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IP协议全称Internet Protocol互联网协议是TCP/IP协议族中的核心协议之一用于在互联网络上进行数据的传输。IP协议的主要功能是确保数据从一个网络节点如计算机、服务器、路由器等传输到另一个网络节点并且能够在各种不同的物理网络上工作。
IP协议为每个网络上的设备分配一个唯一的地址即IP地址。这个地址用于标识设备在网络中的位置使得数据能够准确地发送到目标设备。
IP协议允许数据包即IP数据包在互联网络中从一个网络节点传递到另一个网络节点直到到达目标地址。这一过程中数据包可能会经过多个路由器每个路由器都根据IP地址和网络拓扑来决定数据包的下一跳位置。
IP协议提供的是一种无连接的服务这意味着发送数据之前不需要在发送方和接收方之间建立连接。这种特性使得IP协议非常灵活但同时也要求上层协议如TCP或UDP来处理数据的可靠传输和顺序问题。 主机: 配有 IP 地址, 但是不进行路由控制的设备; 路由器: 即配有 IP 地址, 又能进行路由控制; 节点: 主机和路由器的统称 IP地址IPV4
在TCP/IP网络中每台计算机除了本身固有的被称为MAC地址的硬件地址还有一个所谓的”逻 辑地址”IP地址该地址通常由管理员设置静态IP地址亦可由所使用的网络协议如 DHCP动态主机配置协议自动设置动态IP地址。该地址在该网络中具有唯一性。 这是IP地址的形式是一个32位的数分4组每组8位 通过点分十进制的方法来进行表示
IP地址的网段划分
像我们身份证一样IP地址的规定也是有一定规律形式的。 要找到对应的主机就要先确定所在的网络地址然后在网络地址上找到对应的主机地址
故 网络号用来标识主机所连接的网络 主机号用来标识连接在这个网络中的不同主机
像下面的例子一样 主机A和主机B网络号均为202.113.27在路由器可以找到这个对应的网络号然后再这片区域内找到所要的主机号这片区域也被称为局域网
IP地址的类别 A 类 0.0.0.0 到 127.255.255.255B 类 128.0.0.0 到 191.255.255.255C 类 192.0.0.0 到 223.255.255.255D 类 224.0.0.0 到 239.255.255.255E 类 240.0.0.0 到 247.255.255.255
这样分类是为了更加容易管理和寻址容易确定网络的大小和范围也就是能够区分IP地址中网络号和主机号的划分
子网掩码
后来随着互联网的飞速发展这种划分方案的局限性很快显现出来,大多数组织都申请 B 类 网络地址, 导致 B 类地址很快就分配完了, 而 A 类却浪费了大量地址;
于是就有了子网掩码让它来对主机号来进一步细致的划分
子网掩码也是一个 32 位的正整数. 通常用一串 “0” 来结尾; 其作用是告诉TCP/IP主机IP地址的哪些位对应于网络地址哪些位对应于主机地址。 子网中的所有主机必须配置相同的子网掩码。
网络号和主机号的划分与这个 IP 地址是 A 类、B 类还是 C 类无关;
例如
网络地址的运算
将 IP 地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号;
如 像B类默认子网掩码255.255.0.0 就是没有划分子网C类的255.255.255.0都说默认的子网掩码表示当前网络没有进行子网划分
特殊的IP地址 在网络中主机号为0就表示当前IP地址就是网络号了代表了这个局域网的网络地址 如果将主机号设为1就变为了广播地址用于给同一个链路中相互连接的所有主机发送数据包 例如我们家中所用路由器所用IP地址主机号都是1 127.*的 IP 地址用于本机环回(loop back)测试,通常是 127.0.0.1
局域网
局域网Local Area NetworkLAN是一种覆盖有限地理范围如办公室、学校、工厂等的计算机网络它允许该范围内的多台计算机、打印机、服务器等设备相互连接实现资源共享和通信。
由于设备间距离较近局域网通常能够提供较高的数据传输速率带宽和较低的数据传输延迟延迟时间这使得局域网内的设备能够快速地交换大量数据。
局域网中的设备通常属于同一组织或机构因此更容易进行统一的管理和控制。
IPv6
由于当今时代的飞速发展网络中的IPIPV4地址最多也就2*32大约43亿而已这对于全球网络中的主机来说是远远不够的 为了解决这种问题就有了IPv6
IPv6地址有2*128的地址数量这是一个极其庞大的数字 每个IPv6地址由8个16位的字段组成每个字段由4个十六进制数表示字段由冒号隔开 但在实际分配和管理过程中会存在地址的囤积和不合理分配的问题这可能导致资源浪费和分配不均并且这是一个和IPv4不兼容的协议要想普及还是有些难度的
IP私有地址
如果IP 地址只用于局域网内的通信,而不直接连到 互联网 上范围缩小, 理论上 使用任意的 IP 地址都可以,但是 RFC 1918 规定了用于组建局域网的私有 IP 地址
10.*,前 8 位是网络号,共 16,777,216 个地址A类常用私有IP172.16.到 172.31.,前 12 位是网络号,共 1,048,576 个地址B类常用私有IP192.168.*,前 16 位是网络号,共 65,536 个地址C类常用私有IP
所以像现在的公司或者家里路由器在局域网范围内都说建立自己的私有IP来进行通信
NAT技术
NATNetwork Address Translation网络地址转换技术是一种将私有网络地址如局域网内部地址转换成公共网络地址如互联网地址的技术。它主要用于连接私有网络与公共网络之间的路由器上以实现多台计算机共用一个公网IP地址上网。
基本原理
NAT技术通过在网络出口设备如路由器或防火墙上部署对IP数据报文中的IP地址进行转换。对于“从内到外”的流量网络设备通过NAT将数据包的源地址进行转换转换成特定的公有地址而对于“从外到内”的流量则对数据包的目的地址进行转换。这种转换机制使得内部网络的主机能够访问外部网络同时外部网络无法直接访问内部网络的私有地址从而增强了内部网络的安全性。
实现方式
静态NAT内部本地地址一对一转换成内部全局地址即内部网络的每一台设备都绑定一个全局地址。这种方式适用于内部网络中只有少量设备需要对外进行通信的情况。动态NAT将内部网络的私有IP地址转换为公用IP地址时IP地址是不确定的是随机的。所有被授权访问Internet的私有IP地址可随机转换为任何指定的合法IP地址。这种方式适用于内部网络中有大量设备需要对外进行通信但公有IP地址数量有限的情况。端口多路复用PAT/NAPT内部网络的所有主机均可共享一个合法外部IP地址实现对Internet的访问。该模式同时对IP地址和传输层端口进行转换实现不同私有地址不同的私有地址不同的源端口映射到同一个公有地址相同的公有地址不同的源端口。这种方式可以最大限度地节约IP地址资源并隐藏网络内部的所有主机。
优势
节省公有合法IP地址通过NAT技术多台内部设备可以共享一个公有IP地址访问外部网络从而有效缓解了IPv4地址短缺的问题这也是当前缓解IPv4数量不足的主要手段。处理地址重叠在私有网络中可能存在IP地址冲突的情况。通过NAT技术可以将这些冲突的IP地址转换为不同的公有IP地址从而解决地址重叠问题。增强灵活性NAT技术提供了灵活的地址转换机制可以根据实际需求选择不同的实现方式。提高安全性NAT技术隐藏了内部网络的IP地址使得外部网络无法直接访问内部网络中的设备从而提高了内部网络的安全性。
