谈谈网络分层和IP

概述

在计算机网络这门课中，往往是将各层协议拆开一章一章的讲，每层协议是干嘛的，都各种怎么工作的。但如果有人问，这些协议之间怎么协调工作，有什么关系，往往处于懵逼状态。

网络分层

网络为什么分层，其实理解很简单，复杂的东西都要分层。就像写代码，有Controller层，service层，dao层等，如果这个代码很复杂，都写在一个类里里，不利于你后期维护（可能过两天你自己都看不懂了)，和同事之间的交流沟通也不方便。所以复杂的程序都要分层，这是基本的程序设计要求。

这是一次用户发起的请求，浏览器用http协议打包用户的请求，然后传给下一层，调用下一层函数，这个函数会在这个网络包里加上一个TCP头，记录下源端口号，目的端口号，然后在调用下一层的函数，这个函数会加一个IP的头，记录源IP地址和目标IP的地址，然后在调用下一次函数，这个函数又加了一个本机器的MAC地址和目标MAC地址。这个数据包完整后，就可以从网口发出去。

网卡检测到这个网络包的目的地址是指向自己的，把这个数据包拿进来调用一段函数来处理这个网络包，把属于这层的东西剥离出去，然后调用另一层的一个函数（process_layer3())来处理这个网络包。这一层检测一下，目标IP是不是对上自己的IP，如果IP对不上，就转发出去，若是对上IP，取下属于这层的IP头，在调用下一层的函数来处理。那是调用TCP函数还是UDP的函数处理哪，这个就得看协议字段，我这次请求是TCP的，就调用TCP的函数取下TCP头，然后查看这是一个发起，还是应答，或者是一个正常数据包，如果是发起或者应答，还需要发送一个回复包，若是一个正常数据包，根据端口号就直接交给应用去处理，然后浏览器解析html，用户现实界面。

网络上跑的包，都是完整的，可以有下层没上层，绝对不可能有上层没下层。这有点类似于俄罗斯套娃，一层连着一层，一开始是个很小的套娃，套一层又套一层，套完后就是一个完整的套娃。网络世界中也是一样的，http层数据包，在套上TCP层，在套上IP层，又套上MAC层，所有机制都得运行一遍才能成功从网口发出去。

IP

不管学没学过计算机，一定都会听到的词===>IP。有没有想过，MAC地址就可以标识电脑了，还要IP干嘛，我刚开始也模糊，后面才逐渐有点头绪（但现在也不知道理解是否全对，毕竟计算机网络小白）。MAC地址与设备是一一对应在局域网内是唯一的，如果在局域网内，MAC地址直接通信是没有问题的，每次有消息的时候，各个主机都接收一下，对照下是不是自己的MAC地址，如果不是，就直接丢弃，对上就接收并处理。但是每次有消息都得接收和处理有点费事，于是出现了交换机，交换机记录所有与之连接的MAC地址并与端口一一对应，现在A主机发消息给B主机并带上B主机的MAC地址，现在先到交换机这里，交换机查下记录的MAC对照表，哦，原来你要找B主机，就按照这个端口发给B主机。为什么会有IP哪，以太网MAC地址就可以通信了，但后来有了互联网，兼容以前的模式才有了IP + MAC的通信模式，长春这边的局域网有台A主机要与北京的局域网一台B主机通信。长春的交换机记录了A主机的MAC地址，可能还记录了北京交换机的MAC地址，北京交换机记录了要通信的B主机MAC地址。现在A给交换机发消息，我要找B主机，很遗憾，交换机找不到B主机，因为不是一个局域网内，交换机没记录这个MAC地址，没法通信。

MAC地址是硬件提供商写在网卡中的，MAC地址是唯一，但没办法表示我在互联网的位置，除非维护一个超级大的MAC地址对应表，那寻址效率必定爆炸，而且获取MAC地址是ARP协议完成的，只用MAC地址通信广播风暴就是很难克服的问题，但IP地址解决了这个问题，IP地址是网络提供商给的，你在哪里整个网络都是知道的（类似于定位功能），找到你这个网络，在这个网络环境找到你的MAC就显得容易得多。但是IP地址不总是唯一的，可能我今天在长春这个网络环境，我下线了，我这个IP就会动态分配给别的设备，明天到了北京，又动态分了一个IP地址，然而我的MAC地址总是固定且唯一的，通过这个我网络IP地址和MAC地址就很容易找到我。

ip addr

查看ip地址，192.168.181.110就是一个IP地址，总共有四个部分，每部分有8位，总共有32位，理论上可以有42.9亿个IP地址，然而这些显然不能满足日益增长的计算机IP需求，因为不够用，所以有了IPV6，也就是我们的 fe80::20c:29ff:feb6:4146/64，这个有128位，有生之年都不可能分配完，据说可以给地球的每粒沙子分配一个IP，就可以想象有多少IP地址了。IP地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，也相当于现实世界的门牌号码，所以不能重复，它包括两个标识码（网络ID + 主机ID）。在同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的主机（路由器，服务器等）有一个主机ID与其对应，早期IP地址为了便于寻址和层次化构造网络，把IP分为5种类型，即A,B,C,D,E类地址。

A类

　　A类的地址，8位网络地址，和24位的主机地址组成。地址范围 1.0.0.0 -> 126.255.255.255，A类网络有127个，每个网络能容纳16777214的主机。

B类

　　B类的地址，16位网络地址，和16位的主机地址组成，地址范围128.0.0.0 -> 191.255.255.255，B类网络有16382个，每个网络可以有六万多主机

C类

　　C类的地址，24位的网络地址，和8位的主机号，地址范围 192.0.0.0 -> 223.255.255.0，C类网络有209万个，每个网络只能有可怜的254个主机

D类

　　D类的地址，从图中就可以看到，不分网络地址和主机地址，被称为广播地址，供特殊协议向选定节点发送消息时用，第一个字节是固定的1110，地址范围 224.0.0.0 ->239.255.255.255

E类

　　E类的地址，保留将来使用。240.0.0.0 -> 255.255.255.254

特殊地址

　　大家在使用本地测试访问经常用到的 127.0.0.1 表示主机本身,是一个回环测试地址。

　　在阿里云服务器使用监听地址 0.0.0.0 会有这样的设置，他在IPV4表示的是无效的目标地址，但在服务器端上它表示本机上所有的IPV4网段都能访问该服务

　　在A,B,C类地址中，各自保留一个区域作为私有地址

A类：10.0.0.0 -> 10.255.255.255
B类：172.16.0.0 -> 172.31.255.255
C类：192.168.0.0 -> 192.168.255.255

CIDR

　　在一个网吧用C类的IP地址，恐怕地址都不够，但是若是用B类地址，又是一种浪费。于是出现一个折中的办法，那就是无类域间路由，简称CIDR。给某个网络分配3个C类地址，然后适当的方法分配地址，使得3个地址能够聚合成一个地址。如果没有CIDR技术，ISP（地址网络提供商）的路由表就会有三条路由条目，但如果有了CIDR技术，就可以把这三个网段 198.168.1.0 198.168.2.0 198.168.3.0 汇聚成一条路由 198.168.0.0/16,这样ISP的路由表就只记录了一条198.168.0.0/16这一条路由，减少了路由表的条目，但若是ISP连接了一个172.168.1.0的网段，这些网络路由就没办法汇聚。CIRD节省了存储空间加快了查询速度。所以，现在都是用CIDR表示，为此引入子网掩码的概念，就是说网络位的个数可以任意指定，同时也兼容早期IP划分的方法。它将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分，子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分，它不能单独存在，必须结合IP地址一起使用，198.168.0.0/16 这个16就是指网络位有多少，在二进制格式中的网络位全为1，然后将二进制格式的子网掩码和二进制的IP地址进行 ‘与’ 运算，就可以得出该IP的网络位。

　　IP地址：192.168.181.111 二进制：11000000 10101000 10110101 01101110

　　子网掩码：255.255.255.0　　　　　　　　　　　　　二进制：11111111 11111111 11111111 00000000

　　运算：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　& 11000000 10101000 10110101 00000000

　　结果：192.168.181.0

这就是网络号了

总结

简单的总结合和回忆了对ip的理解，虽然是基础知识，但是lz真的是计算机网络小白，也不知道是否理解准确，有大神有这方面的知识储备，是否可留言讲解下IP。

参考：https://www.jianshu.com/p/e7989a7a0e96