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认识IP 地址
子网掩码
作用
动态分配IP 地址
NAT 机制
认识MAC地址
MAC地址如何工作
网络设备和相关技术
集线器#xff1a;转发所有端口
交换机#xff1a;MAC地址转换表转发
主机路由器#xff1a;ARP缓存表ARP寻址
路由器#xff1a;路由NAPT
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认识IP 地址
子网掩码
作用
动态分配IP 地址
NAT 机制
认识MAC地址
MAC地址如何工作
网络设备和相关技术
集线器转发所有端口
交换机MAC地址转换表转发
主机路由器ARP缓存表ARP寻址
路由器路由NAPT
数据链路层重点协议
以太网
认识以太网
认识MTU
ARP协议 认识IP 地址
概念
IP地址Internet Protocol Address是指互联网协议地址又译为网际协议地址。
作用
IP地址是IP协议提供的一种统一的地址格式它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址以此来屏蔽物理地址的差异。
格式
IP地址是一个32位的二进制数通常被分割为4个“8位二进制数”也就是4个字节如 01100100.00000100.00000101.00000110 通常用“点分十进制”的方式来表示即 a.b.c.d 的形式a,b,c,d都是0~255之间的十进制整数。如 100.4.5.6。 IP 有两个版本IPV4 和 IPV6 IPV4 是四个字节表示IPV6 并不是六个字节而是16 个字节2^128 地球上每一粒沙子都可以被完全覆盖。
随着时代的发展目前的 IPV4 有点不够用了4个字节毕竟太小那为啥当初设计的时候不直接多给几个字节 这主要就是时代的局限性放在当时每一个字节都很珍贵其次就是当时使用设备的人太少了42亿9千万 足够他们使用了。
而 IPV6 就完美的解决了这个问题2 ^128 也不知道啥时候能用完。
组成
IP地址分为两个部分网络号和主机号
网络号标识网段保证相互连接的两个网段具有不同的标识主机号标识主机同一网段内主机之间具有相同的网络号但是必须有不同的主机号
通过合理设置网络号和主机号就可以保证在相互连接的网络中每台主机的IP地址都是唯一的。
那么如何划分网络号和主机号呢
分类
过去曾经提出一种划分网络号和主机号的方案把所有IP 地址分为五类如下图所示 A、B、C三类及特殊D、E。全0和全1的都保留
A(1.0.0.0-126.0.0.0)默认子网掩码255.0.0.0 网络号取值于1~126大型网络。B(128.0.0.0-191.255.0.0)默认子网掩码255.255.0.0 该类IP地址的最前面为“10”网络号取值于128~191中等规模C(192.0.0.0-223.255.255.0)子网掩码255.255.255.0 该类IP地址的最前面为“110”网络号取值于192~223小型网络。D是多播地址。 该类IP地址的最前面为“1110”所以地址的网络号取值于224~239之间。用于多路广播用户E是保留地址。 该类IP地址的最前面为“1111”网络号取值240~255 这种划分只会出现在课本上AB类主机号太长了很少有这么大的局域网现实中根本不会这么来表示而是使用子网掩码等方式来表示 IP 地址。
目前为止已经出现了 IP 地址不够用的情况在此基础上有好几个缓解方法后面会提到。
我们来看看子网掩码
子网掩码
格式
子网掩码格式和IP地址一样也是一个32位的二进制数。其中左边是网络位用二进制数字“1”表示1的数目等于网络位的长度右边是主机位用二进制数字“0”表示0的数目等于主机位的长度。 子网掩码也可以使用二进制所有高位1相加的数值来表示如以上子网掩码也可以表示为24。
作用
其作用是减少网络上的通信量节省IP地址便于管理解决物理网络本身的某些问题。使用子网掩码划分子网后子网内可以通信跨子网不能通信子网间通信应该使用路由器并正确配置静态路由信息。划分子网就应遵循子网划分结构的规则。
Classless Inter-Domain Routing(CIDR) CIDR 叫做无类域间路由,ISP 常用这样的方法给客户分配地址,ISP 提供给客户1 个块(block size),类似这样:192.168.10.32/28,这排数字告诉你你的子网掩码是多少,/28 代表多少位为1,最大/32.但是你必须知道的一点是:不管是A类还是B类还是其他类地址,最大可用的只能为/30,即保留2 位给主机位。
CIDR 值:
掩码255.0.0.0:/8(A 类地址默认掩码)掩码255.255.0.0:/16(B 类地址默认掩码).掩码255.255.255.0:/24(C 类地址默认掩码)
计算方式
将 IP 地址和子网掩码进行“按位与”操作二进制相同位与操作两个都是1结果为1否则为0得到的结果就是网络号。 将子网掩码二进制按位取反再与 IP 地址位与计算得到的就是主机号。 举例
二进制二进制IP地址180.210.242.13110110100.11010010.11110010.10000011子网掩码255.255.248.011111111.11111111.11111000.00000000网络号180.210.240.010110100.11010010.11110000.00000000主机号0.0.2.13100000000.00000000.00000010.100000
聊到这里还是没有能解决IP地址不够的问题,那么究竟该如何解决IP 地址不够用的问题
动态分配IP 地址
东半球的黑夜就是西半球的白天那么对方的很多设备也就不在线这样就空出了很多IP 地址了。
那么在此基础上提出了只有上网才会分配地址不上网就不分配。 那么这样就可以省下一大批地址。但是这样还无法解决问题。
NAT 机制
我们既然无法解决问题我们就退而求其次
我们将所有网络分为两部分外网和内网
内网IP192.168.* 10.* 172.16.* - 172.31.*其余的都属于外网。
那么什么叫外网什么叫内网呢
外网的ip 都是唯一的而内网的ip 是可以重复的通常局域网都属于内网。
如果内网想要访问外网那么就会给他分配一个 ip 但是这个 ip 不是这个设备独占的这整个局域网内的所有设备共享一个 ip 。
那好问题来了如果我两个设备同时想要访问外网那么该怎么办呢
举例
我们假设有两个主机内网ip 分别是192.168.0.1 和 192.168.0.2目的 ip 都是 1.2.3.4
我们想要出这个局域网得先经过 路由器吧这个路由器也是个 NAT 设备两个主机在路由器上做一个记录具体内部干了啥我也不知道反正交给路由器解决 这个路由器有一个外网ip 假设为 4.3.2.1那么此时就转换为 4.3.2.1 的 ip 访问 1.2.3.4 的 ip 。
两个主机可能是不同的 端口号发送出去的数据也或者是其他的。
我们上面说的只是内外网之间的访问内网之间的访问内网的ip 地址还是很有用的。 这样一个外网ip 就可以代表一大批内网设备了。
我们现实世界目前是使用 动态分配IP 地址 和 NAT 机制两种方式来提高 ip地址的利用率然而这并不能完全解决问题地址不够用解决问题的唯一方法就是 IPv6。
认识MAC地址
MAC地址即 Media Access Control Address用于标识网络设备的硬件物理地址。
主机具有一个或多个网卡路由器具有两个或两个以上网卡其中每个网卡都有唯一的一个MAC地址。网络通信即网络数据传输本质上是网络硬件设备将数据发送到网卡上或从网卡接收数据。硬件层面只能基于MAC地址识别网络设备的网络物理地址。
它们是 12 位字母数字格式非常独特。一个例子是 A1:2B:C3:4D:E5:6F。从一开始就是这样因为有 2 48 个或 281,474,976,710,656个可能的地址我们很快就不需要其他方法了。
由于 MAC 地址是在工厂永久分配的因此人们通常将其称为烧录地址或硬件地址。您甚至可以在直接贴在某些设备上的贴纸上找到 MAC 地址。 MAC地址如何工作
MAC 地址通过帮助网络上的事物将数据发送到正确的设备来发挥作用。您的手机或计算机在 Internet 上发送请求。当您的路由器收到该数据时它会使用您的 MAC 地址来了解将数据发送到哪里。
但是有一些细微差别。MAC 地址专门用于将同一网络中的设备标识为另一设备。当你通过蓝牙连接到某个东西时唯一能获得你的 MAC 地址的就是你连接的那个东西。同样当您连接到家庭 Wi-Fi 时只有连接到家庭 Wi-Fi 的设备才能看到您设备的 MAC 地址。
总的来说除了少数例外互联网上的网站和其他设备看不到您的 MAC 地址。这些实体会获取您的 IP 地址。与 MAC 地址不同IP 地址不是永久的而是在您上网时分配的。因此很少有设备真正有机会看到您设备的 MAC 地址。
上述来自什么是 MAC 地址你需要知道的一切 (baidu.com)
ok目前为止我们所学的内功心法就到这里目前都是为了做网站打下基础接下来就要学外功招式前端和后端了前端主要是为了扫盲而不是真正吃透。
网络设备和相关技术
集线器转发所有端口 集线器是工作在物理层的网络设备发送到集线器的任何数据都只是简单的将数据复制并转发到其他所有端口。端口指集线器后边的物理端口
交换机MAC地址转换表转发 交换机Switch)是一种用于信号转发的。与集线器广播的方式不同,它维持一张MAC地址表可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路.主要有二重交换机和三重交换机二层交换机属数据链路层设备可以识别数据包中的MAC地址信息根据MAC地址进行转发三重交换机带路由功能工作于网络层。网络中的交换机一般默认是二重交换机。
交换机也有一张MAC—PORT对应表和网桥不一样的是网桥的表是一对多的(一个端口号对多个MAC地址),但交换机的表却是一对一的,根据对应关系进行数据转发,工作原理如下图所示. 主机路由器ARP缓存表ARP寻址
首先ARP是一个介于数据链路层和网络层之间的协议ARP协议建立了IP地址与MAC地址的映射关系。 在数据链路层寻找下一跳设备MAC地址的过程称为ARP寻址
主机和路由器中都保存了一张ARP缓存表通过IP地址可以找到对应的MAC地址。根据下一跳设备的IP地址在ARP缓存表中能找到对应的MAC地址则可以设置目的MAC并发送数据报。如果找不到则发送ARP广播数据报目的MAC为广播地址询问下一跳设备的MAC地址
路由器路由NAPT
路由器主要有两个作用
网关 路由器作为网关可以划分公网和局域网某些路由器还可以将局域网划分为多个子网不同网段公网端口即WAN口为单独的网卡具有公网IP地址和公网MAC地址。 划分的多个子网是由局域网端口即LAN口划分每个端口都有单独的网卡具有该网段IP地址和MAC地址路由器作为网关 1. 划分局域网多个子网时可以直接通过ARP寻址找到局域网任意主机。这里的局域网就是路由器下的多个子网组成的局域网。2. 划分公网和局域网时局域网内主机发送数据报到公网主机时需要基于NAPT协议将局域网主机的IP地址和端口号转换为路由器公网IP和端口号指路由器中运行的程序的端口。 路由 所谓路由即在复杂的网络结构中找出一条通往终点的路线 网络通信网络数据传输路由器中的路由功能就类似于规划路线往哪个方向行进能更快到达目的地。
IP 协议是网络层中的重点协议那么聊完了网络层就再来看看数据链路层
数据链路层重点协议
我们在数据链路层需要了解三个重要的协议以太网 认识 MTU ARP协议
以太网
认识以太网
以太网不是一种具体的网络而是一种技术标准既包含了数据链路层又包含了物理层。
以太网中的网线必须使用双绞线传输速率有10M100M1000M等
以太网是当前应用最广泛的局域网技术和以太网并列的还有令牌环网无线LAN等 源地址和目的地址是指网卡的硬件地址也叫MAC地址长度是48位是在网卡出厂时固 化的 帧协议类型字段有三种值分别对应IP、ARP、RARP 帧末尾是CRC校验码。
认识MTU
MTU相当于发快递时对包裹尺寸的限制。这个限制是不同的数据链路对应的物理层产生的限制。 以太网帧中的数据长度规定最小46字节最大1500字节ARP数据包的长度不够46字节要 在后面补填充位 最大值1500称为以太网的最大传输单元MTU不同的网络类型有不同的MTU 如果一个数据包从以太网路由到拨号链路上数据包长度大于拨号链路的MTU了则需要对 数据包进行分片fragmentation 不同的数据链路层标准的MTU是不同的
ARP协议
虽然我们在这里介绍ARP协议但是需要强调ARP不是一个单纯的数据链路层的协议而是一个介于数据链路层和网络层之间的协议
ARP协议的作用
ARP协议建立了主机 IP地址 和 MAC地址 的映射关系。
在网络通讯时源主机的应用程序知道目的主机的IP地址和端口号却不知道目的主机的硬件地址数据包首先是被网卡接收到再去处理上层协议的如果接收到的数据包的硬件地址与本机不符则直接丢弃因此在通讯前必须获得目的主机的硬件地址
