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网络层知识点 ​

IP ​

IP是什么？报文格式是怎样的？

IP地址的分类？

如何进行路由？

参考文章

IP基本认识 ​

网络层的主要作用是实现端到端（主机到主机）之间的通信

IP和MAC的关系

MAC负责实现同一个网络内直连的两台设备之间的通信，而IP负责实现不同网络的两台不相连的设备之间的通信

在数据传输过程中，源IP地址和目标IP地址一般是不会变化的，而源MAC地址和目标MAC地址是一直在变化的。

IP地址 ​

IPv4地址由32位0、1正整数表示

🌰：11000000 10101000 00000001 00000001

32位整数中有一部分充当网络号，另一部分充当主机号，所以可以说IP地址是由和这两部分构成

为什么要分离网络号和主机号？

因为两台设备在进行通信之前，先判断是否在同一个广播域内，即网络号是否相同，如果是则可以把数据包直接发送到目标主机

为了表示方便，可以将每8位分为一组，每组用十进制表示，用**.**作为组与组之间的分隔符号

🌰：192.168.1.1

IP地址并非以主机为最小配置单位，而是以网卡来配置的。即一台服务器、路由器至少有两个网卡，等价于至少有两个IP地址

image-20240921105702834

IP地址的分类 ​

互联网诞生之初，IP 地址显得很充裕，于是计算机科学家们设计了分类地址。

（但是现在IPv4早就不够用哩🤪，于是就有了IPv6）

IPv4地址分为5大类：A、B、C、D、E类，需要重点关注的只有A、B、C这三类IP地址

由前文知，IP地址由网络号和主机号构成，A、B、C三类IP地址的区别就在于主机号的位数，具体如下图：

image-20240921132334887

以C类IP地址为例，虽然C类主机号占有8位，但是C类地址的最大主机个数为：$$ 2^8 - 2 = 254 $$

这里减2是减去两个比较特殊的主机号：

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

IP分类的优点就是简单明了、选路（基于网络地址）简单

缺点也是有的😑：

  • 某一类网络下无法再细分IP地址类型，🌰：一个学校使用了B类的IP地址，现有按照不同学院划分地址层次的需求，但是IP分类是无法实现这类需求的，灵活性较差

  • 不能很好的与现实网络匹配：要么IP地址包含的主机数量太多，要么就是太少

无分类地址CIDR ​

取消对IP地址分类的概念，采用a.b.c.d/x的形式标识一个IP地址。其中前x位属于网络号，这使得IP地址更加灵活

子网掩码 ​

子网掩码可以也可以用于区分网络号和主机号，但是这里的网络号既包含了网络地址又包含了子网网络地址，如下图

image-20240921135312707

  • 未做子网划分的IP地址：网络地址 + 主机地址
  • 做子网划分的IP地址：网络地址 + （子网网络地址 + 子网主机地址）

子网掩码更多是和分类IP地址或无分类IP地址一同使用，用于在某个网段下面细分子网类型

🌰：image-20240921135545704

这里C类IP地址中主机地址原本有8位，现借出2位作为子网网络地址，因此在例子中，共有4个子网，如下图

image-20240921135737594

公有IP地址与私有IP地址 ​

在A、B、C三类IP地址中，实际上分有公有IP地址和私有IP地址

image-20240921140902040

在不同的地域中，私有IP地址可以重复，但公有IP地址在整个互联网范围内是唯一的

IP地址与路由控制 ​

在发送IP包时，首先拿着IP包中的目标地址和本主机（路由器）的路由表进行匹配，找到具有相同网络地址的记录，再根据该记录将IP包转发至下一个路由器或主机。如果匹配过程中发现有多个相同的网络地址，则选择相同位数最多的网络地址，即最长匹配；反之，如果匹配过程中没有一个匹配成功😪，则转发至默认下一跳地址

换回地址不会流向网络

特殊IP地址被计算机作为（同localhost）。使用这个IP地址时，数据包是不会流向网络的

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