IP

软工黑熊精
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IP基本认识

数据链路层：MAC实现直连的两个设备之间的通信； 网络层：IP负责没有直连的两个网络之间的通信。

因此，源IP地址和目标IP地址在传输过程中是不会变化的； 源MAC地址和目标MAC地址一直在变化。

IP地址

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IP地址是以网卡来配置的； 服务器，路由器等设备都是有2个以上的网卡； 一块网卡也可以设置2个以上的IP。

IP地址的分类

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其中，

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  • 主机号全为0，指定某个网络。
  • 主机号全为1，指定某个网络下的所有主机，用于广播；

广播地址分为本地广播和直接广播。

  • 在本网络内广播的叫做本地广播；
  • 在不同网络之间的广播叫做直接广播。（有一定的安全问题，路由器不转发）
组播地址用于什么？

组播用于将包发送给特定组内的所有主机。 广播无法穿透路由，组播可以穿透路由。

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组播地址划分为三类：

  • 预留的组播地址。只能在局域网中，路由器不转发；
  • 用户可用的组播地址。可以用于Internet上。
  • 本地管理组播地址。供内部网使用。

IP分类的缺点

  1. 同一网络下没有地址层次；
  2. 不能很好的与现实情况匹配。

无分类地址CIDR

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两台计算机要通讯，首先判断是否处于同一广播域内，即网络地址是否相同； 若相同，则可以把数据包直接发送到目标主机。

路由器寻址工作，也是根据IP地址的网络号进行转发。

怎么进行子网划分？

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公有IP地址与私有IP地址

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IP地址与路由控制

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在路由控制表中找到与目标地址具有相同网络地址的记录； 若存在多条，则选择相同位数最多的网络地址。（最长匹配）

若不存在，则转发到默认路由。

环回地址是同一台计算机上的程序之间进行网络通信的默认地址：127.0.0.1（localhost）。数据包不会流向网络。

IP分片与重组

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在分片传输中，一旦分片丢失，会造成整个IP数据报作废。 （IP层若无法重组成一个完整的TCP/UDP报文，不会交付于传输层）。

所以，TCP引入了MSS； 对于UDP，我们尽量不要发送一个大于MTU的报文。

IPv6基本认识

IPv6地址长度是128位，每16位为一组。

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若出现连续的0时可以省略，并用两个：：隔开（只允许出现一次）。

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  • 单播地址，用于一对一的通信
  • 组播地址，用于一对多的通信
  • 任播地址，用于通信最近的节点，最近的节点由路由协议决定
  • 没有广播地址

IPv6单播地址类型

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  • 同一链路单播通信，不经过路由器，可以使用链路本地单播地址；
  • 在内网里单播通信，可以使用唯一本地地址，相当于Ipv4的私有IP
  • 在互联网通信，可以使用全局单播地址，相当于IPv4的公有IP

IPv4首部与IPv6首部

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  • 取消了首部校验和字段。
  • 取消了分片/重新组装相关字段。
  • 取消了选项字段。删除选项字段使得IPv6首部成为固定长度的40字节。

IP协议

DNS

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ARP

ARP是借助 ARP请求 与 ARP响应 确定MAC地址的。

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RARP

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DHCP

我们的电脑通常都是通过DHCP动态获取IP。

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  • DHCP交互中，全程都是使用UDP广播通信。

因为路由器不会转发广播包，为了解决这一问题，就出现了DHCP中继代理。

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  • DHCP客户端向DHCP中继代理发送DCHP请求包；而DHCP中继代理在收到这个广播包后，再以单播形式发给DHCP服务器。
  • 服务器收到该包后，再以单播形式向DHCP中继代理返回应答，并由DHCP中继代理将此包广播给DHCP客户端。

NAT

为了缓解IPv4地址耗尽的问题，提出了NAT。

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可以把IP+端口号一起转换：NAPT。

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NAT穿透技术： 客户端主动从NAT服务器获取公有IP地址，然后自己建立端口映射条目，就不需要NAT设备来进行转化了。

ICMP

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ICMP类型

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IGMP

组播地址不是用于机器IP地址； 因为组播地址没有网络号和主机号。 组播地址用于UDP协议； 机器发送UDP组播数据时，目标地址填的是组播地址，那么组播组内的机器都能收到数据包。

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常规查询与响应工作机制

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  • 路由器周期性发送目的地址为 224.0.0.1（表示同一网段内所有主机和路由器） IGMP常规查询报文。
  • 主机1和主机3收到这个查询，随后启动计时器，在计时器超时后发送IGMP成员关系报告报文（目的IP地址为组播地址）；若在超时前收到同一组内的成员关系报告报文，则自己不再发送。
  • 路由器收到成员关系报文后，就会在IGMP路由表中加入该组播组；后续网络中一旦该组播地址的数据到达路由器，它会把数据包转发出去。

离开组播组工作机制

情况一，网段中仍有该组播组：

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  • 224.0.0.2（表示发向网段内的所有路由器）

情况二，网段中没有该组播组：

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ping的工作原理

ICMP

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ICMP包头格式

ICMP封装在IP包里，工作在网络层。

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查询报文类型

会送消息--类型0和8

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  • 在选项数据中，ping还会存放发送请求的时间值，来计算往返时间。

差错报文类型

目标不可达消息

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原点抑制消息

当路由器向低速线路发送数据时，发送队列缓存为0而无法发送出去时，可以向IP包的源地址发送ICMP原点抑制消息。

表示遇到了网络拥堵的问题。

可能会引起不公平的网络通信，一般不被使用。

重定向消息

路由器发现发送端主机使用了非最优路径发送数据，那么它会返回一个ICMP报文。该报文中包含了最合适的路由信息和源数据。

超时消息

IP包中有一个字段叫做TTL，每经过一次路由器-1；

TTL为0时，IP包被丢弃； 路由器发送一个ICMP超时消息给发送端主机。

解决循环状况。

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ping——查询报文

发送过程：

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traceroute——差错报文

作用一

故意设置特殊的TTL，来追踪去往目的地时沿途经过的路由器。

原理：生存期限从1开始顺序递增的同时发送UDP包。

发送方如何知道发送的UDP包到达了目的主机？

发送UDP包时，填入一个不可能的端口号； 当差错报文类型是端口不可达时，说明发送方发出的UDP包到达了目的主机。

作用二

故意设置不分片，从而确定路径的MTU。

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