计算机网络之IP地址与MAC地址

Posted 2021-03-25 loveer

IP地址

IP地址（Internet Protocol Address）：
    缩写为IP Adress，是一种在Internet上的给主机统一编址的地址格式，也称为网络协议（IP协议）地址。
    它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址。


常见的IP地址，分为IPv4与IPv6两大类，当前广泛应用的是IPv4。
目前IPv4几乎耗尽，下一阶段必然会进行版本升级到IPv6。


IP地址对应于OSI参考模型的第三层网络层，工作在网络层的路由器根据目标IP和源IP来判断是否属于同一网段。
如果是不同网段，则转发数据包。


IP地址的组成：
    IP地址=网络地址+主机地址。

计算机的IP地址由两部分组成，一部分为网络标识，一部分为主机标识，同一网段内的计算机网络部分相同，主机部分不能同时重复出现。

    路由器连接不同网段（网络标识），负责不同网段之间的数据转发。
    交换机连接的是同一网段的计算机（主机标识）。

    通过设置网络地址和主机地址，在互相连接的整个网络中保证每台主机的IP地址不会互相重叠，即IP地址具有了唯一性。

IP数据包首部

IP数据包首部：

    版本(4位)：ipv4或者ipv6

    首部长度（4位）：最大值60字节（4位表示0-15，一个单位位4个字节）

    区分服务（8位）：数据包传输着急还是不着急

    总长度（16位）：首部+数据部分

    标识（16位）

    标志（3位）

    片偏移（13位）：某片在原片中的相对位置

    生存时间（8位）：数据在网络中可通过路由器的最大值

    协议（8位）

    首部校验和（16位）：校验IP数据包首部是否错误

IP地址的分类

MAC地址

MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址，或称为物理地址，也叫硬件地址：
    用来定义网络设备的位置，MAC地址是网卡出厂时设定的，是固定的。
    但可以通过在设备管理器或注册表等方式修改，同一网段内的MAC地址必须唯一。

    MAC地址采用十六进制数表示，长度是6个字节（48位），分为前24位和后24位：

        前24位叫做组织唯一标志符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），
        是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分了不同的厂家。

        后24位是由厂家自己分配的，称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

MAC地址对应于OSI参考模型的第二层数据链路层：
    工作在数据链路层的交换机维护着计算机MAC地址和自身端口的数据库，
    交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。

MAC帧格式

IP地址与MAC地址区别

长度不同：
    IP地址为32位（二进制），MAC地址为48位（十六进制）。

分配依据不同：
    IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商。

寻址协议层不同：
    IP地址应用于OSI第三层（网络层），而MAC地址应用在OSI第二层（数据链路层）。


IP地址与MAC地址的作用和关系：
    IP和MAC两者之间分工明确，默契合作，完成通信过程。

    在数据通信时，IP地址专注于网络层，网络层设备（如路由器）根据IP地址，将数据包从一个网络传递转发到另外一个网络上。

    而MAC地址专注于数据链路层，数据链路层设备（如交换机）根据MAC地址，将一个数据帧从一个节点传送到相同链路的另一个节点上。


IP和MAC地址这种映射关系由ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）协议完成：
    ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点传送，从而最终到达目的网络。

IP地址与MAC地址位置

IP地址决定最终地址，MAC地址决定下一跳给谁