
• 16位标识：唯一的标识数据报。系统采用加1的式边发送边赋值。
• 3位标识（保留，DF禁止分片，MF更多分片）：所以这个标志是为分片存在，DF设置时禁止分片所以如果数据报太大则发送失败。MF设置时，如果产生分片，除了最后一个分片，其他此片置1。
• 13位分片偏移：分片相对原始IP数据报开始处的偏移。
• 8位生存时间（TTL）：数据报到达目的地之前允许经过的路由跳跳数。跳一下减1，得0丢弃。
• 8位协议：用来区分上层协议（ICMP为1，TCP为6，UDP为17）。
• 16位头部校验和：仅以CRC算法检验数据报头部在传输过程中是否损坏。
• 32位源端口IP地址和目的端口地址很明白。
• 选项（可变长）：记录路由，告诉途径得所有路由把IP填进来。 时间戳，告诉每个路由器都将数据报被转发的时间传进来。松散路由选择，指定一个路由器IP地址列表，必须按这个表发送，严格路由选择，数据报经过路由表。

4.IP地址

a.IP地址分网络部分和主机部分

网络位：用于识别主机所在的网络

主机位：表示可任意分配给主机使用的IP地址

网络位+主机位=32位

b.IP地址由32个二进制组成，通常用点分十进制形式表示 共4个字节（Byte最小存储单位；bit最小传输速率；1Byte=8bit）

进制表示	网络位	主机位
十进制	192.168.1	.1
二进制	11000000.10101000.00000001	.00000001

c.在IP网络中，二进制和十六进制是常用的编码方式。

c.1

一个字节八个比特

1 1 1 1 1 1 1 1

128 64 32 16 8 4 2 1 =255

255.255.255.255

11111111.11111111.11111111.11111111

c.2十进制IP地址和二进制IP地址的转化

192.168.1.1

【192等于128+64,128和64分别在高位的第一位和第二位，所以第一位和第二位写1，其余的写0】

c.3十六进制IP地址和十进制IP地址的转化

16 32 48 47 11

10 20 30 2F 0b

MAC地址是十六进=进制

5.网络地址和广播地址

a.主机位为0是网络地址，代表一个网络

主机位为255是广播地址。

在一个网络中，网络地址和广播地址是不能分配给主机使用的。

6.IP地址分类

基于整体范围【0.0.0.0到255.255.255.255】分5类

IP地址分为五类，A类保留给政府机构，B类分配给中等规模的公司，C类分配给任何需要的人，D类用于组播，E类用于实验，各类可容纳的地址数目不同。

A、B、C三类IP地址的特征：当将IP地址写成二进制形式时，A类地址的第一位总是0，B类地址的前两位总是10，C类地址的前三位总是110。

A类地址

（1）A类地址第1字节为网络地址，其它3个字节为主机地址。它的第1个字节的第一位固定为0.
（2）A类地址网络号范围：1.0.0.0---126.0.0.0
（3）A类地址中的私有地址和保留地址：
① 10.X.X.X是私有地址（所谓的私有地址就是在互联网上不使用，而被用在局域网络中的地址）。
范围（10.0.0.0---10.255.255.255）
② 127.X.X.X是保留地址，用做循环测试用的。
（4）单播，一对一图形

B类地址

（1） B类地址第1字节和第2字节为网络地址，其它2个字节为主机地址。它的第1个字节的前两位固定为10.
（2） B类地址网络号范围：128.0.0.0---191.255.0.0。
（3） B类地址的私有地址和保留地址
① 172.16.0.0---172.31.255.255是私有地址
② 169.254.X.X是保留地址。如果你的IP地址是自动获取IP地址，而你在网络上又没有找到可用的DHCP服务器。就会得到其中一个IP。
191.255.255.255是广播地址，不能分配。
（4）单播，一对一图形

C类地址

（1）C类地址第1字节、第2字节和第3个字节为网络地址，第4个字节为主机地址。另外第1个字节的前三位固定为110。
（2）C类地址网络号范围：192.0.0.0---223.255.255.0。
（3） C类地址中的私有地址：
192.168.X.X是私有地址。（192.168.0.0---192.168.255.255)
（4）单播，一对一图形

D类地址

（1） D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前四位固定为1110。
（2） D类
地址范围：224.0.0.0---239.255.255.255
（3）组播，一对多

E类地址

（1） E类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的前五位固定为11110。
（2） E类地址范围：240.0.0.0---255.255.255.254
IP地址如果只使用ABCDE类来划分，会造成大量的浪费：一个有500台主机的网络，无法使用C类地址。但如果使用一个B类地址，6万多个主机地址只有500个被使用，造成IP地址的大量浪费。因此，IP地址还支持VLSM技术，可以在ABC类网络的基础上，进一步划分子网。
（3）保留

无类地址

除ABCDE以外的IP地址段划分方式，如：192.168.1.0 255.255.255.252等分成C段划分的地址

特殊的网址

（1）每一个字节都为0的地址（“0.0.0.0”）对应于当前主机；
（2）IP地址中的每一个字节都为1的IP地址（“255．255．255．255”）是当前子网的广播地址；
（3）IP地址中凡是以“11110”开头的E类IP地址都保留用于将来和实验使用。
（4）IP地址中不能以十进制“127”作为开头，该类地址中数字127．0．0．1到127．255．255．255用于回路测试，如：127.0.0.1可以代表本机IP地址，用“http://127.0.0.1”就可以测试本机中配置的Web服务器。127.代表本机地址和网卡
（5）网络ID的第一个8位组也不能全置为“0”，全“0”表示本地网络。0.0.0.0没有IP地址或者代表全部IP地址

7.公有IP地址，私有IP地址

公有地址（Public address）由Inter NIC（Internet Network Information Center因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Inter NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网。

私有地址（Private address）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用。

以下列出留用的内部私有地址

A类 10.0.0.0--10.255.255.255

B类 172.16.0.0--172.31.255.255

C类 192.168.0.0--192.168.255.255

8.如何识别主机位和网络位

利用子网掩码

（1）子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。点分十进制，二进制换算

（2）屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。

（3）子网掩码为1所对应的IP地址部分就是网络，子网掩码为0所对应的IP地址部分就是主机位。

类别	IP	网络位	主机位	子网掩码
A类	10.1.1.1	8	24	255.0.0.0
B类	172.16.1.1	16	16	255.255.0.0
C类	192.168.1.1	24	8	255.255.255.0

eg:

IP地址（十进制）：192.168.1.1

IP地址（二进制）：11000000.10101000.00000001.00000001

子网掩码： 11111111.11111111.11111111.00000000

所以前24个1代表网络位，后8个0代表主机位

192.168.1.0/24 网络位标识一个网络

192.168.1.255/24 广播地址

9.网络通信

C类地址默认主机位24，子网掩码，得出网络地址

192.168.1.1 255.255.255.0 192.168.1.0

192.168.2.1 255.255.255.0 192.168.2.0

IP	子网掩码	网络
192.168.1.1	255.255.255.0	192.168.1.0
192.168.2.1	255.255.255.0	192.168.2.0

子网掩码存在的意义：

就是区分IP地址属于哪一个网络；根据子网掩码区分IP地址的网络位和主机位；根据网络位得出网络地址，网段，判断IP地址是否属于同一个网络。

10.IP地址数量

IP地址整体范围：192.168.1.00000000 到 192.168.1.111111111及192.168.1.0-192.168.1.255 这些一共是156个IP地址 ， 2的8次方。又因为192.168.1.0是网络地址192.168.255是广播地址，是特殊地址，不能当做IP地址使用。所以可用IP地址2的8次方减2等于254。

主机数：2的n次方

求可用的IP地址(可用主机数)公式：2的n次方减2 （n代表主机位）

11.有类IP地址的缺陷

在设计网络时使用有类IP地址会造成地址的浪费。

A.60个主机的机房，2~n-2>=60 推出主机位n=6,网络位26

及192.168.1.0/26

              子网位
（1）192.168.1.|00|000000      192.168.1.0/26
     192.168.1.|00|000000    到192.168.1.|00|111111   
 范围内所有的IP地址:192.168.1.0到192.168.1.63      
 可用的IP地址：192.168.1.1到192.168.1.62      


 （2）192.168.1.|01|000000      192.168.1.64/26
      192.168.1.|01|000000    到192.168.1.|01|111111
 范围内所有的IP地址:192.168.1.64到192.168.1.127
 可用的IP地址：92.168.1.65到192.168.1.126
 （3）192.168.1.|10|000000      192.168.1.128/26
 （4）192.168.1.|11|000000      192.168.1.192/26

B.30个主机的机房，2~n-2>=30 推出主机位n=5,网络位27

192.168.1.0/27 8个子网

192.168.1.|000| 00000/27
192.168.1.|001| 00000/27
192.168.1.|010| 00000/27
192.168.1.|011| 00000/27
192.168.1.|100| 00000/27
192.168.1.|101| 00000/27
192.168.1.|110| 00000/27
192.168.1.|111| 00000/27

eg；
192.168.1|111|00000/27
范围内所有的IP地址:192.168.1.224   到192.168.1.255
可用的IP地址:192.168.1.225         到192.168.1.254

子网掩码越长表示主机位越少,子网掩码越短表示主机位越多.

可变长子网掩码 VLSM技术

12.无类域间路由CIDR(Classless Inter Domain Routing)及路由聚合 ，路由汇总

通告路由包含那四个网络，它一个的网络位和那四个的一样，子网掩码变短

子网掩码:10.24.0.0/22 10.24.000000 00.00000000/22 这一个网络代表下面四个网络

10.24.0.0/24 10.24.000000 00.00000000/24

10.24.0.0/24 10.24.000000 01.00000000/24

10.24.0.0/24 10.24.000000 10.00000000/24

10.24.0.0/24 10.24.000000 11.00000000/24

13网关：，网关（Gateway）就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡用来转发不同网段之间的数据包，路由器是网关的一种。

14.IP包分片

互联网协议允许IP分片，这样的话，当数据包比链路最大传输单元大时，就可以被分解为很多的足够小片段，以便能够在其上进行传输

产生原因

链路层具有最大传输单元MTU这个特性，它限制了数据帧的最大长度，不同的网络类型都有一个上限值。以太网的MTU是1500，你可以用 netstat -i 命令查看这个值。如果IP层有数据包要传，而且数据包的长度超过了MTU，那么IP层就要对数据包进行分片（fragmentation）操作，使每一片的长度都小于或等于MTU。我们假设要传输一个UDP数据包，以太网的MTU为1500字节，一般IP首部为20字节，UDP首部为8字节，数据的净荷（payload）部分预留是1500-20-8=1472字节。如果数据部分大于1472字节，就会出现分片现象。

MTU最大传输字节是1500字节。东西太多，分片发送再组合成一个整体需要用到IP报文中

dentification标识： 主机B知道主机A发碎片是哪个包

flags标志 ：利于主机B识别哪个是同一个包的碎片的顺序

fragment offset片偏移：每个分片是有序的

15.生存时间

TTL防环路：环路就是当数据包经过三层设备，路由不到我们的目的地的。解决这个问题TTL抑制，没经过一个路由器（一跳）就减一，TTL减到0，就丢掉数据包。

16.协议号

看上层，传输层的协议 ICMP UDP TCP