先献上几个梗

• 1.1.1.1 不是测试用的，原来一直没分配，现在被用来做一个 DNS 了，宣传是比谷歌等公司的 dns 服务

更保护用户隐私。

• IP 地址 255.255.255.255，代表有限广播，它的目标是网络中的所有主机。
• IP 地址 0.0.0.0，通常代表未知的源主机。当主机采用 DHCP 动态获取 IP 地址而无法获得合法 IP 地址时，会用 IP 地址 0.0.0.0 来表示源主机 IP 地址未知。
• NID 不能以数字 127 开头。NID 127 被保留给内部回送函数, 作为本机循环测试使用。

例如，使用命令 ping 127.0.0.1 测试 TCP/IP 协议栈是否正确安装。在路由器中，同样支持循环测试地址的使用。1 查 ip

• Windows – ipconfig
• Linux 上 - ifconfig

还有 — ip addr

ifconfig & ip addr 的区别

net-tools 起源于 BSD，自 2001 年起，Linux 社区已经对其停止维护，而 iproute2 旨在取代 net-tools，并提供了一些新功能。一些 Linux 发行版已经停止支持 net-tools，只支持 iproute2。

net-tools 通过 procfs(/proc)和 ioctl 系统调用去访问和改变内核网络配置，而 iproute2 则通过 netlink 套接字接口与内核通讯。

net-tools 中工具的名字比较杂乱，而 iproute2 则相对整齐和直观，基本是 ip 命令加后面的子命令。

虽然取代意图很明显，但是这么多年过去了，net-tool 依然还在被广泛使用，最好还是两套命令都掌握吧。

想象你登录进入一个非常小的 Linux 系统，发现既没有_ifconfig_命令，也没有_ip addr_命令，

是不是感觉这个系统没法用？

可以自行安装 net-tools 和 iproute2 这两个工具

• 运行 ip addr。不出意外，应该会输出下面的内容

该命令显示这台机器上所有的网卡

大部分的网卡都有一个 IP 地址

IP 地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，相当于我们现实世界的门牌号码

既然是门牌号，不能大家都一样，不然就会冲突, 快递就找不到地方了

所以，有时候咱们的电脑弹出网络地址冲突，出现上不去网的情况，多半是 IP 地址冲突

如上输出的结果，192.168.10.208 就是一个 IP 地址

地址被点分隔为四个部分，每个部分 8bit，总共 32 位

这样产生的 IP 地址的数量很快就不够用了

于是就有了 IPv6，也就是上面输出结果里面 inet6 fe80::…

这个有 128 位，现在看来是够够的

本来 32 位的 IP 地址就不够，还被分成了 5 类。现在想想，当时分配地址的时候，真是太奢侈了

在网络地址中，至少在当时设计的时候，对于 A、B、C 类主要分两部分

• 前面一部分是网络号
• 后面一部分是主机号

这很好理解，大家都是六单元 1001 号

我是小区 A 的六单元 1001 号

而你是小区 B 的六单元 1001 号。

• 下面这个表格，详细地展示了 A、B、C 三类地址所能包含的主机的数量

这里面有个尴尬的事情，就是 C 类地址能包含的最大主机数量实在太少了，只有 254 个
当时设计的时候恐怕没想到，现在估计一个网吧都不够用吧
而 B 类地址能包含的最大主机数量又太多了。6 万多台机器放在一个网络下面，一般的企业基本达不到这个规模，闲着的地址就是浪费。

2 无类型域间选路（CIDR）

这打破了原来设计的几类地址的做法，将 32 位的 IP 地址一分为二

• 前面是网络号
• 后面是主机号

10.100.122.2/24，这个 IP 地址中有一个斜杠，斜杠后面有个数字 24

这种地址表示形式，就是CIDR

后面 24 的意 32 位中前 24 是网络号，后 8 位是主机号

伴随着 CIDR 存在的

• 一个是 广播地址

10.100.122.255 如果发送这个地址，所有 10.100.122 网络里面的机器都可以收到

• 另一个是 子网掩码

255.255.255.0

将子网掩码和 IP 地址进行 AND 计算, 就可得到 网络号

• 前面三个 255，转成二进制都是 1

1 和任何数值取 AND，都是原来数值，因而前三个数不变，为 10.100.122

• 后面一个 0，转换成二进制是 0

0 和任何数值取 AND，都是 0，因而最后一个数变为 0，合起来就是 10.100.122.0

3 公 / 私有 IP 地址

日常工作，几乎不用划分 A 类、B 类或者 C 类，很多人就忘记了这个分类，只记得 CIDR

但是有一点还是要注意的，就是 公有 IP 地址和私有 IP 地址

上面的表格。表格最右列是私有 IP 地址段

平时看到的数据中心里，办公室 / 家 / 学校的 IP 地址，一般都是私有 IP 地址段

因为这些地址允许组织内部的 IT 人员自己管理、分配，而且可重复

因此，你学校的某个私有 IP 地址段和我学校的可以是一样的。

这就像每个小区有自己的楼编号和门牌号，你们小区可以叫 6 栋，我们小区也叫 6 栋，没有任何问题
但是一旦出了小区，就需要使用公有 IP 地址。就像人民路 888 号，是国家统一分配的，不能两个小区都叫人民路 888 号。

公有 IP 地址有个组织统一分配，你需要去买

如果你搭建一个网站，给你学校的人使用，让你们学校的 IT 人员给你一个 IP 地址就行

但是假如你要做一个类似网易 163 这样的网站，就需要有公有 IP 地址，这样全世界的人才能访问。

表格中的 192.168.0.x 是最常用的私有 IP 地址

你家里有 Wi-Fi，对应就会有一个 IP 地址。一般你家里地上网设备不会超过 256 个，所以 /24 基本就够了

有时候我们也能见到 /16 的 CIDR，这两种是最常见的，也是最容易理解的。

不需要将十进制转换为二进制 32 位，就能明显看出 192.168.0 是网络号，后面是主机号

而整个网络里面的第一个地址 192.168.0.1，往往就是你这个私有网络的出口地址

例如，你家里的电脑连接 Wi-Fi，Wi-Fi 路由器的地址就是 192.168.0.1

而 192.168.0.255 就是广播地址。一旦发送这个地址，整个 192.168.0 网络里面的所有机器都能收到。

但是也不总都是这样的情况。因此，其他情况往往就会很难理解，还容易出错。

4 一个容易“犯错”的 CIDR

我们来看 16.158.165.91/22 这个 CIDR

求一下这个网络的第一个地址、子网掩码和广播地址

你要是上来就写 16.158.165.1，那就大错特错!!!

/22 不是 8 的整数倍，不好办，只能先变成二进制来看

• 16.158 的部分不会动，它占了前 16 位
• 中间的 165，变为二进制为‭10100101‬。除了前面的 16 位，还剩 6 位。所以，这 8 位中前 6 位是网络号，16.158.<101001>，而 <01>.91 是机器号。

第一个地址是 16.158.<101001><00>.1，即 16.158.164.1

子网掩码是 255.255.<111111><00>.0，即 255.255.252.0

广播地址为 16.158.<101001><11>.255，即 16.158.167.255。

D 类是 组播地址

使用这一类地址，属于某个组的机器都能收到

这有点类似在公司里面大家都加入了一个邮件组。发送邮件，加入这个组的都能收到

在 IP 地址的后面有个 scope

• 对于 eth0 这张网卡来讲，是 global，说明这张网卡是可以对外的，可以接收来自各个地方的包
• 对于 lo 来讲，是 host，说明仅可以供本机相互通信。

lo 全称是 loopback，又称 环回接口 ，往往会被分配到 127.0.0.1 这个地址
这个地址用于本机通信，经过内核处理后直接返回，不会在任何网络中出现。

5 MAC 地址

在 IP 地址的上一行是 link/ether fa:16:3e:c7:79:75 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

这个被称为MAC 地址

是一个网卡的物理地址，用十六进制，6 个 byte 表示

MAC 地址号称全局唯一，不会有两个网卡有相同的 MAC 地址，而且网卡自生产出来，就带着这个地址

很多人看到这里就会想，既然这样，整个互联网的通信，全部用 MAC 地址好了，只要知道了对方的 MAC 地址，就可以把信息传过去。

这样当然是不行的

一个网络包要从一个地方传到另一个地方，除了要有确定的地址，还需要有定位功能

而有门牌号码属性的IP 地址，才是有远程定位功能

例如，你去 XX 市 XX 路 XX 号 X 楼 X 层找 XX，你在路上问路，可能被问的人不知道 X 楼是哪个，但是可以给你指网商路怎么去
但是如果你问一个人，你知道这个身份证号的人在哪里吗？可想而知，没有人知道。

MAC 地址更像是身份证，是一个唯一的标识

它的唯一性设计是为了组网的时候，不同的网卡放在一个网络里面的时候，可以不用担心冲突

从硬件角度，保证不同的网卡有不同的标识。

MAC 地址是有一定定位功能的，只不过范围非常有限

你可以根据 IP 地址，找到 XX 市 XX 路 XX 号 X 楼 X 层，但是依然找不到我，你就可以靠吼了，大声喊身份证 XXXX 的是哪位？我听到了，我就会站起来说，是我啊
但是如果你在上海，到处喊身份证 XXXX 的是哪位，我不在现场，当然不会回答，因为我在杭州不在上海。

所以，MAC 地址的通信范围比较小，局限在一个子网里面

例如，从 192.168.0.2/24 访问 192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的

一旦跨子网，即从 192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC 地址就不行了，需要 IP 地址起作用了

6 网络设备的状态标识

<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> 叫net_device flags，网络设备的状态标识

• UP

网卡处于启动的状态

• BROADCAST

网卡有广播地址，可以发送广播包

• MULTICAST

网卡可以发送多播包

• LOWER_UP

L1 是启动的，也即网线插着呢

• MTU1500

最大传输单元 MTU 为 1500，这是以太网的默认值。

网络包是层层封装的

MTU 是二层 MAC 层的概念。MAC 层有 MAC 的头，以太网规定连 MAC 头带正文合起来，不允许超过 1500 个字节。正文里面有 IP 的头、TCP 的头、HTTP 的头。如果放不下，就需要分片来传输。

• qdisc pfifo_fast (queueing discipline，排队规则)

内核如果需要通过某个网络接口发送数据包，它都需要按照为这个接口配置的 qdisc（排队规则）把数据包加入队列。

最简单的 qdisc 是 pfifo，它不对进入的数据包做任何的处理，数据包采用先入先出的方式通过队列

pfifo_fast 稍微复杂一些，它的队列包括三个波段（band）。在每个波段里面，使用先进先出规则。

三个波段（band）的优先级也不相同。band 0 的优先级最高，band 2 的最低。如果 band 0 里面有数据包，系统就不会处理 band 1 里面的数据包，band 1 和 band 2 之间也是一样。

数据包是按照 服务类型（Type of Service，TOS） 被分配到三个波段（band）里面的

TOS 是 IP 头里面的一个字段，代表了当前的包是高优先级的，还是低优先级的。

队列是个好东西，后面我们讲云计算中的网络的时候，会有很多用户共享一个网络出口的情况，这个时候如何排队，每个队列有多粗，队列处理速度应该怎么提升，我都会详细为你讲解。

7 总结

• IP 是地址，有定位功能；MAC 是身份证，无定位功能
• CIDR 可以用来判断是不是本地人
• IP 分公有的 IP 和私有的 IP

参考

• 趣谈网络协议