IP地址和MAC地址

1.MAC地址

       MAC（Media Access Control，介质访问控制）地址，或称为物理地址，也叫硬件地址，用来定义网络设备的位置，MAC地址是网卡出厂时设定的，是固定的（但可以通过在设备管理器中或注册表等方式修改，同一网段内的MAC地址必须唯一）。MAC地址采用十六进制数表示，长度是6个字节（48位），分为前24位和后24位。

（1）前24位叫做组织唯一标志符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码，区分了不同的厂家。

（2）后24位是由厂家自己分配的，称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

 

MAC地址分为三种：

    单播MAC地址：第一个字节的最低位是0的MAC地址；

    组播MAC地址：第一个字节的最低位是1的MAC地址；

    广播MAC地址：每个比特都是1的MAC地址（ff-ff-ff-ff-ff-ff）。

 

2.IP地址

       IP地址（Internet Protocol Address），缩写为IP Adress，是一种在Internet上的给主机统一编址的地址格式，也称为网络协议（IP协议）地址。它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，常见的IP地址，分为IPv4与IPv6两大类，当前广泛应用的是IPv4，目前IPv4几乎耗尽，下一阶段必然会进行版本升级到IPv6。如无特别注明，一般我们讲的的IP地址所指的是IPv4。

 

       IP地址对应于OSI参考模型的第三层网络层，工作在网络层的路由器根据目标IP和源IP来判断是否属于同一网段，如果是不同网段，则转发数据包。

 

3.IPV4地址格式和表示

       IP地址(IPv4)由32位二进制数组成，分为4段（4个字节），每一段为8位二进制数（1个字节）每一段8位二进制，中间使用英文的标点符号“.”隔开。由于二进制数太长，为了便于记忆和识别，把每一段8位二进制数转成十进制，大小为0~255。IP地址的这种表示法叫做：点分十进制表示法。

 

4.IPV4报文格式

 

版本：该字段长度为4bit, 表示 IP报文的版本信息。 如果该字段的值为Ox4, 则表示该IP 报文是一个IPv4报文。 如果该字段的值为Ox6, 则表示该IP报文是一个IPv6报文。注意：IPv6报文的格式与IPv4报文的格式是完全不兼容的。

包头部格式：该字段长度为4bit, 用来表示 IP包的头部的长度。 由于IP包的头部中可能会包含一些长度不定的选项，所以IP包的头部的长度是不固定的（但必须是4 字节的整数倍）。

DS域：该字段长度为8bit, 在RFC 791 中的名称为ToS(Type of Service)域， 后来在RFC2474中被重新命名为DSCP(Differentiat ed Services Co de Point )。该字段的作用是表示报文在QoS(Quality of Service)中的服务等级， 用以区分报文的转发优先级。

总长度：该字段长度为16bit, 用来表示整个IP报文(Ip包的头部和IP包的载荷数据）的长度，一个IP报文的最大长度为：65536(2^16)个字节。

标识：该字段长度为16bit, 用千IP报文的分片和重组。

标志：该字段长度为3bit, 用千IP报文的分片和重组。

分段偏移：该字段长度为13bit, 用于IP报文的分片和重组。

存活时间：该字段长度为8bit, 也称为TTL(Time To Live)字段。当一个IP报文在一个Internet中运动时，每经过一台路由器，该TTL值就减1。如果该值减到0，该报文就会被设备直接丢弃。

       如果没有 TTL 机制，那么当个Internet 中存在路由环路时， IP 报文就可能永不停止地在环路中循环运动，从而消耗大量的网络资源。 有了 TTL机制后，即使存在路由环路，IP报文的运动时间也只能是有限的。

协议：该字段长度为 8bit, 用来表示 IP 报文的载荷数据的类型。

      0x01：表示IP报文的载荷数据是一个ICMP报文；

      0x02：表示IP报文的载荷数据是一个IGMP报文；

      0x06：表示IP报文的载荷数据是一个TCP段；

      0x11：表示IP报文的载荷数据是一个UDP报文；

      0x59：表示IP报文的载荷数据是一个OSPF报文。

头部校验和：该字段长度为 16bit, 用来对 IP 报文的头部进行差错校验。 它的功能类似于以太网帧结构中的 FCS (Frame Checksum) 字段（也叫CRC字段）。

源IP地址：该字段长度为 32bit, 表示产生并发送该 IP 报文的设备接口的IP地址。

目的IP地址：该字段长度为32bit, 表示该IP报文的目的接口的IP地址。

选项/长度填充：该字段的长度是可变的。通过添加不同的选项，可以实现一些扩展功能。添加完选项后，如果报文的头部不是4的整数倍，则必须在填充一些0，以保证整个报文的头部长度刚好为4字节的整数倍。

 

5.IP地址进制间的转换

二进制：Bin    八进制：Oct    十进制：Dec    十六进制：Hex

 

（1）二进制转换为十进制：按权展开求和

二进制：11110000

转换为十进制：2**7*1 + 2**6*1 + 2**5*1 + 2**4*1 + 0 + 0 + 0 + 0

结果： 128 + 64 + 32 + 16 = 240

 

（2）十进制转换为二进制：相除取余(最高位在下，最低位在上)

 

（3）二进制转换为八进制：取三合一(从右往左，不足添0)

二进制：11110000

转换为八进制：011 110 000

2^1*1+2^0*1=3 2^2*1+2^1*1=6 0

结果： 360

 

（4）八进制转换为二进制：取一分三(从右往左，依次展开)

八进制：360

转换为二进制：3=2^1+2^0 6=2^2+2^1 0

011 110 000

结果：11110000

 

（5）二进制转换为十六进制：取四合一

二进制：11110000

取四： 1111 0000

对应的十进制： 16 0

对应的十六进制： F0

 

6.IP地址的分类

       IP地址分A、B、C、D、E五类，其中A、B、C这三类是比较常用的IP地址，D、E类为特殊地址。由网络位+主机位组成。

 

（1）A类地址

       A类地址第1字节为网络地址（最高位固定是0），另外3个字节为主机地址。范围：1.0.0.0 - 126.255.255.255，其中0和127作为特殊地址。默认子网掩码为255.0.0.0，也可写作/8。A类网络最大主机数量是

2^24-2=166777214（减去1个主机位为0的网络地址和1个广播地址）。

（2）B类地址

       B类地址第1字节（最高位固定是10）和第2字节为网络地址，另外2个字节为主机地址。范围：128.0.0.0 - 191.255.255.255。默认子网掩码为255.255.0.0，也可写作/16。B类网络最大主机数量2^16-2=65534。

（3）C类地址

       C类地址第1字节（最高位固定是110）、第2字节和第3个字节，另外1个字节为主机地址。范围：192.0.0.0 - 223.255.255.255。默认子网掩码为255.255.255.0，也可写作/24。C类网络最大主机数量2^8-2=254。

（4）D类地址

       D类地址不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的最高位固定是1110。

D类地址用于组播（也称为多播）的地址，无子网掩码。D类地址范围：224.0.0.0 - 239.255.255.255。

（5）E类地址

       E类地址也不分网络地址和主机地址，它的第1个字节的最高位固定是11110。E类地址范围：240.0.0.0 - 255.255.255.255。其中240.0.0.0-255.255.255.254作为保留地址，主要用于Internet试验和开发，255.255.255.255作为广播地址。

 

7.公有IP地址和私有IP地址

（1）公有IP地址

       公有地址（Public address，也可称为公网地址）由Internet NIC（Internet Network Information Center因特网信息中心）负责。这些IP地址分配给注册并向Internet NIC提出申请的组织机构。通过它直接访问因特网，它是广域网范畴内的。

公有IP地址的范围：

A类的公有IP：

    1.0.0.0~9.255.255.255

    11.0.0.0~126.255.255.255

B类的公有IP：

    128.0.0.0~172.15.255.255

    172.32.0.0~191.255.255.255

C类的公有IP：

    192.0.0.0~192.168.255.255

    192.169.0.0~223.255.255.255

 

（2）私有IP地址

       私有地址（Private address，也可称为专网地址）属于非注册地址，专门为组织机构内部使用，它是局域网范畴内的，私有IP禁止出现在Internet中，在ISP连接用户的地方，将来自于私有IP的流量全部都会阻止并丢掉。

私有IP地址的范围：

A类私有IP地址：

    10.0.0.0～10.255.255.255

B类私有IP地址：

    172.16.0.0～172.31.255.255

C类私有IP地址：

    192.168.0.0～192.168.255.255

 

8.特殊IP地址

（1）网络地址：网络位不变，主机位全为0；

（2）子网广播地址：网络位不变，主机位全为1；

（3）默认路由(缺省路由)：网络位和主机位全为0（0.0.0.0）；

（4）全网广播地址：网络位和主机位全为1（255.255.255.255）；

（5）环回地址：网络位为127，主机位任意（主要用于回环测试）；

 

9.IPV6

（1）IPv4的局限性

从地址空间角度：IP地址空间的危机由来已久，并正是升级到IPv6的主要动力。

从技术实现角度：IPv4地址分配杂乱无章，没有层次性，网络设备需要维护庞大的路由表项。IPv4包头过于复杂，使得网络节点处理的效率不高，.NAT：破坏了Internet端到端的网络模型。

从配置难易角度：对于IPv4节点的配置比较复杂，让很多普通用户无所适从。

从安全角度：IPv4在网络层没有安全性可言，安全性一直被认为是由网络层以上的层负责。

 

（2）IPv6的优越性

从地址空间角度：超大的地址空间。

从技术实现角度：IPv6包头简单，通过扩展包头技术可实现以后的新技术扩展;全球可达性，不需要再用NAT;全球重新部署，有规划，易于实现聚合。

从配置难易角度：能自动配置，实现即插即用;方便的进行重编址。

 

（3）IPV6报文格式

 

 

（1）版本号：指明IP协议是哪个版本，IPv6为0110。

（2）流量等级：用来区分不同IPv6数据包的类型或优先级。（相当于IPv4的“服务类型”字段（TOS：type of service））。

（3）流标识：标记属于同一个流的数据报文。“流”就是因特网上从特定源到特定目的的一些列数据报文。流所经过的路径上的路由器都保证指定的服务质量（Qos），所有属于同一个流的数据都有相同的流标识。

（4）数据长度：即有效载荷的长度，除首部（报头）以外的字节数，包括扩展首部（扩展报头）和数据部分。（相当于IPv4的“报头长度”字段），最大值为65535。

（5）下一报头：定义了紧跟在基本首部（IPv6报头）后面的扩展首部（扩展报头）的数字标识号（当有扩展首部时）或指出此数据报携带的数据是使用（上层的）何种协议（当没有扩展首部时，这个时候相当于IPv4的“协议”字段）。

（6）跳限制：相当与IPv4的“生存周期”字段。

（7）源地址：发送数据的主机的IPv6地址。

（8）目的地址：接收数据的主机的IPv6地址。

 

（4）IPv6表示方法

a.冒分十六进制表示法：

       格式为：X:X:X:X:X:X:X:X，其中每个X为2个字节，以十六进制表示。如：AB3D:0FDE:24DF:780A:25AB:76DE:AFEB:087A，若X的前导有0，则0可以省略，所以上面的可以表示为：AB3D:FDE:24DF:780A:25AB:76DE:AFEB:087A

 

b.0位压缩表示法：

       在有些情况下，IPv6地址中存在连续的多个0的X，则可以将这些0压缩为“::”。如：FA01:0:0:0:0:0:0:0110，可以表示为：FA01::0110。0:0:0:0:0:0:0:1可以表示为：::1，0:0:0:0:0:0:0:0可以表示为：::

 

c.内嵌IPv4表示法：

       为了实现IPv6与IPv4互通，IPv4通常地址通常会嵌入IPv6地址中。此时地址表示的格式为：X:X:X:X:X:X:d:d:d:d，前12字节采用冒分十六进制表示法，后4个字节采用点分十进制表示法。如：::192.168.1.1::AFDE:192.168.43.1，这时0位压缩法仍然适用。

最后

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