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IP地址
IP介绍
概述
- IP是TCP/IP协议族的核心，IP地址是电脑在网络中的唯一标识，全球唯一（G公网IP）。
- IP地址（Internet Protocol Address）是互联网协议地址，也称为网际协议地址。
- IP地址用来识别网络上的设备，这就涉及到网络和主机两部分，所以IP地址是由网络地址+主机地址两部分组成。
组成
- IP地址=网络地址+主机地址。
- 网络地址就是网络号，用来识别设备所在的网络，在同一个网络中，所有机器的IP地址都是包含相同的网络地址。
IP版本
- IP地址有2个版本，即IPv4和IPv6。
- IPv4地址长32位，划分为4组，每组8位，IPv4地址个数为2^32，约为43亿。
- IPv6地址长度为128位。
网络类型
A类地址
- RFC规定，A类地址网络号占用1个字节，第一个字节的前一位为0。
- A类地址范围为：1.0.0.1~126.255.255.254。
- A类网络共有126个，0和127开头的网络地址作为保留地址使用。
B类地址
- RFC规定，B类地址网络号占2个字节，第一个字节前二位为10。
- B类地址范围为：128.0.0.1~191.255.255.254。
- B类网络共有16382个。
C类地址
- RFC规定，C类地址网络号占3个字节，第一个字节的前三位为110。
- C类地址范围为：192.0.0.1~223.255.255.254。
- C类网络共有209万多个。
D类地址
- D类地址用作组播地址，前4位为1110。
- D类地址范围为：224.0.0.1~239.255.255.254。
E类地址
- E类地址用作科学研究，前4位为1111。
- E类地址范围为：240.0.0.1~255.255.255.254。
特殊地址
0.0.0.0
- IPv4中，0.0.0.0表示无效、未知或不可用目标地址。
- 服务器中，0.0.0.0表示本机上所有IPv4地址。
- 路由中，0.0.0.0表示默认路由，表示当前路由表未找到完全匹配的路由。
127.0.0.1
- 回环地址是指所有发往该类地址的数据报都应该被返回，即数据报会被发送的主机自己接收，无法传出。
- 是回环地址{127,}中的一个地址。
255.255.255.255
- 255.255.255.255是一个特殊的有限广播地址，即所有主机。
公网和内网
内网
- 内网，也称为局域网。
- 内网IP是一个家庭或者一个企业内的小范围内的局域网的IP地址。
- 内网IP不能直接上互联网。若需要访问外网，需通过路由器连接。
- 在一定程度上，内网等同于私网，私有地址分类：
1）10.0.0.0~10.255.255.255/8
2）172.16.0.0~172.31.255.255/12
3）192.168.0.0~192.168.255.255/16
公网
- 公网，在一定程度上也称为外网，即互联网，别人能访问你，你也能访问别人。
- 公网是连接不通地区局域网或城域网设备之间通信的远程网络，使用公网IP的设备可以在互联网上与其他设备互相访问。
- 公网IP是分配给连接到互联网上的设备的地址，在全球范围内唯一。
- 公网IP无需经过路由器或交换机，即可直接访问整个互联网。
核心网、骨干网、支撑网和接入网
核心网
- 核心网（
Core Network，CN），从业务层的角度划分，将接入网与其他接入网连接在一起的网络。 - 核心网主要功能是提供用户连接、对用户的管理以及对业务完成承载。
骨干网
- 骨干网（
Backbone Network，BN），也是承载网。将城市连接起来的网络。 - 几台计算机构成局域网，整个城市内的局域网都连起来构成城域网，几个城域网互相连接构成骨干网。
接入网
- 接入网（
Access Network，AN），指骨干网到用户终端之间的所有设备。 - 接入网的接入技术主要分为宽带有线接入技术和宽带无线接入技术。宽带有线接入技术如光纤接入、以太网接入等。宽带无线接入技术如无线网接入。
支撑网
- 支撑网（
Supporting Network，SN），独立于电信网络中业务网和传送网的网络。 - 支撑网是监管业务网的网络。
类比：寄快递包裹
- 接入网：快递分公司，接入所有客户的快递（网络请求流量）。
- 承载网：快递运输路线。（网络请求流量都要走这条线路）
- 核心网：快递总部，负责分发快递。（统筹分发流量请求到各个省市）
NAT协议
介绍
- NAT（
Network Address Translation, NAT）协议是网络地址转换，将IP数据包头中的IP地址转换为另一个IP地址的过程。 - NAT协议用于实现私有网络访问公有网络。可隐藏并保护网络内部的计算机，把内网的私有IP地址转化为公网IP地址，从而使得内部网络主机可访问Internet。
- 我们使用公网IP连接互联网时，运营商可以通过NAT降本增效，使多个用户共享一个公网IP，然后使用内网IP上网，从而节约IP地址空间。
- NAT主要作用就是解决IP地址紧缺问题，公网IP较少，我们可将多个内网IP地址通过NAT协议映射到少量的公网IP地址上。
- NAT使得IP协议从面向无连接变成了面向连接。因为NAT需要维护公网IP及端口和内网IP之间的映射关系。
- NAT会修改IP头部信息，从而隐藏内外部主机真实地址。
工作原理
- NAT的实现方式分为：静态NAT、动态NAT和NAPT。
静态NAT方式：一个内部主机唯一占用一个公网IP，静态配置路由器，私有地址和公有地址之间的关系是一对一。动态NAT方式：私有地址需要访问外部网络时，NAT会通过公有地址池临时分配一个未使用的地址给内部主机，当该主机不访问外部网络时就回收分配的地址。NAPT方式：NAT通过更改源端口号进行多对1的映射。示例：将内网IP1~IP5映射到公网IP6上，则IP1:port1映射到IP6:port1，IP2:port1映射到IP6:port2，以此内推，IP5:iport1映射到IP6:port6。
静态NAT
动态NAT
NAPT方式
DHCP协议
介绍
- DHCP（
Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置及协议），是一个局域网的网络协议，用于给内网机器分配IP地址的协议。 - DHCP采用C/S架构，DHCP使用UDP协议工作，统一使用IANA分配的67（服务器端）和68（客户端）端口。
- DHCP作用：常用于局域网中，集中管理和分配IP地址，使客户端可动态获取IP地址、子网掩码、IP网关、DNS地址等信息。
- DHCP通过”租约表“实现动态分配IP地址的功能，实现IP地址的时分复用，可解决IP地址资源短缺的问题。
- DHCP服务器控制一段IP地址方位，DHCP客户端自动获取DHCP服务器分配的IP地址和子网掩码。
地址分配方式
人工配置
- 网络管理员对每台具体的计算机设备分配一个特定的IP地址。
- 当客户端请求分配时，DHCP服务器就将手动配置的IP地址分配给客户端。
自动配置
- DHCP服务器为第一次连接网络的计算机设备分配一个永久的IP地址。
- DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端分配到一个IP地址后，就一直使用这个IP地址。
动态配置
- 一定时间期限内，将IP地址租给计算机设备。
- 客户端第一次从DHCP服务器分配到IP地址后，只是暂时在租约期限内使用该地址，使用完毕后，DHCP客户端会释放该IP地址。
- 租约时间过期后，DHCP客户端需续租或停用该IP地址。
工作原理
- DHCP客户端向局域网中所有DHCP服务器发送
DHCP discovery消息，请求DHCP服务器分配IP地址。 - 局域网所有DHCP服务器收到请求后，向客户端回复
DHCP offer，并且为客户端分配IP地址。 - DHCP客户端选择第一台DHCP服务器回复的IP地址，并发送
DHCP request消息，向所有DHCP服务器通知它所选择的DHCP及被分配的IP地址。该request的作用，一方面告诉被选中的DHCP服务器，要使用他分配的IP地址了；另一方面可以告诉其他没有被选中的DHCP服务器尽快回收未被使用的IP地址 - 被选中的DHCP服务器收到客户端的
DHCP request消息后，给DHCP客户端发送一个DHCP ACK消息，告诉DHCP客户端该IP可正常使用。 - DHCP客户端收到选中的DHCP服务器的
DHCP ACK消息后，将该IP地址与自己的MAC地址进行绑定。
