4、TCP/IP学习笔记--IP协议
一、IP基本介绍
1、IP(Internet Protocol,网际协议)主要负责将数据包发送给最终的目标计算机。因此,IP能让世界上任何两台计算机之间进行通信。
2、IP对应OSI模型中的第三层
二、IP的作用
1、数据链路的地址被抽象化为IP地址,使得多个链路之间能进行通信。
三、IP相关的具体技术
1、IPv4
(1)IP地址(IPv4地址)由32位正整数来表示。具体示例如下:
(2)IP地址由网络和主机两部分标识组成,具体见图
(3)IP地址分4类,分别是A类、B类、C类、D类,具体区分如下
A类首位是 “0”开头的地址,1到8位是它的网络标识。即0.0.0.0~127.0.0.0是A类的网络地址。后24位为主机标识,因此一个网段可容纳主机上限为16777214个;
B类首位是 “10”开头的地址,1到16位是它的网络标识。即128.0.0.0~191.255.0.0是B类的网络地址。后16位为主机标识,因此一个网段可容纳主机上限为65534个;
C类首位是 “110”开头的地址,1到24位是它的网络标识。即192.168.0.0~223.255.255.0是C类的网络地址。后8位为主机标识,因此一个网段可容纳主机上限为254个;
D类首位是 “1110”开头的地址,1到32位是它的网络标识。即224.0.0.0~239.255.255.255是D类的网络地址。没有主机标识,常被用于多播;
2、子网掩码
(1)网络标识相同的计算机必须同属于同一个链路。例如,架构B类IP网络时,理论上一个链路内允许6万5千多台计算机连接。然而实际网络结构中,一般不会有在同一个链路上连接6万5千多台计算机的情况。因此直接使用A类或B类地址确实浪费。子网与子网掩码技术的推行就是为了减少这种浪费。
(2)子网掩码(subnet mask)是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网,以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在,它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用,就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。
(3)子网掩码是一个32位地址,用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识,并说明该IP地址是在局域网上,还是在远程网上。
(4)自从引入子网以后,一个IP地址就有了2种识别码。一是IP地址本身,一是表示网络部分的子网掩码。子网掩码对应IP地址网络标识部分的位全部时“1”,对应IP地址主机标识的部分则全部为“0”。因此,一个IP地址可以不在受限于自己的类别,而是可以用这样的子网掩码*地定位自己的网络标识长度。
(5)举例如下
3、IPv4首部
(1)通过IP进行通信时,需要在数据的前面加入IP首部信息。IP首部种包含着用于IP协议进行发包控制时所有的信息。
(2)下图便是IP的数据报格式。
4、DNS
(2)域名申请
(3)域名解析(DNS)
5、ARP
(1)ARP介绍
ARP是一种解决地址问题的协议。以目标IP地址为线索,用来定位下一个应该接收数据分包的网络设备对应的MAC地址。如果目标主机不在同一个链路上时,可以通过ARP查找下一跳路由器的MAC地址。不过ARP只适用于IPv4,不适用于IPv6。
(2)ARP工作机制
ARP借助ARP请求与ARP响应两种类型的包确定MAC地址。具体示例如下:
(3)如果每发送一个IP数据都要进行一次ARP请求以此确定MAC地址,那将会造成不必要的网络流量,因此通常的做法是把获取的MAC地址缓存一段时间。即把第一次通过ARP获取到的MAC地址作为IP对MAC的映射关系记忆到一个ARP缓存表中,下一次再向这个IP地址发送数据时不需要再重新发送ARP请求。
6、DHCP
(1)如果逐一为每一台主机设置IP地址会非常繁琐。特别是笔记本、智能手机、平板等设备的使用,要经常重新设置IP地址。于是,为了实现自动设置IP地址、统一管理IP地址分配,就产生了DHCP(Dynamic Host Configuration)协议。有了DHCP,计算机只要连接到网络,就可以进行TCP/IP通信。DHCP在IPv4和IPv6中都可以使用。
(2)DHCP工作机制
使用DHCP之前,首先要架设一台DHCP服务器(很多时候该网段的路由器充当DHCP服务器)。此外,还需要将相应的子网掩码、路由控制信息以及DNS服务器的地址等设置到服务器上。致谢
1、《图解TCP IP》[第5版] 作者 (日)竹下隆史,等 译者 (日)乌尼日其其格