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IP基础知识总结

news 2025/12/29 9:50:07

IP他负责的是把IP数据包在不同网络间传送，这是网络设计相关的，与操作系统没有关系。所以这部分知识，不是网络的重点。IP和路由交换技术联系紧密。但是要作为基本知识点记住。

一、基本概念

网络层作用：实现主机与主机之间通信。

IP作用：在复杂网络环境中将数据包发送给目的主机。

IP与MAC都是针对俩个主机之间通信，有啥区别？

答：MAC负责直连的俩设备之间的通信传输；IP负责非直连的俩网络之间的通信传输。

网络中数据包传输中也是如此，源IP地址和目标IP地址在传输过程中是不会变化的（前提：没有使用 NAT 网络），只有源 MAC 地址和目标 MAC 一直在变化。

IP分类

优点：路由器主机解析IP地址时通过首四位0、10、110、1110、1111，即可判断出属于哪一类IP，进而快速得知网络号和主机号。咱们人也可以根据IP范围快速得到IP地址属于哪一类。

缺点：同一网络下无地址层次，缺少地址灵活性；无法与现实世界匹配。

公有&私有IP地址

公有 IP 地址是由 ICANN 组织管理，公有 IP 地址在整个互联网范围内保持唯一。（万维网使用）

私有IP地址是由内部的 IT 人员管理。（局域网使用）

因此公有IP不可能相同，不同公有IP网段中可能存在相同的私有IP！

192.168开头就是私有地址，范围：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

本地回环地址：127.0.0.1 永远只会寻找当前本机

无分类地址CIDR

形式 a.b.c.d/x，其中 /x 表示前 x 位属于网络号，后32-x为主机号。

x即为子网掩码位数

子网划分

作用：对网络地址合理利用，避免浪费IP地址。

子网划分是将主机地址分为两个部分：子网网络地址和子网主机地址

IP分片与重组

每种数据链路的最大传输单元 MTU 都是不相同的，以太网的 MTU 是 1500 字节。

当 IP 数据包大小大于 MTU 时， IP 数据包就会被分片。

分片与重组，均由主机完成。

在分片传输中，一旦某个分片丢失，则会造成整个 IP 数据报作废，所以 TCP 引入了 MSS 也就是在 TCP 层进行分片不由 IP 层分片。UDP尽量不要传超过MTU的数据包。

MSS=MTU-20字节TCP报头-20字节IP报头

二、IP协议相关技术（六）

DNS 域名解析
ARP 与 RARP 协议
DHCP 动态获取 IP 地址
NAT 网络地址转换
ICMP 互联网控制报文协议
IGMP 因特网组管理协议

DNS域名解析

IP与域名相互映射，因此可以相互推导。

在实际中，客户机向本地域名服务器查询是递归查询，本地域名服务器向其他域名服务器是迭代查询。主机请求信息一次，本地域名服务器请求信息多次。

递归查询是：客户机发送一条查询请求到本地域名服务器，发现缓存中没有主机名和IP地址对的信息，那么本地域名服务器就往上继续查询，发送一个查询报文，如果在某一级域名服务器找到了主机名和IP地址对信息，就直接返回。如果找不到，那么这个域名服务器又会作为客户机去请求上一级域名服务器，直至根域名服务器，根名称服务器收到DNS请求后，把所查询得到的所请求的DNS域名中发送给顶级域名服务器，让顶级域名服务器去往下级域名服务器请求查找，如果找到了就原路返回。某域名服务器-->...->顶级域名服务器-->根域名服务器-->下一级域名服务器-->...-->本地域名服务器-->客户机。

递归查询是A访问B，B再访问C，C访问D，直到查询到，然后依次返回，D返回给C，C再返回给B，B再返回A。

迭代查询是A访问B，B把C的地址返回给A，A再去请求查询C，C再把D的地址返回给A，A再去访问D。

ARP（地址解析协议）

由IP地址广播得到MAC地址。

RARP（地址逆解析协议）由MAC地址得到IP地址。需要假设RARP服务器。

DHCP（动态获取IP）

通常都是通过 DHCP 动态获取 IP 地址，大大省去了配 IP 信息繁琐的过程。

DHCP 客户端进程监听的是 68 端口号，DHCP 服务端进程监听的是 67 端口号

4步获取IP： DHCP 交互中，全程都是使用 UDP 广播通信

客户端首先发起 DHCP 发现报文（DHCP DISCOVER） 的 IP 数据报，由于客户端没有 IP 地址，也不知道 DHCP 服务器的地址，所以使用的是 UDP 广播通信，其使用的广播目的地址是 255.255.255.255（端口 67）并且使用 0.0.0.0（端口 68）作为源 IP 地址。DHCP 客户端将该 IP 数据报传递给链路层，链路层然后将帧广播到所有的网络中设备。
DHCP 服务器收到 DHCP 发现报文时，用 DHCP 提供报文（DHCP OFFER） 向客户端做出响应。该报文仍然使用 IP 广播地址 255.255.255.255，该报文信息携带服务器提供可租约的 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器以及 IP 地址租用期。
客户端收到一个或多个服务器的 DHCP 提供报文后，从中选择一个服务器，并向选中的服务器发送 DHCP 请求报文（DHCP REQUEST进行响应，回显配置的参数。
最后，服务端用 DHCP ACK 报文对 DHCP 请求报文进行响应，应答所要求的参数

路由器不会转发广播包，一般主机与DHCP服务器不会在一个局域网，因此使用DHCP中继代理

DHCP中继代理作用：对不同网段的 IP 地址分配也可以由一个 DHCP 服务器统一进行管理。

DHCP 客户端会向 DHCP 中继代理发送 DHCP 请求包，而 DHCP 中继代理在收到这个广播包以后，再以单播的形式发给 DHCP 服务器。
服务器端收到该包以后再向 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（网络地址转换）

之前讲了私有IP与公有IP，内网的的私有IP想要与外网的设备通信就需要转换为公有IP，NAT就是进行私有IP与公有IP相互转换。

为了实现私有IP与公有IP 1：N的映射关系，每个私有IP与公有IP映射中在私有IP加入端口号，则可以保证每个私有IP与一个公有IP存在着唯一的映射关系。

NAT缺点：

外部无法主动与 NAT 内部服务器建立连接，因为 NAPT 转换表没有转换记录。
转换表的生成与转换操作都会产生性能开销。
通信过程中，如果 NAT 路由器重启了，所有的 TCP 连接都将被重置。

解决方法：

1、使用IPv6

2、使用NAT穿透技术

就是客户端主动从 NAT 设备获取公有 IP 地址，然后自己建立端口映射条目，然后用这个条目对外通信，就不需要 NAT 设备来进行转换了。

ICMP（互联网控制报文协议）

ICMP 主要的功能包括：确认 IP 包是否成功送达目标地址、报告发送过程中 IP 包被废弃的原因和改善网络设置等

ICMP 大致可以分为两大类：

一类是用于诊断的查询消息，也就是「查询报文类型」
另一类是通知出错原因的错误消息，也就是「差错报文类型」