一. IP就是网际协议

网络层主要作用是实现终端节点之间的通讯(end-to-end), 数据链路是同一数据链路的传输, 但是一旦跨越多个数据链路, 就需要网络层, 实现节点之间的数据包传输.
不同路由器之间是不同的网段

1.1 网络层与数据链路层之间的关系

网络层是负责多个数据链路之间的通讯传输
image.png

1.2 IP地址属于网络层地址

MAC属于同一链路中的地址
IP是连接网络中所有主机的通讯地址

1.3 路由控制

将分组数据发送到最终目标地址
image.png
image.png
image.png

1.4 IP传输是面向无连接的

在发包之前, 不需要建立对端目标地址的连接, 不过对端主机开机或不存在, 都会发送数据
例如电话就是面向连接, 需要先响铃, 然后才能接电话
邮件面向无连接, 不管有没有地址, 都可以邮寄
面向无连接的优点

  • 简单
  • 提速

二. IP地址的基础知识

移动, 联通, 电信
一般情况下,只有固定IP需要申请

2.1 IPV4(32位)

image.png
2^32=4294967296
理论上支持4亿多个主机使用, 其实是网卡配置IP, 一个网卡可以配置多个IP, 一个路由器通常配置两个网卡
实际上能连接到网络的计算机个数更少
image.png
IP地址分为网络标识, 和主机标识, 不同网段的网络标识不一样
image.png

2.2 IP地址分类

  1. A类
    开头为0, 网络标识范围0.0.0.0~127.0.0.0, 主机上限2^24
    image.png
  2. B类
    开头为10, 网络标识范围128.0.0.1~191.255.0.0, 主机上限为2^16
    image.png
  3. 开头为110, 网络标识192.168.0.0~239.255.255.0, 主机上限2^8
    image.png
  4. 开头为1110, 一共32位网络标识, 多用于多播
    image.png

    2.3 广播地址

    广播地址用于一个链路中相互连接的主机之间发送数据包, 把IP地址中的主机地址设置为1, 就成了广播地址
    image.png

    2.4 多播

    广播浪费网络, 而且无法穿透路由器
    image.png
    多播的地址是D类
    image.png

    2.5 子网掩码

    用于对网络端的划分, 姜原来的主机端, 拆分出来一部分作为子网络端
    image.png

    2.6 CIDR和VLSM

    为了解决IPv4不够用的情况, 区分网络使用任意划分的方式, 就是IP地址和子网掩码长度为任务长度
    缓解了IPv4不够用的情况, 但是改变不了IPv4数量不够用的情况

    2.7 全局地址和私有地址

    通过NAT技术, 转换全局地址和私有地址
    image.png
    全局地址保证互联网的唯一, 私有地址不用

三. 路由控制

3.1 路由转发过程

路由器维护一个控制表, 当地址由多个都符合, 选择位数匹配更多的IP地址, 进行转发
image.png
默认路由0.0.0.0/0, 计算机内部发送过程
主机路由192.168.124.13/32, 全部位数参与路由
环回地址, 同一台计算机程序之间网络通讯的地址127.0.0.1或者localhost

3.2 路由表聚合

image.png

四. IP分割

4.1 不同数据链路, 最大传输单元不同(MTU)

image.png

4.2 IP报文分片重组

以太网最大传输1500字节, 路由器会对数据报进行划分, 但是数据重组需要主机来进行
image.png

五. 协助IP通信的其他技术

5.1 DNS

IP地址不方便记忆, 早期是由hosts文件管理主机, 网络扩大,这种方式不再合适, 计算机不得不定期下载hosts文件
维护组织内部主机名和IP地址对应关系

5.2 域名

不同组织机构会有不同的主机, 仅靠DNS还无法管理IP地址. 有了带层次结构的域名, 每个组织机构就能自主命名了
image.png
世界上一共有13个根域名服务器，10个在美国，2个在欧洲，1个在日本. 中国只有3个镜像服务器, 只能提高用户访问速度, 但是数据最终汇聚到美国DNS服务器.
image.png

5.3 ARP(只适合IPV4)

arp是一种解决地址问题的协议, 以目标IP地址为线索, 定位对应设备的MAC地址, 如果不在统一链路上, 会定位下一个路由器的的MAC地址
image.png
先广播, 然后获取下一跳的MAC地址, 然后完成通讯, MAC地址也会缓存一段时间, 避免频繁广播
ip实现的是路由器之间数据数据传递
MAC地址实现的是统一链路中的数据
如果单纯使用MAC地址, 需要一个巨大的表来维护, 并且网络拥堵严重

5.4 ICMP

协助确认数据是否正确到达的异常情况返回
image.png

5.5 DHCP

主机连接网络, 通过DHCP服务器, 自动获取IP, 避免IP重复
image.png

5.6 NAT

转换公有IP和私有IP

image.png