重学计算机网络二-曾记否查IP地址

jiezi

5 年前

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。

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

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。

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。

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

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

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。

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

趣谈网络协议

重学计算机网络二-曾记否查IP地址

2 无类型域间选路（CIDR）

3 公 / 私有 IP 地址

4 一个容易“犯错”的 CIDR

5 MAC 地址

6 网络设备的状态标识

7 总结

参考