IP
IP地址
IP地址演变过程, 首先是IPv4.
IPv4共32位bit, 以每 8 位为组，共分为 4 组，每组以「.」隔开，再将每组转换成十进制。
由于只有32位, 故最大值为
也就说，最大允许 43 亿台计算机连接到网络。
实际上，IP 地址并不是根据主机台数来配置的，而是以网卡。像服务器、路由器等设备都是有 2 个以上的网卡，也就是它们会有 2 个以上的 IP 地址。
因此，让 43 亿台计算机全部连网其实是不可能的，更何况 IP 地址是由「网络标识」和「主机标识」这两个部分组成的，所以实际能够连接到网络的计算机个数更是少了很多。
IP地址分类
互联网诞生之初，IP 地址显得很充裕，于是计算机科学家们设计了分类地址。
IP 地址分类成了 5 种类型，分别是 A 类、B 类、C 类、D 类、E 类。
ABC类地址
对于复杂场景, 需要一些特殊IP地址有不一样的用途.
- 主机号全为 1 指定某个网络下的所有主机，用于广播
- 主机号全为 0 指定某个网络
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。
- 在本网络内广播的叫做本地广播。例如网络地址为 192.168.0.0/24 的情况下，广播地址是 192.168.0.255 。因为这个广播地址的 IP 包会被路由器屏蔽，所以不会到达 192.168.0.0/24 以外的其他链路上。
- 在不同网络之间的广播叫做直接广播。例如网络地址为 192.168.0.0/24 的主机向 192.168.1.255/24 的目标地址发送 IP 包。收到这个包的路由器，将数据转发给 192.168.1.0/24，从而使得所有 192.168.1.1~192.168.1.254 的主机都能收到这个包（由于直接广播有一定的安全问题，多数情况下会在路由器上设置为不转发)。
D、E 类地址
而 D 类和 E 类地址是没有主机号的，所以不可用于主机 IP，D 类常被用于多播，E 类是预留的分类，暂时未使用。
多播用于将包发送给特定组内的所有主机。
还是举班级的栗子，老师说：“最后一排的同学，上来做这道数学题。”，老师指定的是最后一排的同学，也就是多播的含义了。
由于广播无法穿透路由，若想给其他网段发送同样的包，就可以使用可以穿透路由的多播。
如何判别是哪类地址?
IP分类的缺点
缺点一: 同一网络下没有地址层次
- 比如一个公司里用了 B 类地址，但是可能需要根据生产环境、测试环境、开发环境来划分地址层次，而这种 IP 分类是没有地址层次划分的功能，所以这就缺少地址的灵活性.
缺点二: 网络无法自适应主机数, 导致一个网络下的IP地址浪费或者不够用.
- C 类地址能包含的最大主机数量实在太少了，只有 254 个，估计一个网吧都不够用。
- 而 B 类地址能包含的最大主机数量又太多了，6 万多台机器放在一个网络下面，一般的企业基本达不到这个规模，闲着的地址就是浪费。
因此, 提出了无分类IP方案. 即CIDR.
无分类IP方案
子网掩码: Mask
首先是子网掩码, 是一个使用额外的32bit, 来区分网络和主机号的机制.将子网掩码和 IP 地址按位计算&，就可得到网络号。
由于子网掩码占用了32个bit, 因此在IP地址后使用/区分网络号和主机号的机制:CIDR.
CIDR
CIDR的全称是Classless Interdomain Routing, 即无类别域间路由, 是子网掩码的另一种表现形式.
表示形式为: ** 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，这就使得 IP 地址更加具有灵活性。
有了自由分类网络号和主机号的机制, 就可以更灵活的配置网络.
但是, 前面我们提到, IP数是由上限的, 不可能把所有设备都接入互联网. 因此, 对于IP地址不够用的情况, 就衍生出公有 IP 地址与私有 IP 地址.
公有 IP 地址与私有 IP 地址
公有 IP 地址是有个组织统一分配的, 由
ICANN组织管理，中文叫「互联网名称与数字地址分配机构」。
**公有IP:**假设你要开一个博客网站，那么你就需要去申请购买一个公有 IP，这样全世界的人才能访问。并且公有 IP 地址基本上要在整个互联网范围内保持唯一。
私有IP:平时我们办公室、家里、学校用的 IP 地址，一般都是私有 IP 地址。因为这些地址允许组织内部的 IT 人员自己管理、自己分配，而且可以重复。因此，你学校的某个私有 IP 地址和我学校的可以是一样的。
那么问题来了, 私有IP如何接入互联网呢? NAT应运而生
NAT/NAPT
简单的来说 NAT 就是同个公司、家庭、教室内的主机对外部通信时，把私有 IP 地址转换成公有 IP 地址。
那不是 N 个私有 IP 地址，你就要 N 个公有 IP 地址？这怎么就缓解了 IPv4 地址耗尽的问题？这不瞎扯吗？
确实是，普通的 NAT 转换没什么意义。
由于绝大多数的网络应用都是使用传输层协议 TCP 或 UDP 来传输数据的。
因此，可以把 IP 地址 + 端口号一起进行转换。
这样，就用一个全球 IP 地址就可以了，这种转换技术就叫网络地址与端口转换 NAPT。
转换过程
生成一个 NAPT 路由器的转换表，就可以正确地转换地址跟端口的组合，令客户端 A、B 能同时与服务器之间进行通信。
这种转换表在 NAT 路由器上自动生成。例如，在 TCP 的情况下，建立 TCP 连接首次握手时的 SYN 包一经发出，就会生成这个表。而后又随着收到关闭连接时发出 FIN 包的确认应答从表中被删除。
NAPT 那么牛逼，难道就没缺点了吗？
缺点
由于 NAT/NAPT 都依赖于自己的转换表，因此会有以下的问题：
- 外部无法主动与 NAT 内部服务器建立连接，因为 NAPT 转换表没有转换记录。
- 转换表的生成与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 连接都将被重置。
优化方案
优化方案一
- NAT穿透技术: 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，然后用这个条目对外通信，就不需要 NAT 设备来进行转换了。
优化方案二: 上IPv6.
IP协议相关技术
- DNS: 已知域名求IP
- ARP: 已知IP求Mac地址.RARP: 已知Mac求IP地址. 常用于打印机等小型嵌入式设备.
- DHCP: 动态获取IP地址.
- NAT/NAPT: 私有IP转换成公有IP接入互联网.
- ICMP: 互联网控制报文协议, 指令
PING用到该技术 .5.2 ping 的工作原理) - IGMP:
DHCP
DHCP 在生活中我们是很常见的了，我们的电脑通常都是通过 DHCP 动态获取 IP 地址，大大省去了配 IP 信息繁琐的过程。
先说明一点，DHCP 客户端进程监听的是 68 端口号，DHCP 服务端进程监听的是 67 端口号。
请求过程
- 客户端使用
UDP广播,查询DHCP服务器地址. 使用的是255.255.255.255（端口 67）并且使用0.0.0.0（端口 68）作为源 IP 地址. - DHCP 服务器收到 DHCP 发现报文时，用 DHCP 提供报文（DHCP OFFER） 向客户端做出响应。该报文仍然使用 IP 广播地址 255.255.255.255，该报文信息携带服务器提供可租约的 IP 地址、子网掩码、默认网关、DNS 服务器以及 IP 地址租用期。
- 客户端收到一个或多个服务器的 DHCP 提供报文后，从中选择一个服务器，并向选中的服务器发送 DHCP 请求报文（DHCP REQUEST)进行响应，回显配置的参数。
- 最后，服务端用 DHCP ACK 报文对 DHCP 请求报文进行响应，应答所要求的参数。
如果租约的 DHCP IP 地址快期后，客户端会向服务器发送 DHCP 请求报文：
- 服务器如果同意继续租用，则用 DHCP ACK 报文进行应答，客户端就会延长租期。
- 服务器如果不同意继续租用，则用 DHCP NACK 报文，客户端就要停止使用租约的 IP 地址。
可以发现，DHCP 交互中，全程都是使用 UDP 广播通信。
咦，用的是广播，那如果 DHCP 服务器和客户端不是在同一个局域网内，路由器又不会转发广播包，那不是每个网络都要配一个 DHCP 服务器？
所以，为了解决这一问题，就出现了 DHCP 中继代理。有了 DHCP 中继代理以后，对不同网段的 IP 地址分配也可以由一个 DHCP 服务器统一进行管理。
- DHCP 客户端会向 DHCP 中继代理发送 DHCP 请求包，而 DHCP 中继代理在收到这个广播包以后，再以单播的形式发给 DHCP 服务器。
- 服务器端收到该包以后再向 DHCP 中继代理返回应答，并由 DHCP 中继代理将此包广播给 DHCP 客户端 。
因此，DHCP 服务器即使不在同一个链路上也可以实现统一分配和管理IP地址。
ICMP
ICMP 全称是 Internet Control Message Protocol，也就是互联网控制报文协议。
ICMP 主要的功能包括：确认 IP 包是否成功送达目标地址、报告发送过程中 IP 包被废弃的原因和改善网络设置等。
在 IP 通信中如果某个 IP 包因为某种原因未能达到目标地址，那么这个具体的原因将由 ICMP 负责通知。
ICMP 大致可以分为两大类：
- 一类是用于诊断的查询消息，也就是「查询报文类型」
- 另一类是通知出错原因的错误消息，也就是「差错报文类型」
IGMP
在前面我们知道了组播地址，也就是 D 类地址，既然是组播，那就说明是只有一组的主机能收到数据包，不在一组的主机不能收到数组包，怎么管理是否是在一组呢？那么，就需要
IGMP协议了。