1IP基础知识全家桶
1.1认识IP
IP位于TCP/IP参考模型中的第三层，网络层
网络层主要作用是：实现主机与主机之间的通信，也叫点对点（end to end）通信
网络层和数据链路层有什么关系
IP的负责在没有直连的两个网络之间进行通信传输，换句话说作用是在复杂的网络环境中，将数据包发送给最终目的主机
MAC的作用是实现直连的两个设备之间的通信
在没有使用NAT网络的情况下，源IP和目标IP地址在传输过程中不会变化，只有源MAC地址和目标MAC一直变化。
1.2IP地址的基础知识
IPv4地址长4个字节，按点分十进制的标记方式，一个字节一组，每组以.隔开，再将二进制转换成十进制。
理论上来说，最多有
2的32次方约43个IP，远远不够给每台电子设备配备IP，为什么能够支持这么多IP呢？
依靠NAT技术转换IP地址
1.2.1 IP地址的分类
共五类
- A类 1位分类号（0），7位网络号，24位主机号，最大主机数
2的24次方-2 - B类 2位分类号（10），14位网络号，16位主机号,最大主机数
2的16次方-2 - C类 3位分类号（110），23位网络号，8位主机号,最大主机数
2的8次方-2 - D类 4位分类号（1110），28位组播地址
- E类 4位分类号（1111），28位留待后用
为什么最大主机数需要减去2？
在IP地址中主机号全1指定当前网络下的所有主机，用于广播，这个地址叫做广播地址
主机号全0用于指定当前网络
广播地址有什么作用，广播地址用于做什么？
1.广播地址用于在同一个链路中相互连接的主机之间发送数据包
2.本地广播：在本网络内广播，
3.直接广播：在不同网络之间广播
D、E类地址是什么，有什么用处
D类和E类地址没有主机号，无法用于主机IP
D类常用于多播，即将包（package）发送给特定组内的所有主机
E类暂时未使用
IP分类的优点
简洁明了，选路简单
只需要依序判断前4位是否为0，很快就能找出网络地址和主机地址
IP分类的缺点
不够灵活：同一网络下，没有地址层次，比如生产环境、测试环境、开发环境需要不同的地址层次
A、B、C类地址不能很好的与现实网络匹配：C类太少，B类太多
1.2.2 无分类地址CIDR
怎么划分网络号和主机号呢？
way1：
a.b.c.d/x，其中/x表示前x位属于网络号，x的范围是0~32
例如：10.100.122.2/24，这种地址表示形式就是CIDR，
way2：子网掩码（掩盖主机号，剩下网络号），将子网掩码与IP地址按位计算AND，就可得到网络号
例如：IP地址10.100.122.2、子网掩码255.255.255.0，网络号10.100.122.0
为什么需要分离网络号和主机号？
计算机要通讯，先判断网络地址是否相同（是否位于同一个广播域），相同就可以把数据包直接发送到目标主机
不同则需要进行转发
怎么进行子网划分？
way1:子网掩码将主机地址分为两个部分：子网网络地址和子网主机地址
对C类地址192.168.1.0，使用子网掩码255.255.255.192进行子网划分，前24位是网络号，后6位是子网主机号，中间2位是子网网络号
1.2.3 公有IP地址和私有IP地址
谁管理公有IP地址？
1.2.4 IP地址与路由控制
1.2.5 IP分片与重组
1.2.6 认识IPv6
1.2.7 IPv4首部和IPv6首部
1.3IP协议相关技术
1.3.1 DNS
1.3.2 ARP
1.3.3 DHCP
1.3.4 NAT
NAT怎么缓解IPv4地址耗尽
网络地址转换NAT，将私有IP地址转换成公有IP地址
这样简单的转换没什么意义，N个私有IP地址就要N个公有IP地址，无法环境IPv4地址耗尽的问题。
网络地址与端口转换NAPT，由于绝大多数的网络应用都是使用传输层协议TCP或UDP来传输数据，所以可以把IP地址+端口号一起转换，只需要一个全球IP地址即可。
比如：有两个客户端192.168.1.10和192.168.1.11同时与服务器183.232.231.172进行通信，且这两个客服端的本地端口都是1025。我们就可以把两个私有IP地址都转换成公有地址120.229.175.121，但以不同端口号作为区分。
再生成一个NAPT路由器的转换表，就可以正确的转换地址和端口的组合，使得客户端A、B能同时与服务器进行通信。
缺点：由于NAT/NAPT都依赖于自身的转换表，存在以下问题
外部无法主动于NAT内部服务器建立连接，因为NAPT转换表没有转换记录
转换表的生成和转换操作都会产生性能开销
通信过程中，如果NAT路由器重启了，所有的TCP连接都会被重置
如何解决NAT潜在的问题呢？
way1：改用IPv6，IP量大管饱
way2：NAT穿透技术，让网络应用程序主动发现自己位于NAT设备之后，并且会主动获得NAT设备的公有IP，并为自己建立端口映射条目，注意这些都是NAT设备后的应用程序自动完成的
简而言之就是客户端主动从NAT设备获取公有IP地址，然后自己建立端口映射条目，使用这个条目对外通信，就不需要NAT设备来进行转换了