IPv4

IPv4是由32位正整数组成，c++中可以使用uint32_t来存储，常常使用字符串来表示xxx.xxx.xxx.xxx，每一个xxx可以为0-255。

CIDR

IPv4本来分为A,B,C,D,E五类地址（x表示二进制位，X表示十进制位）

  • A：0xxxxxxx.XXX.XXX.XXX
  • B：10xxxxxx.XXX.XXX.XXX
  • C：110xxxxx.XXX.XXX.XXX
  • D：1110xxxx.XXX.XXX.XXX
  • E：1111xxxx.XXX.XXX.XXX

CIDR允许使用子网掩码来保证实现自适应的分类方式，不仅仅限于ABCDE五类

那么，IPv4地址就由两个uint32_t表示，一个是IP，一个是Mask（子网掩码），常常使用字符串xxx.xxx.xxx.xxx/x，每一个xxx可为0-255，最后/x可以为/0-/32。

更多划分方式参考雨探青鸟，定长子网可以使用全0全1作为子网号，非定长则不能使用。

特殊IP地址

  1. 0.0.0.0：可以是全部网络的代称，也可以是本机网络，由于DHCP之前没有分配地址，就用这个
  2. 255.255.255.255：广播地址，对广播域进行广播
  3. 127.x.x.x：保留，最常用的是127.0.0.1本地回环地址
  4. 224.0.0.0-239.255.255.255：组播地址
  5. 169.254.x.x：故障地址，一般是DHCP中失败的地址
  6. 10.x.x.x; 172.16.0.0-172.31.255.254; 192.168.x.x：私有地址

相关协议

DNS

域名解析协议（Domain Name System），根域名服务器，顶级域名服务器，权威域名服务器，….

域名解析的工作流程

ARP/RARP

地址解析协议（Address Resolution Protocol），通过IP地址找MAC地址的协议

逆地址解析协议（Reverse Address Resolution Protocol，RARP），通过MAC地址找IP地址的协议

DHCP

动态主机配置协议（Dynamic Host Configuration Protocol），底层使用UDP

  • 服务器监听udp:67
  • 客户发送 DHCP发现（DHCPDISCOVER） 报文，目的 255.255.255.255，源 0.0.0.0
  • 所有的DHCP服务器都回应 DHCP提供（DHCPOFFER） 报文，目的 255.255.255.255，源 dhcp服务器地址
  • 客户选择一个DHCP服务器，并向该服务器发送 DHCP请求报文（DHCPREQUEST），目的 255.255.255.255，源 0.0.0.0，并且数据中携带选择的IP地址
  • dhcp-serve发送 DHCPACK ，客户可以用上一步的临时IP了，已绑定状态，数据中携带了租用期 T
  • 租用期过了一半，客户重新发送 DHCPREQUEST
  • 服务器不同意，发送 DHCPNACK ，客户需要重新申请IP，放弃使用该地址
  • 服务器同意，发送 DHCPACK，继续更新了租用期
  • 如果服务器没发送，客户需要在 0.875T 时再次发送 DHCPREQUEST
  • 客户需要提前终止，只需要发送 DHCPRELEASE 即可

DHCP 工作流程

NAT

网络地址转换协议（Network Address Translation）是内网与外网通信的一种方式，其有四种类型分别是：NAT1、NAT2、NAT3、NAT4。从 NAT1 至 NAT4 限制越来越多。下面分别讲解。

  • NAT1: Full Cone NAT，全锥形NAT，这是最宽松的网络环境，你想做什么，基本没啥限制IP和端口都不受限。
  • NAT2: Address-Restricted Cone NAT，受限锥型NAT，相比NAT1，NAT2 增加了地址限制，也就是IP受限，而端口不受限。
  • NAT3: Port-Restricted Cone NAT，端口受限锥型，相比NAT2，NAT3 又增加了端口限制，也就是说IP、端口都受限。
  • NAT4: Symmetric NAT，对称型NAT，对称型NAT具有端口受限锥型的受限特性，内部地址每一次请求一个特定的外部地址，都可能会绑定到一个新的端口号。也就是请求不同的外部地址映射的端口号是可能不同的。这种类型基本上就告别 P2P 了。

ICMP

网际控制报文协议（Internet Control Message Protocol）分为差错报文和询问报文两种

常见的 ICMP 类型

  • ping：使用ICMP询问报文
  • traceroute：依次发送TTL为0的三个数据报，然后依次增加TTL再发送三个数据报，重复。因为目的主机IP数据报无法交付UDP，所以回送ICMP终点不可达报文

IGMP

网际组管理协议（Internet Group Management Protocol），用于组播的

  • 多播IP转多播MAC：

    多播IP：D类地址，1110开始，接下来5位不使用，后面剩下23位，32位

    多播MAC：01 00 5E不变，0 + 上面的23位，48位