图解 IP 基础知识! (2)

A 类:(1.0.0.0 - 126.0.0.0)(默认子网掩码:255.0.0.0 或 0xFF000000)第一个字节为网络号,后三个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 0 ,所以地址的网络号取值于 1~126 之间。一般用于大型网络。

B 类:(128.0.0.0 - 191.255.0.0)(默认子网掩码:255.255.0.0 或 0xFFFF0000)前两个字节为网络号,后两个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 10 ,所以地址的网络号取值于 128~191 之间。一般用于中等规模网络。

C 类:(192.0.0.0 - 223.255.255.0)(子网掩码:255.255.255.0 或 0xFFFFFF00)前三个字节为网络号,最后一个字节为主机号。该类 IP 地址的最前面为 110 ,所以地址的网络号取值于 192~223 之间。一般用于小型网络。

D 类: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。一般用于多路广播用户。

E 类:是保留地址。该类 IP 地址的最前面为 1111 ,所以地址的网络号取值于 240~255 之间。

为了方便理解,我画了一张 IP 地址分类图,如下所示

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根据不同的 IP 范围,有下面不同的地总空间分类

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子网掩码

子网掩码(subnet mask) 又叫做网络掩码,它是一种用来指明一个 IP 地址的哪些位标识的是主机所在的网络。子网掩码是一个 32位 地址,用于屏蔽 IP 地址的一部分以区别网络标识和主机标识。

一个 IP 地址只要确定了其分类,也就确定了它的网络标识和主机标识,由此,各个分类所表示的网络标识范围如下

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用 1 表示 IP 网络地址的比特范围,0 表示 IP 主机地址的范围。将他们用十进制表示,那么这三类的表示如下

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保留地址

在IPv4 的几类地址中,有几个保留的地址空间不能在互联网上使用。这些地址用于特殊目的,不能在局域网外部路由。

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IP 协议版本

目前,全球 Internet 中共存有两个IP版本:IP 版本 4(IPv4)和 IP 版本6(IPv6)。 IP 地址由二进制值组成,可驱动 Internet 上所有数据的路由。 IPv4 地址的长度为 32 位,而 IPv6 地址的长度为 128 位。

Internet IP 资源由 Internet 分配号码机构(IANA)分配给区域 Internet 注册表(RIR),例如 APNIC,该机构负责根 DNS ,IP 寻址和其他 Internet 协议资源。

下面我们就一起认识一下 IP 协议中非常重要的两个版本 IPv4 和 IPv6。

IPv4

IPv4 的全称是 Internet Protocol version 4,是 Internet 协议的第四版。IPv4 是一种无连接的协议,这个协议会尽最大努力交付数据包,也就是说它不能保证任何数据包能到达目的地,也不能保证所有的数据包都会按照正确的顺序到达目标主机,这些都是由上层比如传输控制协议控制的。也就是说,单从 IP 看来,这是一个不可靠的协议。

前面我们讲过网络层分组被称为 数据报,所以我们接下来的叙述也会围绕着数据报展开。

IPv4 的数据报格式如下

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IPv4 数据报中的关键字及其解释

版本字段(Version)占用 4 bit,通信双方使用的版本必须一致,对于 IPv4 版本来说,字段值是 4。

首部长度(Internet Header Length) 占用 4 bit,首部长度说明首部有多少 32 位(4 字节)。由于 IPv4 首部可能包含不确定的选项,因此这个字段被用来确定数据的偏移量。大多数 IP 不包含这个选项,所以一般首部长度设置为 5, 数据报为 20 字节 。

服务类型(Differential Services Codepoint,DSCP) 占用 6 bit,以便使用不同的 IP 数据报,比如一些低时延、高吞吐量和可靠性的数据报。服务类型如下表所示

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拥塞通告(Explicit Congestion Notification,ECN) 占用 2 bit,它允许在不丢弃报文的同时通知对方网络拥塞的发生。ECN 是一种可选的功能,仅当两端都支持并希望使用,且底层网络支持时才被使用。 最开始 DSCP 和 ECN 统称为 TOS,也就是区分服务,但是后来被细化为了 DSCP 和 ECN。

数据报长度(Total Length) 占用 16 bit,这 16 位是包括在数据在内的总长度,理论上数据报的总长度为 2 的 16 次幂 - 1,最大长度是 65535 字节,但是实际上数据报很少有超过 1500 字节的。IP 规定所有主机都必须支持最小 576 字节的报文,但大多数现代主机支持更大的报文。当下层的数据链路协议的最大传输单元(MTU)字段的值小于 IP 报文长度时,报文就必须被分片。

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