IP¶
IPv4¶
IPv4由32位二进制数组成，通常分割成4组，每组8位（以十进制数表示）
IP组成：起始位+网络号+主机号，据此分成5类
ABC类分别预留了三段IP用于不同规模组织作私有使用
D类为组播地址，向这个IP发送消息，组下的主机都可以收到
但通常使用更灵活的CIDR(无类型域间选路)来表示，类似 x.x.x.x/n 这种形式，/n表示，前n位为固定的网络号，后(32-n)位为主机号
最常用的为/24和/16，比如最常见也最好理解的私有网络IP段：192.168.1.x/24，二进制为：11000000.10101000.00000001.x
前24位为网络号，后8位为主机号，网络号部分用1表示，主机号部分用0表示，即子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000，转换为10进制为：255.255.255.0
然后将二进制的IP和子网掩码按位逻辑与运算，即可得到网络地址：11000000.10101000.00000001.00000000，即：192.168.1.0
网络地址的主机号部分都置为1，则得到广播地址：11000000.10101000.00000001.11111111，即：192.168.1.255
- 192.168.1.x/24 IP
- 255.255.255.0 子网掩码
- 192.168.1.0 网络地址
- 192.168.1.255 广播地址（向这个地址发送消息所有主机都可以收到
- 192.168.1.1 第一个地址，通常为默认网关（路由器的一个网口）
除去网络地址和广播地址后，8位主机号可分配2^8=256-2=254个主机IP，还要预留一个给默认网关，知道了这个规则之后，便可以通过主机数倒推子网掩码来规划网络
比如有10台主机，则至少需要10+2+1=13个IP，因为2^4=16 > 13，所以主机号至少要4位，即子网掩码为：11111111.11111111.11111111.11110000，十进制为：255.255.255.240
随着互联网用户数以及联网应用/设备数的爆炸式增长，可用的大约36.47亿个IPv4地址已经无法满足地球约75亿人口所使用了，于是升级迭代出IPv6协议
2011年2月3日，IANA宣布IPv4地址已经耗尽
IPv6¶
IPv6由128位二进制数组成，通常分割成8组，每组16位（以十六进制数表示）
可为地球的每一粒沙子提供唯一IP，但它与IPv4是两个完全不同的协议，需要转换和映射才能数据互通，完全取代IPv4可能还需要很长一段时间。
查看IP¶
# windows
ipconfig /all
# linux/mac
ifconfig # 需要安装net-tools，已停止维护
ip addr # 需要安装iproute2，逐渐取代net-tools，推荐
返回字段解析
# 第一行
eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> # net_device flags(网络设备状态标识)
# BROADCAST 表示这个网卡有广播地址，可以发送广播包
# MULTICAST 表示网卡可以发送多播包
# UP 表示网卡处于启动的状态
# LOWER_UP 表示L1是启动的，也即网线插着呢
mtu 1500 # 最大传输单元1500字节(这是以太网的默认值)
# MAC头后面的正文(包括IP头、TCP头、HTTP头)不允许超过1500个字节，存不下则分片传输
qdisc pfifo_fast # queueing discipline(排队规则)
# 内核通过某个网络接口发送数据包时，需要按照这个排队规则将数据包加入队列
state UP
# 第二行
link/ether 00:15:5d:21:b9:ea brd ff:ff:ff:ff:ff:ff # mac地址
# 第三行
xxx.xx.xxx.x scope global eth0 # ethernet 以太网卡，范围global，对外访问
127.0.0.1/8 scope host lo # loopback 环回接口，范围host，供本机相互通信
分配IP¶
设置项：IP、子网掩码、默认网关、DNS
方式
- Static(静态) IP
手工给设备设置IP地址
- Dynamic(动态) IP
设备向DHCP服务器（主机或路由器）发送一个请求，获取IP地址
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol) 动态主机配置协议
分配地址的时候会设定租期，当租期过去50%时会向DHCP服务器发送续约请求，如果没有发则IP将被收回
此外，像打印机、服务器、路由器等这些IP不应该经常变化的设备，还可以在DHCP配置中根据MAC地址预留固定IP
数据链路层¶
当两台设备通信时，需要知道彼此的IP和MAC地址，根据IP段的网络地址是否相同，通信过程会有所不同
MAC地址（属于MAC层所以叫MAC地址），是网卡出厂自带的物理地址，类似于身份证号具有全球唯一标识性，仅用于同网段局域网内定位，出了网关还得靠IP路由
MAC(Medium Access Control) 媒体访问控制，主要解决多路访问时谁先发谁后发，以及发给谁等问题
网关（一般是路由器）通过路由协议（常用的有 OSPF 和 BGP）按路由表将数据包发出
网络地址相同¶
设备A如果想要与同网段的设备B通信，首先，设备A先查找本机或交换机的ARP Cache中是否缓存过设备B的MAC地址
ARP(Address Resolution Protocol) 地址解析协议，用于将IP地址解析为MAC地址
# 查看ARP Cache
arp -a # windows
# 动态类型是通过广播获取然后缓存的
# 否则就是静态的，比如手动添加
arp -s IP MAC
如果ARP Cache中没有，将向广播地址发起ARP请求，询问每个设备谁有这个IP，以及MAC地址是啥，当目标IP收到消息后会返回自己的MAC地址，设备A收到MAC地址后缓存到cache，下次可以直接发送不需要再广播
网络地址不同¶
设备A如果想与跨网段的设备D通信，由于设备A和D的IP都是私有IP，彼此需要借助各自NAT网关的公有IP来通信
NAT(Network Address Translation) 网关，主要工作就是将私有IP转换为公有IP
这只是因为IPv4提供的公有IP数不足，为了节约IP才创造出的一种协议，IPv6中是没必要存在的，但由于IPv6还未完全取代IPv4，两个协议混用转换时还是会用到NAT
出了网关，通过动态路由表路由到目标设备
BGP协议：基于TCP协议，根据距离矢量路由算法(Bellman-Ford)，找到最短路径，主要用于内网
OSPF协议，基于IP协议，根据链路状态路由算法(Dijkstra)，找到最佳路径，主要用于外网
域名¶
根域名，也叫Root/Apex/naked/bare Domains