來自公眾號(hào)：小林coding
作者：小林coding
前言
前段時(shí)間苔巨，有讀者希望我寫一篇關(guān)于 IP 分類地址、子網(wǎng)劃分等的文章废离，他反饋常持对螅混淆，摸不著頭腦蜻韭。
那么悼尾，說來就來柿扣！而且要盤就盤全一點(diǎn)，順便挑戰(zhàn)下小林的圖解功力闺魏，所以就來個(gè) IP 基礎(chǔ)知識(shí)全家桶未状。
吃完這個(gè) IP 基礎(chǔ)知識(shí)全家桶全家桶，包你撐著肚子喊出：“真香析桥！”
不多說司草，直接上菜，共分為三道菜：
首先是前菜 「 IP 基本認(rèn)識(shí) 」
其次是主菜 「IP 地址的基礎(chǔ)知識(shí)」
最后是點(diǎn)心 「IP 協(xié)議相關(guān)技術(shù)」
為啥要比喻成菜烹骨？因?yàn)樾×质?strong>菜狗（押韻不翻伺？）
正文
前菜 —— IP 基本認(rèn)識(shí)
IP 在 TCP/IP 參考模型中處于第三層材泄，也就是網(wǎng)絡(luò)層沮焕。
網(wǎng)絡(luò)層的主要作用是：實(shí)現(xiàn)主機(jī)與主機(jī)之間的通信，也叫點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（end to end）通信拉宗。
網(wǎng)絡(luò)層與數(shù)據(jù)鏈路層有什么關(guān)系呢峦树？
有的小伙伴分不清 IP（網(wǎng)絡(luò)層） 和 MAC （數(shù)據(jù)鏈路層）之間的區(qū)別和關(guān)系。
其實(shí)很容易區(qū)分旦事，在上面我們知道 IP 的作用是主機(jī)之間通信中的魁巩，而 MAC 的作用則是實(shí)現(xiàn)「直連」的兩個(gè)設(shè)備之間通信，而 IP 則負(fù)責(zé)在「沒有直連」的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信傳輸姐浮。
舉個(gè)生活的栗子谷遂，小林要去一個(gè)很遠(yuǎn)的地方旅行，制定了一個(gè)行程表卖鲤，其間需先后乘坐飛機(jī)肾扰、地鐵、公交車才能抵達(dá)目的地蛋逾，為此小林需要買飛機(jī)票集晚，地鐵票等。
飛機(jī)票和地鐵票都是去往特定的地點(diǎn)的区匣，每張票只能夠在某一限定區(qū)間內(nèi)移動(dòng)偷拔，此處的「區(qū)間內(nèi)」就如同通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)鏈路。
在區(qū)間內(nèi)移動(dòng)相當(dāng)于數(shù)據(jù)鏈路層亏钩，充當(dāng)區(qū)間內(nèi)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)墓δ芰拢瑓^(qū)間內(nèi)的出發(fā)點(diǎn)好比源 MAC 地址，目標(biāo)地點(diǎn)好比目的 MAC 地址姑丑。
整個(gè)旅游行程表就相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)層钉蒲，充當(dāng)遠(yuǎn)程定位的功能，行程的開始好比源 IP彻坛，行程的終點(diǎn)好比目的 IP 地址顷啼。
如果小林只有行程表而沒有車票踏枣，就無法搭乘交通工具到達(dá)目的地。相反钙蒙，如果除了車票而沒有行程表茵瀑，恐怕也很難到達(dá)目的地。因?yàn)樾×植恢涝撟裁窜嚬幔膊恢涝撛谀睦飺Q乘马昨。
因此，只有兩者兼?zhèn)淇甘扔心硞€(gè)區(qū)間的車票又有整個(gè)旅行的行程表鸿捧，才能保證到達(dá)目的地。與此類似疙渣，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中也需要「數(shù)據(jù)鏈路層」和「網(wǎng)絡(luò)層」這個(gè)分層才能實(shí)現(xiàn)向最終目標(biāo)地址的通信匙奴。
還有重要一點(diǎn)，旅行途中我們雖然不斷變化了交通工具妄荔，但是旅行行程的起始地址和目的地址始終都沒變泼菌。其實(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包傳輸中也是如此啦租，源IP地址和目標(biāo)IP地址在傳輸過程中是不會(huì)變化的哗伯，只有源 MAC 地址和目標(biāo) MAC 一直在變化。
主菜 —— IP 地址的基礎(chǔ)知識(shí)
在 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)篷角，為了保證能正常通信焊刹，每個(gè)設(shè)備都需要配置正確的 IP 地址，否則無法實(shí)現(xiàn)正常的通信恳蹲。
IP 地址（IPv4 地址）由 32 位正整數(shù)來表示虐块，IP 地址在計(jì)算機(jī)是以二進(jìn)制的方式處理的。
而人類為了方便記憶采用了點(diǎn)分十進(jìn)制的標(biāo)記方式阱缓，也就是將 32 位 IP 地址以每 8 位為組非凌，共分為 4 組，每組以「.」隔開荆针，再將每組轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制敞嗡。
那么，IP 地址最大值也就是
也就說航背，最大允許 43 億臺(tái)計(jì)算機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)喉悴。
實(shí)際上，IP 地址并不是根據(jù)主機(jī)臺(tái)數(shù)來配置的玖媚，而是以網(wǎng)卡箕肃。像服務(wù)器、路由器等設(shè)備都是有 2 個(gè)以上的網(wǎng)卡今魔，也就是它們會(huì)有 2 個(gè)以上的 IP 地址勺像。
因此障贸，讓 43 億臺(tái)計(jì)算機(jī)全部連網(wǎng)其實(shí)是不可能的，更何況 IP 地址是由「網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)」和「主機(jī)標(biāo)識(shí)」這兩個(gè)部分組成的吟宦，所以實(shí)際能夠連接到網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)個(gè)數(shù)更是少了很多篮洁。
可能有的小伙伴提出了疑問，現(xiàn)在不僅電腦配了 IP殃姓， 手機(jī)袁波、IPad 等電子設(shè)備都配了 IP 呀，照理來說肯定會(huì)超過 43 億啦蜗侈，那是怎么能夠支持這么多 IP 的呢篷牌？
因?yàn)闀?huì)根據(jù)一種可以更換 IP 地址的技術(shù) NAT，使得可連接計(jì)算機(jī)數(shù)超過 43 億臺(tái)踏幻。NAT 技術(shù)后續(xù)會(huì)進(jìn)一步討論和說明馁害。
IP 地址的分類
互聯(lián)網(wǎng)誕生之初专肪，IP 地址顯得很充裕峻汉，于是計(jì)算機(jī)科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)了分類地址缰雇。
IP 地址分類成了 5 種類型搀愧，分別是 A 類家淤、B 類佳晶、C 類抄瓦、D 類坐求、E 類蚕泽。
上圖中黃色部是分類號(hào)，用以區(qū)分 IP 地址類別桥嗤。
什么是 A须妻、B、C 類地址泛领？
其中對(duì)于 A荒吏、B、C 類主要分為兩個(gè)部分渊鞋，分別是網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)绰更。這很好理解，好比小林是 A 小區(qū) 1 棟 101 號(hào)锡宋，你是 B 小區(qū) 1 棟 101 號(hào)儡湾。
我們可以用下面這個(gè)表格， 就能很清楚的知道 A执俩、B徐钠、C 分類對(duì)應(yīng)的地址范圍、最大主機(jī)個(gè)數(shù)役首。
A尝丐、B显拜、C 分類地址
A、B爹袁、C 分類地址最大主機(jī)個(gè)數(shù)是如何計(jì)算的呢讼油？
最大主機(jī)個(gè)數(shù)，就是要看主機(jī)號(hào)的位數(shù)呢簸，如 C 類地址的主機(jī)號(hào)占 8 位矮台，那么 C 類地址的最大主機(jī)個(gè)數(shù)：
為什么要減 2 呢？
因?yàn)樵?IP 地址中根时，有兩個(gè) IP 是特殊的瘦赫，分別是主機(jī)號(hào)全為 1 和 全為 0 地址。
主機(jī)號(hào)全為 1 指定某個(gè)網(wǎng)絡(luò)下的所有主機(jī)蛤迎，用于廣播
主機(jī)號(hào)全為 0 指定某個(gè)網(wǎng)絡(luò)
因此确虱，在分配過程中，應(yīng)該去掉這兩種情況替裆。
廣播地址用于什么校辩？
廣播地址用于在同一個(gè)鏈路中相互連接的主機(jī)之間發(fā)送數(shù)據(jù)包。
學(xué)校班級(jí)中就有廣播的例子辆童，在準(zhǔn)備上課的時(shí)候宜咒，通常班長會(huì)喊：“上課， 全體起立把鉴！”故黑，班里的同學(xué)聽到這句話是不是全部都站起來了？這個(gè)句話就有廣播的含義庭砍。
當(dāng)主機(jī)號(hào)全為 1 時(shí)场晶，就表示該網(wǎng)絡(luò)的廣播地址。例如把 172.20.0.0/16 用二進(jìn)制表示如下：
10101100.00010100.00000000.00000000
將這個(gè)地址的主機(jī)部分全部改為 1怠缸，則形成廣播地址：
10101100.00010100.11111111.11111111
再將這個(gè)地址用十進(jìn)制表示诗轻，則為 172.20.255.255。
廣播地址可以分為本地廣播和直接廣播兩種揭北。
在本網(wǎng)絡(luò)內(nèi)廣播的叫做本地廣播扳炬。例如網(wǎng)絡(luò)地址為 192.168.0.0/24 的情況下，廣播地址是 192.168.0.255 罐呼。因?yàn)檫@個(gè)廣播地址的 IP 包會(huì)被路由器屏蔽鞠柄，所以不會(huì)到達(dá) 192.168.0.0/24 以外的其他鏈路上。
在不同網(wǎng)絡(luò)之間的廣播叫做直接廣播嫉柴。例如網(wǎng)絡(luò)地址為 192.168.0.0/24 的主機(jī)向 192.168.1.255/24 的目標(biāo)地址發(fā)送 IP 包厌杜。收到這個(gè)包的路由器，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給192.168.1.0/24，從而使得所有 192.168.1.1~192.168.1.254 的主機(jī)都能收到這個(gè)包（由于直接廣播有一定的安全問題夯尽，多數(shù)情況下會(huì)在路由器上設(shè)置為不轉(zhuǎn)發(fā)）瞧壮。
什么是 D、E 類地址匙握？
而 D 類和 E 類地址是沒有主機(jī)號(hào)的咆槽，所以不可用于主機(jī) IP，D 類常被用于多播圈纺，E 類是預(yù)留的分類秦忿，暫時(shí)未使用。
D蛾娶、E 分類地址
多播地址用于什么灯谣？
多播用于將包發(fā)送給特定組內(nèi)的所有主機(jī)。
還是舉班級(jí)的栗子蛔琅，老師說：“最后一排的同學(xué)胎许，上來做這道數(shù)學(xué)題÷奘郏”辜窑，老師是指定的是最后一排的同學(xué)，也就是多播的含義了寨躁。
由于廣播無法穿透路由穆碎，若想給其他網(wǎng)段發(fā)送同樣的包，就可以使用可以穿透路由的多播（組播）朽缎。
多播使用的 D 類地址惨远，其前四位是 1110 就表示是多播地址谜悟，而剩下的 28 位是多播的組編號(hào)话肖。
從 224.0.0.0 ~ 239.255.255.255 都是多播的可用范圍，其劃分為以下三類：
224.0.0.0 ~ 224.0.0.255 為預(yù)留的組播地址葡幸，只能局域網(wǎng)中最筒，路由器是不會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的
224.0.1.0 ~ 238.255.255.255 為用戶可用的組播地址，可以用于 Internet 上
239.0.0.0 ~ 239.255.255.255 為本地管理組播地址蔚叨，可供內(nèi)部網(wǎng)在內(nèi)部使用床蜘，僅在特定的本地范圍內(nèi)有效
IP 分類的優(yōu)點(diǎn)
不管是路由器還是主機(jī)解析到一個(gè) IP 地址時(shí)候，我們判斷其 IP 地址的首位是否為 0蔑水，為 0 則為 A 類地址邢锯，那么就能很快的找出網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址。
其余分類判斷方式參考如下圖：
所以搀别，這種分類地址的優(yōu)點(diǎn)就是簡單明了丹擎、選路（基于網(wǎng)絡(luò)地址）簡單。
IP 分類的缺點(diǎn)
缺點(diǎn)一
同一網(wǎng)絡(luò)下沒有地址層次，比如一個(gè)公司里用了 B 類地址蒂培，但是可能需要根據(jù)生產(chǎn)環(huán)境再愈、測試環(huán)境、開發(fā)環(huán)境來劃分地址層次护戳，而這種 IP 分類是沒有地址層次劃分的功能翎冲，所以這就缺少地址的靈活性。
缺點(diǎn)二
A媳荒、B抗悍、C類有個(gè)尷尬處境，就是不能很好的與現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)匹配钳枕。
C 類地址能包含的最大主機(jī)數(shù)量實(shí)在太少了檐春，只有 254 個(gè)，估計(jì)一個(gè)網(wǎng)吧都不夠用么伯。
而 B 類地址能包含的最大主機(jī)數(shù)量又太多了疟暖，6 萬多臺(tái)機(jī)器放在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下面，一般的企業(yè)基本達(dá)不到這個(gè)規(guī)模田柔，閑著的地址就是浪費(fèi)俐巴。
這兩個(gè)缺點(diǎn)，都可以在 CIDR 無分類地址解決硬爆。
無分類地址 CIDR
正因?yàn)?IP 分類存在許多缺點(diǎn)欣舵，所有后面提出了無分類地址的方案，即 CIDR缀磕。
這種方式不再有分類地址的概念缘圈，32 比特的 IP 地址被劃分為兩部分，前面是網(wǎng)絡(luò)號(hào)袜蚕，后面是主機(jī)號(hào)糟把。
怎么劃分網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)的呢？
表示形式 a.b.c.d/x牲剃，其中 /x 表示前 x 位屬于網(wǎng)絡(luò)號(hào)遣疯， x 的范圍是 0 ~ 32，這就使得 IP 地址更加具有靈活性凿傅。
比如 10.100.122.2/24缠犀，這種地址表示形式就是 CIDR，/24 表示前 24 位是網(wǎng)絡(luò)號(hào)聪舒，剩余的 8 位是主機(jī)號(hào)辨液。
還有另一種劃分網(wǎng)絡(luò)號(hào)與主機(jī)號(hào)形式，那就是子網(wǎng)掩碼箱残，掩碼的意思就是掩蓋掉主機(jī)號(hào)滔迈，剩余的就是網(wǎng)絡(luò)號(hào)。
將子網(wǎng)掩碼和 IP 地址按位計(jì)算 AND亡鼠，就可得到網(wǎng)絡(luò)號(hào)赏殃。
為什么要分離網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)？
因?yàn)閮膳_(tái)計(jì)算機(jī)要通訊间涵，首先要判斷是否處于同一個(gè)廣播域內(nèi)仁热，即網(wǎng)絡(luò)地址是否相同。如果網(wǎng)絡(luò)地址相同勾哩，表明接受方在本網(wǎng)絡(luò)上抗蠢，那么可以把數(shù)據(jù)包直接發(fā)送到目標(biāo)主機(jī)，
路由器尋址工作中思劳，也就是通過這樣的方式來找到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)號(hào)的迅矛，進(jìn)而把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)。
怎么進(jìn)行子網(wǎng)劃分潜叛？
在上面我們知道可以通過子網(wǎng)掩碼劃分出網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)秽褒，那實(shí)際上子網(wǎng)掩碼還有一個(gè)作用，那就是劃分子網(wǎng)威兜。
子網(wǎng)劃分實(shí)際上是將主機(jī)地址分為兩個(gè)部分：子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址和子網(wǎng)主機(jī)地址销斟。形式如下：
未做子網(wǎng)劃分的 ip 地址：網(wǎng)絡(luò)地址＋主機(jī)地址
做子網(wǎng)劃分后的 ip 地址：網(wǎng)絡(luò)地址＋（子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址＋子網(wǎng)主機(jī)地址）
假設(shè)對(duì) C 類地址進(jìn)行子網(wǎng)劃分，網(wǎng)絡(luò)地址 192.168.1.0椒舵，使用子網(wǎng)掩碼 255.255.255.192 對(duì)其進(jìn)行子網(wǎng)劃分蚂踊。
C 類地址中前 24 位 是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，最后 8 位是主機(jī)號(hào)笔宿，根據(jù)子網(wǎng)掩碼可知從 8 位主機(jī)號(hào)中借用 2 位作為子網(wǎng)號(hào)犁钟。
由于子網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址被劃分成 2 位，那么子網(wǎng)地址就有 4 個(gè)泼橘，分別是 00涝动、01、10侥加、11捧存，具體劃分如下圖：
劃分后的 4 個(gè)子網(wǎng)如下表格：
公有 IP 地址與私有 IP 地址
在 A、B担败、C 分類地址，實(shí)際上有分公有 IP 地址和 私有 IP 地址镰官。
平時(shí)我們辦公室提前、家里、學(xué)校用的 IP 地址泳唠，一般都是私有 IP 地址狈网。因?yàn)檫@些地址允許組織內(nèi)部的 IT 人員自己管理、自己分配，而且可以重復(fù)拓哺。因此勇垛，你學(xué)校的某個(gè)私有 IP 地址和我學(xué)校的可以是一樣的。
就像每個(gè)小區(qū)都有自己的樓編號(hào)和門牌號(hào)士鸥，你小區(qū)家可以叫 1 棟 101 號(hào)闲孤，我小區(qū)家也可以叫 1 棟 101，沒有任何問題烤礁。但一旦出了小區(qū)讼积，就需要帶上中山路 666 號(hào)（公網(wǎng) IP 地址），是國家統(tǒng)一分配的脚仔，不能兩個(gè)小區(qū)都叫中山路 666勤众。
所以，公有 IP 地址是有個(gè)組織統(tǒng)一分配的鲤脏，假設(shè)你要開一個(gè)博客網(wǎng)站们颜，那么你就需要去申請(qǐng)購買一個(gè)公有 IP，這樣全世界的人才能訪問猎醇。并且公有 IP 地址基本上要在整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)保持唯一掌桩。
公有 IP 地址由誰管理呢？
私有 IP 地址通常是內(nèi)部的 IT 人員值管理姑食，公有 IP 地址是由 ICANN 組織管理波岛，中文叫「互聯(lián)網(wǎng)名稱與數(shù)字地址分配機(jī)構(gòu)」。
IANA 是 ICANN 的其中一個(gè)機(jī)構(gòu)音半，它負(fù)責(zé)分配互聯(lián)網(wǎng) IP 地址则拷，是按州的方式層層分配。
ARIN 北美地區(qū)
LACNIC 拉丁美洲和一些加勒比群島
RIPE NCC 歐洲曹鸠、中東和中亞
AfriNIC 非洲地區(qū)
APNIC 亞太地區(qū)
其中煌茬，在中國是由 CNNIC 的機(jī)構(gòu)進(jìn)行管理，它是中國國內(nèi)唯一指定的全局 IP 地址管理的組織彻桃。
IP 地址與路由控制
IP地址的網(wǎng)絡(luò)地址這一部分是用于進(jìn)行路由控制坛善。
路由控制表中記錄著網(wǎng)絡(luò)地址與下一步應(yīng)該發(fā)送至路由器的地址，在主機(jī)和路由器上都會(huì)有各自的路由器控制表邻眷。
在發(fā)送 IP 包時(shí)眠屎，首先要確定 IP 包首部中的目標(biāo)地址，再從路由控制表中找到與該地址具有相同網(wǎng)絡(luò)地址的記錄肆饶，根據(jù)該記錄將 IP 包轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的下一個(gè)路由器改衩。如果路由控制表中存在多條相同網(wǎng)絡(luò)地址的記錄，就選擇相同位數(shù)最多的網(wǎng)絡(luò)地址驯镊，也就是最長匹配葫督。
下面以下圖的網(wǎng)絡(luò)鏈路作為例子說明：
主機(jī) A 要發(fā)送一個(gè) IP 包竭鞍，其源地址是
10.1.1.30和目標(biāo)地址是10.1.2.10，由于沒有在主機(jī) A 的路由表找到與目標(biāo)地址10.1.2.10的網(wǎng)絡(luò)地址橄镜，于是把包被轉(zhuǎn)發(fā)到默認(rèn)路由（路由器1）路由器
1收到 IP 包后偎快，也在路由器1的路由表匹配與目標(biāo)地址相同的網(wǎng)絡(luò)地址記錄，發(fā)現(xiàn)匹配到了洽胶，于是就把 IP 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到了10.1.0.2這臺(tái)路由器2路由器
2收到后晒夹，同樣對(duì)比自身的路由表，發(fā)現(xiàn)匹配到了妖异，于是把 IP 包從路由器2的10.1.2.1這個(gè)接口出去惋戏，最終經(jīng)過交換機(jī)把 IP 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到了目標(biāo)主機(jī)
環(huán)回地址是不會(huì)流向網(wǎng)絡(luò)
環(huán)回地址是在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上的程序之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)所使用的一個(gè)默認(rèn)地址。
計(jì)算機(jī)使用一個(gè)特殊的 IP 地址 127.0.0.1 作為環(huán)回地址他膳，與該地址具有相同意義的是一個(gè)叫做 localhost 的主機(jī)名响逢。
使用這個(gè) IP 或主機(jī)名時(shí)，數(shù)據(jù)包不會(huì)流向網(wǎng)絡(luò)棕孙。
IP 分片與重組
每種數(shù)據(jù)鏈路的最大傳輸單元 MTU 都是不相同的制市，如 FDDI 數(shù)據(jù)鏈路 MTU 4352儒恋、以太網(wǎng)的 MTU 是 1500 字節(jié)等浦马。
每種數(shù)據(jù)鏈路的 MTU 之所以不同小泉，是因?yàn)槊總€(gè)不同類型的數(shù)據(jù)鏈路的使用目的不同。使用目的不同肢预，可承載的 MTU 也就不同矛洞。
其中，我們最常見數(shù)據(jù)鏈路是以太網(wǎng)烫映，它的 MTU 是 1500 字節(jié)沼本。
那么當(dāng) IP 數(shù)據(jù)包大小大于 MTU 時(shí)， IP 數(shù)據(jù)包就會(huì)被分片锭沟。
經(jīng)過分片之后的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)在被重組的時(shí)候抽兆，只能由目標(biāo)主機(jī)進(jìn)行，路由器是不會(huì)進(jìn)行重組的族淮。
假設(shè)發(fā)送方發(fā)送一個(gè) 4000 字節(jié)的大數(shù)據(jù)報(bào)辫红，若要傳輸在以太網(wǎng)鏈路，則需要把數(shù)據(jù)報(bào)分片成 3 個(gè)小數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行傳輸祝辣，再交由接收方重組成大數(shù)據(jù)報(bào)贴妻。
在分片傳輸中，一旦某個(gè)分片丟失较幌，則會(huì)造成整個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)作廢揍瑟，所以 TCP 引入了 MSS 也就是在 TCP 層進(jìn)行分片不由 IP 層分片，那么對(duì)于 UDP 我們盡量不要發(fā)送一個(gè)大于 MTU 的數(shù)據(jù)報(bào)文乍炉。
IPv6 基本認(rèn)識(shí)
IPv4 的地址是 32 位的绢片，大約可以提供 42 億個(gè)地址，但是早在 2011 年 IPv4 地址就已經(jīng)被分配完了岛琼。
但是 IPv6 的地址是 128 位的底循，這可分配的地址數(shù)量是大的驚人，說個(gè)段子 IPv6 可以保證地球上的每粒沙子都能被分配到一個(gè) IP 地址槐瑞。
但 IPv6 除了有更多的地址之外熙涤，還有更好的安全性和擴(kuò)展性，說簡單點(diǎn)就是 IPv6 相比于 IPv4 能帶來更好的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)困檩。
但是因?yàn)?IPv4 和 IPv6 不能相互兼容祠挫，所以不但要我們電腦、手機(jī)之類的設(shè)備支持悼沿，還需要網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)等舔，所以這可能是 IPv6 普及率比較慢的一個(gè)原因。
IPv6 的亮點(diǎn)
IPv6 不僅僅只是可分配的地址變多了糟趾，他還有非常多的亮點(diǎn)慌植。
IPv6 可自動(dòng)配置，即使沒有 DHCP 服務(wù)器也可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分配IP地址义郑，真是便捷到即插即用啊蝶柿。
IPv6 包頭包首部長度采用固定的值
40字節(jié)，去掉了包頭校驗(yàn)和非驮，簡化了首部結(jié)構(gòu)交汤，減輕了路由器負(fù)荷，大大提高了傳輸?shù)男阅?/strong>劫笙。IPv6 有應(yīng)對(duì)偽造 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)安全功能以及防止線路竊聽的功能芙扎，大大提升了安全性。
… （由你發(fā)現(xiàn)更多的亮點(diǎn)）
IPv6 地址的標(biāo)識(shí)方法
IPv4 地址長度共 32 位邀摆，是以每 8 位作為一組纵顾，并用點(diǎn)分十進(jìn)制的表示方式。
IPv6 地址長度是 128 位栋盹，是以每 16 位作為一組施逾，每組用冒號(hào) 「:」 隔開。
如果出現(xiàn)連續(xù)的 0 時(shí)還可以將這些 0 省略例获，并用兩個(gè)冒號(hào) 「::」隔開汉额。但是，一個(gè) IP 地址中只允許出現(xiàn)一次兩個(gè)連續(xù)的冒號(hào)榨汤。
IPv6 地址的結(jié)構(gòu)
IPv6 類似 IPv4蠕搜，也是通過 IP 地址的前幾位標(biāo)識(shí) IP 地址的種類。
IPv6 的地址主要有一下類型地址：
單播地址收壕，用于一對(duì)一的通信
組播地址妓灌，用于一對(duì)多的通信
任播地址轨蛤，用于通信最近的節(jié)點(diǎn)，最近的節(jié)點(diǎn)是由路由協(xié)議決定
沒有廣播地址
IPv6 單播地址類型
對(duì)于一對(duì)一通信的 IPv6 地址虫埂，主要?jiǎng)澐至巳悊尾サ刂废樯剑款惖刂返挠行Х秶疾煌?/p>
在同一鏈路單播通信，不經(jīng)過路由器掉伏，可以使用鏈路本地單播地址缝呕，IPv4 沒有此類型
在內(nèi)網(wǎng)里單播通信，可以使用唯一本地地址斧散，相當(dāng)于 IPv4 的私有 IP
在互聯(lián)網(wǎng)通信供常，可以使用全局單播地址，相當(dāng)于 IPv4 的公有 IP
IPv4 首部與 IPv6 首部
IPv4 首部與 IPv6 首部的差異如下圖：
<figcaption style="margin: 10px 0px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; line-height: inherit; text-align: center; color: rgb(153, 153, 153); font-size: 0.7em; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;">IPv4 首部與 IPv6 首部的差異</figcaption>
IPv6 相比 IPv4 的首部改進(jìn)：
取消了首部校驗(yàn)和字段鸡捐。 因?yàn)樵跀?shù)據(jù)鏈路層和傳輸層都會(huì)校驗(yàn)栈暇，因此 IPv6 直接取消了 IP 的校驗(yàn)。
取消了分片/重新組裝相關(guān)字段闯参。 分片與重組是耗時(shí)的過程瞻鹏，IPv6 不允許在中間路由器進(jìn)行分片與重組，這種操作只能在源與目標(biāo)主機(jī)鹿寨，這將大大提高了路由器轉(zhuǎn)發(fā)的速度新博。
取消選項(xiàng)字段。 選項(xiàng)字段不再是標(biāo)準(zhǔn) IP 首部的一部分了脚草，但它并沒有消失赫悄，而是可能出現(xiàn)在 IPv6 首部中的「下一個(gè)首部」指出的位置上。刪除該選項(xiàng)字段是的 IPv6 的首部成為固定長度的
40字節(jié)馏慨。
點(diǎn)心 —— IP 協(xié)議相關(guān)技術(shù)
跟 IP 協(xié)議相關(guān)的技術(shù)也不少埂淮，接下來說說與 IP 協(xié)議相關(guān)的重要且常見的技術(shù)。
DNS 域名解析
ARP 與 RARP 協(xié)議
DHCP 動(dòng)態(tài)獲取 IP 地址
NAT 網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換
ICMP 互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議
IGMP 因特網(wǎng)組管理協(xié)
DNS
我們?cè)谏暇W(wǎng)的時(shí)候写隶，通常使用的方式域名倔撞，而不是 IP 地址，因?yàn)橛蛎奖闳祟愑洃洝?/p>
那么實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的就是 DNS 域名解析慕趴，DNS 可以將域名網(wǎng)址自動(dòng)轉(zhuǎn)換為具體的 IP 地址痪蝇。
域名的層級(jí)關(guān)系
DNS 中的域名都是用句點(diǎn)來分隔的，比如 www.server.com冕房，這里的句點(diǎn)代表了不同層次之間的界限躏啰。
在域名中，越靠右的位置表示其層級(jí)越高耙册。
畢竟域名是外國人發(fā)明给僵，所以思維和中國人相反，比如說一個(gè)城市地點(diǎn)的時(shí)候详拙，外國喜歡從小到大的方式順序說起（如 XX 街道 XX 區(qū) XX 市 XX 实奂省）蔓同，而中國則喜歡從大到小的順序（如 XX 省 XX 市 XX 區(qū) XX 街道）。
根域是在最頂層胡本，它的下一層就是 com 頂級(jí)域牌柄，再下面是 server.com畸悬。
所以域名的層級(jí)關(guān)系類似一個(gè)樹狀結(jié)構(gòu)：
根 DNS 服務(wù)器
頂級(jí)域 DNS 服務(wù)器（com）
權(quán)威 DNS 服務(wù)器（server.com）
根域的 DNS 服務(wù)器信息保存在互聯(lián)網(wǎng)中所有的 DNS 服務(wù)器中侧甫。這樣一來，任何 DNS 服務(wù)器就都可以找到并訪問根域 DNS 服務(wù)器了蹋宦。
因此披粟，客戶端只要能夠找到任意一臺(tái) DNS 服務(wù)器，就可以通過它找到根域 DNS 服務(wù)器冷冗，然后再一路順藤摸瓜找到位于下層的某臺(tái)目標(biāo) DNS 服務(wù)器守屉。
域名解析的工作流程
瀏覽器首先看一下自己的緩存里有沒有，如果沒有就向操作系統(tǒng)的緩存要蒿辙，還沒有就檢查本機(jī)域名解析文件 hosts拇泛，如果還是沒有，就會(huì) DNS 服務(wù)器進(jìn)行查詢思灌，查詢的過程如下：
客戶端首先會(huì)發(fā)出一個(gè) DNS 請(qǐng)求俺叭，問 www.server.com 的 IP 是啥，并發(fā)給本地 DNS 服務(wù)器（也就是客戶端的 TCP/IP 設(shè)置中填寫的 DNS 服務(wù)器地址）泰偿。
本地域名服務(wù)器收到客戶端的請(qǐng)求后熄守，如果緩存里的表格能找到 www.server.com，則它直接返回 IP 地址耗跛。如果沒有裕照，本地 DNS 會(huì)去問它的根域名服務(wù)器：“老大， 能告訴我 www.server.com 的 IP 地址嗎调塌？” 根域名服務(wù)器是最高層次的晋南，它不直接用于域名解析，但能指明一條道路羔砾。
根 DNS 收到來自本地 DNS 的請(qǐng)求后负间，發(fā)現(xiàn)后置是 .com，說：“www.server.com 這個(gè)域名歸 .com 區(qū)域管理”蜒茄，我給你 .com 頂級(jí)域名服務(wù)器地址給你唉擂，你去問問它吧√锤穑”
本地 DNS 收到頂級(jí)域名服務(wù)器的地址后玩祟，發(fā)起請(qǐng)求問“老二， 你能告訴我 www.server.com 的 IP 地址嗎屿聋？”
頂級(jí)域名服務(wù)器說：“我給你負(fù)責(zé) www.server.com 區(qū)域的權(quán)威 DNS 服務(wù)器的地址空扎，你去問它應(yīng)該能問到”藏鹊。
本地 DNS 于是轉(zhuǎn)向問權(quán)威 DNS 服務(wù)器：“老三，www.server.com對(duì)應(yīng)的IP是啥呀转锈？” server.com 的權(quán)威 DNS 服務(wù)器盘寡，它是域名解析結(jié)果的原出處。為啥叫權(quán)威呢撮慨？就是我的域名我做主竿痰。
權(quán)威 DNS 服務(wù)器查詢后將對(duì)應(yīng)的 IP 地址 X.X.X.X 告訴本地 DNS。
本地 DNS 再將 IP 地址返回客戶端砌溺，客戶端和目標(biāo)建立連接影涉。
至此，我們完成了 DNS 的解析過程」娣ィ現(xiàn)在總結(jié)一下蟹倾，整個(gè)過程我畫成了一個(gè)圖。
DNS 域名解析的過程蠻有意思的猖闪，整個(gè)過程就和我們?nèi)粘Ｉ钪姓胰藛柭返倪^程類似鲜棠，只指路不帶路。
ARP
在傳輸一個(gè) IP 數(shù)據(jù)報(bào)的時(shí)候培慌，確定了源 IP 地址和目標(biāo) IP 地址后豁陆，就會(huì)通過主機(jī)「路由表」確定 IP 數(shù)據(jù)包下一跳。然而检柬，網(wǎng)絡(luò)層的下一層是數(shù)據(jù)鏈路層献联，所以我們還要知道「下一跳」的 MAC 地址。
由于主機(jī)的路由表中可以找到下一條的 IP 地址何址，所以可以通過 ARP 協(xié)議里逆，求得下一跳的 MAC 地址。
那么 ARP 又是如何知道對(duì)方 MAC 地址的呢用爪？
簡單地說原押，ARP 是借助 ARP 請(qǐng)求與 ARP 響應(yīng)兩種類型的包確定 MAC 地址的。
主機(jī)會(huì)通過廣播發(fā)送 ARP 請(qǐng)求偎血，這個(gè)包中包含了想要知道的 MAC 地址的主機(jī) IP 地址诸衔。
當(dāng)同個(gè)鏈路中的所有設(shè)備收到 ARP 請(qǐng)求時(shí)，會(huì)去拆開 ARP 請(qǐng)求包里的內(nèi)容颇玷，如果 ARP 請(qǐng)求包中的目標(biāo) IP 地址與自己的 IP 地址一致笨农，那么這個(gè)設(shè)備就將自己的 MAC 地址塞入 ARP 響應(yīng)包返回給主機(jī)。
操作系統(tǒng)通常會(huì)把第一次通過 ARP 獲取的 MAC 地址緩存起來帖渠，以便下次直接從緩存中找到對(duì)應(yīng) IP 地址的 MAC 地址谒亦。
不過，MAC 地址的緩存是有一定期限的，超過這個(gè)期限份招，緩存的內(nèi)容將被清除切揭。
RARP 協(xié)議你知道是什么嗎？
ARP 協(xié)議是已知 IP 地址 求 MAC 地址锁摔，那 RARP 協(xié)議正好相反廓旬。
它是已知 MAC 地址求 IP 地址。例如將打印機(jī)服務(wù)器等小型嵌入式設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)時(shí)就經(jīng)常會(huì)用得到谐腰。
通常這需要架設(shè)一臺(tái) RARP 服務(wù)器孕豹，在這個(gè)服務(wù)器上注冊(cè)設(shè)備的 MAC 地址及其 IP 地址。然后再將這個(gè)設(shè)備接入到網(wǎng)絡(luò)怔蚌，接著：
該設(shè)備會(huì)發(fā)送一條「我的 MAC 地址是XXXX巩步，請(qǐng)告訴我，我的IP地址應(yīng)該是什么」的請(qǐng)求信息桦踊。
RARP 服務(wù)器接到這個(gè)消息后返回「MAC地址為 XXXX 的設(shè)備，IP地址為 XXXX」的信息給這個(gè)設(shè)備终畅。
最后籍胯，設(shè)備就根據(jù)從 RARP 服務(wù)器所收到的應(yīng)答信息設(shè)置自己的 IP 地址。
DHCP
DHCP 在生活中我們是很常見的了离福，我們的電腦通常都是通過 DHCP 動(dòng)態(tài)獲取 IP 地址杖狼，大大省去了配 IP 信息繁瑣的過程。
接下來妖爷，我們來看看我們的電腦是如何通過 4 個(gè)步驟的過程熄攘，獲取到 IP 的。
<figcaption style="margin: 10px 0px 0px; padding: 0px; max-width: 100%; line-height: inherit; text-align: center; color: rgb(153, 153, 153); font-size: 0.7em; box-sizing: border-box !important; word-wrap: break-word !important;">DHCP 工作流程</figcaption>
先說明一點(diǎn)忆嗜，DHCP 客戶端進(jìn)程監(jiān)聽的是 68 端口號(hào)，DHCP 服務(wù)端進(jìn)程監(jiān)聽的是 67 端口號(hào)凛驮。
DHCP 交互的 4 個(gè)步驟：
客戶端首先發(fā)起 DHCP 發(fā)現(xiàn)報(bào)文（DHCP DISCOVER） 的 IP 數(shù)據(jù)報(bào)婚惫，由于客戶端沒有 IP 地址蛙婴，也不知道 DHCP 服務(wù)器的地址胆剧，所以使用的是 UDP 廣播通信蚁阳，其使用的廣播目的地址是 255.255.255.255（端口 67） 并且使用 0.0.0.0（端口 68） 作為源 IP 地址。DHCP 客戶端將該 IP 數(shù)據(jù)報(bào)傳遞給鏈路層鸽照，鏈路層然后將幀廣播到所有的網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備螺捐。
DHCP 服務(wù)器收到 DHCP 發(fā)現(xiàn)報(bào)文時(shí)，用 DHCP 提供報(bào)文（DHCP OFFER） 向客戶端做出響應(yīng)矮燎。該報(bào)文仍然使用 IP 廣播地址 255.255.255.255定血，該報(bào)文信息攜帶服務(wù)器提供可租約的 IP 地址、子網(wǎng)掩碼诞外、默認(rèn)網(wǎng)關(guān)澜沟、DNS 服務(wù)器以及 IP 地址租用期。
客戶端收到一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器的 DHCP 提供報(bào)文后峡谊，從中選擇一個(gè)服務(wù)器茫虽，并向選中的服務(wù)器發(fā)送 DHCP 請(qǐng)求報(bào)文（DHCP REQUEST進(jìn)行響應(yīng)，回顯配置的參數(shù)靖苇。
最后席噩，服務(wù)端用 DHCP ACK 報(bào)文對(duì) DHCP 請(qǐng)求報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)，應(yīng)答所要求的參數(shù)贤壁。
一旦客戶端收到 DHCP ACK 后，交互便完成了埠忘，并且客戶端能夠在租用期內(nèi)使用 DHCP 服務(wù)器分配的 IP 地址脾拆。
如果租約的 DHCP IP 地址快期后，客戶端會(huì)向服務(wù)器發(fā)送 DHCP 請(qǐng)求報(bào)文：
服務(wù)器如果同意繼續(xù)租用莹妒，則用 DHCP ACK 報(bào)文進(jìn)行應(yīng)答名船，客戶端就會(huì)延長租期。
服務(wù)器如果不同意繼續(xù)租用旨怠，則用 DHCP NACK 報(bào)文渠驼，客戶端就要停止使用租約的 IP 地址。
可以發(fā)現(xiàn)鉴腻，DHCP 交互中迷扇，全程都是使用 UDP 廣播通信。
咦爽哎，用的是廣播蜓席，那如果 DHCP 服務(wù)器和客戶端不是在同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)，路由器又不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)廣播包课锌，那不是每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都要配一個(gè) DHCP 服務(wù)器厨内？
所以，為了解決這一問題，就出現(xiàn)了 DHCP 中繼代理雏胃。
有了 DHCP 中繼代理以后请毛，對(duì)不同網(wǎng)段的 IP 地址分配也可以由一個(gè) DHCP 服務(wù)器統(tǒng)一進(jìn)行管理。
DHCP 客戶端會(huì)向 DHCP 中繼代理發(fā)送 DHCP 請(qǐng)求包瞭亮，而 DHCP 中繼代理在收到這個(gè)廣播包以后方仿，再以單播的形式發(fā)給 DHCP 服務(wù)器。
服務(wù)器端收到該包以后再向 DHCP 中繼代理返回應(yīng)答街州，并由 DHCP 中繼代理將此包轉(zhuǎn)發(fā)給 DHCP 客戶端 兼丰。
因此，DHCP 服務(wù)器即使不在同一個(gè)鏈路上也可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一分配和管理IP地址唆缴。
NAT
IPv4 的地址是非常緊缺的鳍征，在前面我們也提到可以通過無分類地址來減緩 IPv4 地址耗盡的速度，但是互聯(lián)網(wǎng)的用戶增速是非常驚人的面徽，所以 IPv4 地址依然有被耗盡的危險(xiǎn)艳丛。
于是，提出了一個(gè)種網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換 NAT 的方法趟紊，再次緩解了 IPv4 地址耗盡的問題氮双。
簡單的來說 NAT 就是在同個(gè)公司、家庭霎匈、教室內(nèi)的主機(jī)對(duì)外部通信時(shí)戴差，把私有 IP 地址轉(zhuǎn)換成公有 IP 地址。
那不是 N 個(gè) 私有 IP 地址铛嘱，你就要 N 個(gè)公有 IP 地址暖释？這怎么就緩解了 IPv4 地址耗盡的問題？這不瞎扯嗎墨吓？
確實(shí)是挑豌，普通的 NAT 轉(zhuǎn)換沒什么意義释簿。
由于絕大多數(shù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都是使用傳輸層協(xié)議 TCP 或 UDP 來傳輸數(shù)據(jù)的谎倔。
因此茅糜，可以把 IP 地址 + 端口號(hào)一起進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
這樣秘症，就用一個(gè)全球 IP 地址就可以了照卦，這種轉(zhuǎn)換技術(shù)就叫網(wǎng)絡(luò)地址與端口轉(zhuǎn)換 NAPT。
很抽象历极？來窄瘟，看下面的圖解就能瞬間明白了。
圖中有兩個(gè)客戶端 192.168.1.10 和 192.168.1.11 同時(shí)與服務(wù)器 183.232.231.172 進(jìn)行通信趟卸，并且這兩個(gè)客戶端的本地端口都是 1025蹄葱。
此時(shí)氏义，兩個(gè)私有 IP 地址都轉(zhuǎn)換 IP 地址為公有地址 120.229.175.121，但是以不同的端口號(hào)作為區(qū)分图云。
于是惯悠，生成一個(gè) NAPT 路由器的轉(zhuǎn)換表，就可以正確地轉(zhuǎn)換地址跟端口的組合竣况，令客戶端 A克婶、B 能同時(shí)與服務(wù)器之間進(jìn)行通信。
這種轉(zhuǎn)換表在 NAT 路由器上自動(dòng)生成丹泉。例如情萤，在 TCP 的情況下，建立 TCP 連接首次握手時(shí)的 SYN 包一經(jīng)發(fā)出摹恨，就會(huì)生成這個(gè)表筋岛。而后又隨著收到關(guān)閉連接時(shí)發(fā)出 FIN 包的確認(rèn)應(yīng)答從表中被刪除。
NAT 那么牛逼晒哄，難道就沒缺點(diǎn)了嗎睁宰？
當(dāng)然有缺陷，肯定沒有十全十美的方案寝凌。
由于 NAT/NAPT 都依賴于自己的轉(zhuǎn)換表柒傻，因此會(huì)有以下的問題：
外部無法主動(dòng)與 NAT 內(nèi)部服務(wù)器建立連接，因?yàn)?NAPT 轉(zhuǎn)換表沒有轉(zhuǎn)換記錄较木。
轉(zhuǎn)換表的生產(chǎn)與轉(zhuǎn)換操作都會(huì)產(chǎn)生性能開銷红符。
通信過程中，如果 NAT 路由器重啟了伐债，所有的 TCP 連接都將被重置违孝。
如何解決 NAT 潛在的問題呢？
解決的方法主要兩種方法泳赋。
第一種就是改用 IPv6
IPv6 可用范圍非常大，以至于每臺(tái)設(shè)備都可以配置一個(gè)公有 IP 地址喇喉，就不搞那么多花里胡哨的地址轉(zhuǎn)換了祖今，但是 IPv6 普及速度還需要一些時(shí)間。
第二種 NAT 穿透技術(shù)
NAT 穿越技術(shù)擁有這樣的功能拣技，它能夠讓網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序主動(dòng)發(fā)現(xiàn)自己位于 NAT 設(shè)備之后千诬，并且會(huì)主動(dòng)獲得 NAT 設(shè)備的公有 IP，并為自己建立端口映射條目膏斤，注意這些都是 NAT設(shè)備后的應(yīng)用程序自動(dòng)完成的徐绑。
也就是說，在 NAT 穿越技術(shù)中莫辨，NAT 設(shè)備后的應(yīng)用程序處于主動(dòng)地位傲茄，它已經(jīng)明確地知道 NAT 設(shè)備要修改它外發(fā)的數(shù)據(jù)包毅访，于是它主動(dòng)配合 NAT 設(shè)備的操作，主動(dòng)地建立好映射盘榨，這樣就不像以前由 NAT 設(shè)備來建立映射了喻粹。
說人話，就是客戶端主動(dòng)從 NAT 設(shè)備獲取公有 IP 地址草巡，然后自己建立端口映射條目守呜，然后用這個(gè)條目對(duì)外通信，就不需要 NAT 設(shè)備來進(jìn)行轉(zhuǎn)換了山憨。
ICMP
ICMP 全稱是 Internet Control Message Protocol查乒，也就是互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議。
里面有個(gè)關(guān)鍵詞 —— 控制郁竟，如何控制的呢玛迄？
網(wǎng)絡(luò)包在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境里，常常會(huì)遇到各種問題枪孩。
當(dāng)遇到問題的時(shí)候憔晒，總不能死個(gè)不明不白，沒頭沒腦的作風(fēng)不是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)格蔑舞。所以需要傳出消息拒担，報(bào)告遇到了什么問題，這樣才可以調(diào)整傳輸策略攻询，以此來控制整個(gè)局面从撼。
ICMP 功能都有啥？
ICMP 主要的功能包括：確認(rèn) IP 包是否成功送達(dá)目標(biāo)地址钧栖、報(bào)告發(fā)送過程中 IP 包被廢棄的原因和改善網(wǎng)絡(luò)設(shè)置等低零。
在 IP 通信中如果某個(gè) IP 包因?yàn)槟撤N原因未能達(dá)到目標(biāo)地址，那么這個(gè)具體的原因?qū)?strong>由 ICMP 負(fù)責(zé)通知拯杠。
如上圖例子掏婶，主機(jī) A 向主機(jī) B 發(fā)送了數(shù)據(jù)包，由于某種原因潭陪，途中的路由器 2 未能發(fā)現(xiàn)主機(jī) B 的存在雄妥，這時(shí)，路由器 2 就會(huì)向主機(jī) A 發(fā)送一個(gè) ICMP 目標(biāo)不可達(dá)數(shù)據(jù)包依溯，說明發(fā)往主機(jī) B 的包未能成功老厌。
ICMP 的這種通知消息會(huì)使用 IP 進(jìn)行發(fā)送 。
因此黎炉，從路由器 2 返回的 ICMP 包會(huì)按照往常的路由控制先經(jīng)過路由器 1 再轉(zhuǎn)發(fā)給主機(jī) A 枝秤。收到該 ICMP 包的主機(jī) A 則分解 ICMP 的首部和數(shù)據(jù)域以后得知具體發(fā)生問題的原因。
ICMP 類型
ICMP 大致可以分為兩大類：
一類是用于診斷的查詢消息慷嗜，也就是「查詢報(bào)文類型」
另一類是通知出錯(cuò)原因的錯(cuò)誤消息淀弹，也就是「差錯(cuò)報(bào)文類型」
IGMP
ICMP 跟 IGMP 是一點(diǎn)關(guān)系都沒有的丹壕，就好像周杰與周杰倫的區(qū)別，大家不要混淆了垦页。
在前面我們知道了組播地址雀费，也就是 D 類地址，既然是組播痊焊，那就說明是只有一組的主機(jī)能收到數(shù)據(jù)包盏袄，不在一組的主機(jī)不能收到數(shù)組包，怎么管理是否是在一組呢薄啥？那么辕羽，就需要 IGMP 協(xié)議了。
IGMP 是因特網(wǎng)組管理協(xié)議垄惧，工作在主機(jī)（組播成員）和最后一跳路由之間刁愿，如上圖中的藍(lán)色部分。
IGMP 報(bào)文向路由器申請(qǐng)加入和退出組播組到逊，默認(rèn)情況下路由器是不會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)組播包到連接中的主機(jī)铣口，除非主機(jī)通過 IGMP 加入到組播組，主機(jī)申請(qǐng)加入到組播組時(shí)觉壶，路由器就會(huì)記錄 IGMP 路由器表脑题，路由器后續(xù)就會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)該組播地址的數(shù)據(jù)包了。
IGMP 報(bào)文采用 IP 封裝铜靶，IP 頭部的協(xié)議號(hào)為 2叔遂，而且 TTL 字段值通常 為 1，因?yàn)?IGMP 是工作在主機(jī)與連接的路由器之間争剿。
IGMP 工作機(jī)制
IGMP 分為了三個(gè)版本分別是已艰，IGMPv1、IGMPv2蚕苇、IGMPv3哩掺。
接下來，以 IGMPv2 作為例子涩笤，說說常規(guī)查詢與響應(yīng)和離開組播組這兩個(gè)工作機(jī)制疮丛。
常規(guī)查詢與響應(yīng)工作機(jī)制
路由器會(huì)周期性發(fā)送目的地址為
224.0.0.1（表示同一網(wǎng)段內(nèi)所有主機(jī)和路由器） IGMP 常規(guī)查詢報(bào)文；主機(jī)1 和 主機(jī) 3 收到這個(gè)查詢辆它，隨后會(huì)啟動(dòng)「報(bào)告延遲計(jì)時(shí)器」，計(jì)時(shí)器的時(shí)間是隨機(jī)的履恩，通常是 0~10 秒锰茉，計(jì)時(shí)器超時(shí)后主機(jī)就會(huì)發(fā)送 IGMP 成員關(guān)系報(bào)告報(bào)文（源 IP 地址為自己主機(jī)的 IP 地址，目的 IP 地址為組播地址）切心。如果在定時(shí)器超時(shí)之前飒筑，收到同一個(gè)組內(nèi)的其他主機(jī)發(fā)送的成員關(guān)系報(bào)告報(bào)文片吊，則自己不再發(fā)送，這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)中多余的 IGMP 報(bào)文數(shù)量协屡；
路由器收到主機(jī)的成員關(guān)系報(bào)告報(bào)文后俏脊，就會(huì)在 IGMP 路由表中加入該組播組，后續(xù)網(wǎng)絡(luò)中一旦該組播地址的數(shù)據(jù)到達(dá)路由器肤晓，它會(huì)把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去爷贫；
離開組播組工作機(jī)制
離開組播組的情況一，網(wǎng)段中仍有該組播組：
主機(jī) 1 要離開組 224.1.1.1补憾，發(fā)送 IGMPv2 離組報(bào)文漫萄，報(bào)文的目的地址是 224.0.0.2（表示發(fā)向網(wǎng)段內(nèi)的所有路由器）；
路由器收到該報(bào)文后盈匾，以 1 秒為間隔連續(xù)發(fā)送 IGMP 特定組查詢報(bào)文（共計(jì)發(fā)送 2 個(gè)）腾务，以便確認(rèn)該網(wǎng)絡(luò)是否還有 224.1.1.1 組的其他成員；
主機(jī) 3 仍然是組 224.1.1.1 的成員削饵，因此它立即響應(yīng)這個(gè)特定組查詢岩瘦。路由器知道該網(wǎng)絡(luò)中仍然存在該組播組的成員，于是繼續(xù)向該網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā) 224.1.1.1 的組播數(shù)據(jù)包窿撬；
離開組播組的情況二启昧，網(wǎng)段中沒有該組播組：
主機(jī) 1 要離開組播組 224.1.1.1，發(fā)送 IGMP 離組報(bào)文尤仍；
路由器收到該報(bào)文后箫津，以 1 秒為間隔連續(xù)發(fā)送 IGMP 特定組查詢報(bào)文（共計(jì)發(fā)送 2 個(gè)）。此時(shí)在該網(wǎng)段內(nèi)宰啦，組 224.1.1.1 已經(jīng)沒有其他成員了苏遥，因此沒有主機(jī)響應(yīng)這個(gè)查詢；
一定時(shí)間后赡模，路由器認(rèn)為該網(wǎng)段中已經(jīng)沒有 224.1.1.1 組播組成員了田炭，將不會(huì)再向這個(gè)網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)該組播地址的數(shù)據(jù)包；
參考文獻(xiàn)
[1] 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-自頂向下方法.陳鳴 譯.機(jī)械工業(yè)出版社
[2] TCP/IP詳解 卷1：協(xié)議.范建華 譯.機(jī)械工業(yè)出版社
[3] 圖解TCP/IP.竹下隆史.人民郵電出版社
