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1. CIDR无分类编址
1.1 CIDR的子网划分
1.1.1 定长子网划分
1.1.2 变长子网划分
2. 路由聚合
2.1 最长前缀匹配原则
3. 网络地址转换NAT
3.1 端口号
3.2 IP地址不够用#xff1f;
3.3 公网IP和内网IP
3.4 NAT作用
4. ARP协议
4.1 如何利用IP地址找到MAC地址…目录
1. CIDR无分类编址
1.1 CIDR的子网划分
1.1.1 定长子网划分
1.1.2 变长子网划分
2. 路由聚合
2.1 最长前缀匹配原则
3. 网络地址转换NAT
3.1 端口号
3.2 IP地址不够用
3.3 公网IP和内网IP
3.4 NAT作用
4. ARP协议
4.1 如何利用IP地址找到MAC地址
5. DHCP协议
5.1 DHCP作用
5.2 DHCP分配流程
①discover
②offer
③request
5.2.1 提出问题
④acknowledge 1. CIDR无分类编址 由于互连网的兴起如果还是采用ipv4每人一个ip那么42亿ip地址一定是不够用的为了解决这个问题就有了CIDR无分类编址。 传统的IP地址分配方式 举一个简单的例子某公司需要2000个ip地址那么如果使用c类地址那么只有2的八次方 256个地址能用显然是不够的所以使用b类地址那就是有2的16次方 65536个地址剩下的ip资源就会大量的浪费。 CIDR无分类编址分配IP 分配21位网络号那么主机号就是32 - 21 11也就可以有2的11次方 2048个ip地址可以提供分配。 1.1 CIDR的子网划分
1.1.1 定长子网划分 这样做有什么缺点呢例如我们使用2bit作为子网号那么14位是主机号那就意味着每一个子网都要2的14次方个ip地址那么实际情况下有些子网可能根本不需要这么多的ip地址就会造成资源的浪费。每个子网都一样大资源就会造成浪费。 1.1.2 变长子网划分 从自由分配的主机号里面每次取出1bit作为子网号就可以分为两个子网每个子网依次重复之前的步骤。
不断划分子网的网络前缀不是其他子网的网络前缀的前缀其实就是哈夫曼编码。 2. 路由聚合 当路由表项的部分网络前缀相同并且转发的出口一致就可以合并为一个路由表项。这样的聚合叫做路由聚合也叫做超网。
优点
①路由表变小内存占用减少。
②查询速度减少。
缺点
①可能引入无效地址但是转发的时候会走默认0.0.0.0此帧将会被丢弃。 2.1 最长前缀匹配原则
当目的地址与表项中多个路由地址相同有限选取匹配程度最高的表项从该表项的接口转发。 3. 网络地址转换NAT
3.1 端口号 网络层实现了主机和主机之间的通信但是事实上的通信一定是进程之间的通信例如微信发送消息只能微信接收那么我们要实现进程之间的通信就会引入端口号这一概念。 IP地址端口号就可以锁定某一个主机的特定进程每一台主机的端口号相互独立。
传输层包含的首部是源端口和目的端口网络层包含的首部是源IP地址和目的IP地址。 3.2 IP地址不够用 地址是32个bit如果每一台主机都要消耗全球唯一的IP地址那么2的32次方 42亿肯定是不够用那么如果一个局域网使用一个IP呢例如校园网有成千上万台设备如果学校只用一个IP成千上万台设备里面运行了几十万个进程我们只需要给这些进程编号即可区分彼此所以端口号就能做到这一点。 3.3 公网IP和内网IP 一般来说一个局域网才有资格使用全球唯一的IP这个IP叫做公网IP或者外网IP。在局域网内部有一些可以复用的特殊网段例如192.xx.xx.xx等这些网段只能由内网使用可以复用。
3.4 NAT作用
使用NAT可以将外网IP端口号 》内网IP 端口号特定主机的特定进程。 发送信息的流程 首先发送信息的一方把自己的内网IP和端口号、目的进程的公网IP和端口号封装然后到了距离目的进程最近的路由器使用路由器中的NAT表对封装内的目的IP和端口进行改写改写成该网段下该进程的内网IP和端口最后将封装好的信息传送给指定进程进程再逐级拆分从而获得真正的信息。 如何进行封装信息 信息首先会添加传输层的TCP首部其中包含源端口和目的端口然后经过网络层添加IP首部其中包含源IP和目的IP。 4. ARP协议 ARP协议最核心的就是ARP表里面记录着IP和MAC地址之间的映射。 4.1 如何利用IP地址找到MAC地址
首先将ARP请求分组封装进MAC帧目的地址全1进行广播源地址是自己的地址当目的路由器收到ARP请求分组的时候会记录分组中的MAC和IP之间的映射关系在ARP表之中。ARP请求分组进行广播之后会受到ARP响应分组进行单播源地址是要找的地址目的地址是请求分组的源地址。此时发送方的路由器也会记录IP和MAC地址在ARP表之中。 ARP请求分组
我的IP是xx我的MAC是xx要找IP是xx的家伙。
ARP响应分组
我是你要找的那个家伙我的IP是xxMAC是xx。 5. DHCP协议
5.1 DHCP作用
分配IP地址配置子网掩码、默认网关。
5.2 DHCP分配流程
一台新接入网络的主机会经过以下几个步骤
①discover
首先在应用层封装DHCP报文自报家门把自己的MAC地址封装。
然后再传输层封装UDP数据报把自己的端口号和目的端口号进行封装。
然后网络层中封装IP数据报目的地址是全1进行广播源地址因为没有分配所以是全0形成广播数据报
最后在数据链路层封装MAC帧把自己的MAC地址和全1的MAC地址封装进去形成广播帧。 如果是其他服务器接受到这个MAC帧一层一层剥开发现传输层里面的目的端口是67而67是DHCP独占端口所以接受到之后直接丢弃。
②offer
DHCP服务端接收到客户端发送的MAC帧就会一层一层拆开最后发现传输层的端口就是自己的端口于是返回一个offer。
首先在IP地址池里面找到一个空闲地址应用层封装DHCP数据报里面存着提供的空闲IP地址租用期、默认网关、子网掩码。
然后到了传输层封装UDP数据报里面存放着源端口号和目的端口号。
然后到了网络层封装IP数据报目的IP是广播源IP。
最后封装成MAC数据帧把客户端的MAC地址作为目的地址源地址是本地地址进行发送。
到了路由器直接进行精准发送。
DHCP客户端收到MAC帧之后一层层拆开获得IP地址、子网掩码、默认网关。 ③request
此时在应用层封装DHCP请求报文内含自己的MAC地址以及接受此IP地址。
然后去传输层封装UDP数据报内含DHCP服务器的端口和客户端的端口。
在网络层封装IP数据报内含广播IP地址和0.0.0.0
在数据链路层封装MAC帧内含广播MAC地址和自己的MAC地址
路由器收到MAC帧直接广播非DHCP服务器接收之后拆到传输层发现端口不对直接丢弃
最后DHCP服务器收到。 5.2.1 提出问题 为什么第一次DHCP客户端收到服务端的信息报文里面不含服务端的IP和MAC地址呢这样一来第二次发送request的时候就直接点对点发送不就好了吗
答案因为不止一个DHCP服务器第一次discover是进行广播的所以服务器都会发送一个offer如果第三次是点对点发送给服务器那么就有n-1个服务器不知道那个客户端接收了谁的IP地址等信息所以第三次的request必须是广播形式。
④acknowledge
DHCP服务端收到客户端发来的MAC帧之后需要返回确认帧。
DHCP确认报文被封装到UDP报文封装到IP数据报最后封装到MAC帧指定发送给客户端。
