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  • 2019-08-07 16:15:27

    我们平常所说的IP地址都是指类似于 192.168.0.37 这样的一串数字,但实际上这一串数字只是IP地址主体而已。

    IP地址主体
    一串32比特的数字,按照8比特(1个字节)为一组分成4组,每组都用十进制值表示,最后以英文句点隔开。

    但这里却有一个问题,仅凭IP地址主体这一串数字,我们无法区分哪部分是网络号,那部分是主机号。

    因为在组建网络时,我们可以自定义网络号和主机号之间的分配关系,所以我们还需要额外的信息来表示IP地址的内部结构。这一额外的信息就是所谓的子网掩码

    子网掩码
    一串32比特数字,其左边部分都是1,右边部分都是0。其中,子网掩码为1的部分表示网络号,子网掩码为0的部分表示主机号。

    对于子网掩码,我们有两种表示方法:

    • 按照和IP地址一样的方式以每8比特为一组分成4组,每组都用十进制值表示,最后以英文句点隔开。
    • 仅考虑子网掩码中左边都是1的部分,将这一部分的比特数用十进制值表示。

    包含子网掩码的IP地址表示方法

    一、采用与IP地址主体相同的格式表示子网掩码:

    192.168.0.37/255.255.255.0
    

    上面IP地址的组成:

    • 192.168.0.37:IP地址主体
    • 255.255.255.0:子网掩码

    二、采用网络号比特数来表示子网掩码:

    192.168.0.37/24
    

    上面IP地址的组成:

    • 192.168.0.37:IP地址主体
    • 24:子网掩码

    案例解读

    我们以 192.168.0.37/24 为例,可以很轻松地完成以下换算过程:

                      十进制表示          将十进制转换成比特(二进制)
                      ------------      -----------------------------------
    ㈠ IP地址          192.168.0.37      11000000.10101000.00000000.00100101
    ㈡ 子网掩码         24                11111111.11111111.11111111.00000000
                                         ╲         网络号         ╱  ╲主机号╱
                           ↓                         ↓                 ↓
    网络号             192.168.0.        11000000.10101000.00000000
    主机号                       37                                 00100101
    

    子网掩码表示网络号与主机号之间的边界。在本例中,这个边界与字节的边界正好吻合,即正好划分在句点的位置上,实际上也可以划分在字节的中间位置。

    从上面的求解步骤中,我们可以很明显地知道该网络最多可以为254(28-2)个主机分配有效的IP地址。

    可分配的IP地址范围是 192.168.0.1 ~ 192.168.0.254。其中主机号的比特全部为0或者全部为1时,代表了两种特殊含义,因此不能将它们分配给单独一台计算机。

    IP地址的主机号:

    • 全0(192.168.0.0):表示整个子网。
    • 全1(192.168.0.255):表示向子网上所有设备发送包,即“广播”。
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  • 计算机网络—IP地址及其表示方法

    千次阅读 2022-03-26 21:20:43
    本文主要介绍IP地址和它的三种表示方法:分类的IP地址、子网的划分、超网的构成

    IP地址就是给互联网上的每一台主机(或路由器)的每一个接口分配一个在全世界范围内是唯一的32位的标识符。

    IP地址的编址方法共经历了三个历史阶段:分类的IP地址、子网的划分、超网的构成

    一、分类的IP地址

    所谓“分类的IP地址”就是将IP地址划分为若干个固定类,每一类地址都由两个固定长度的字段组成,其中第一个字段是网络号,它标志主机(或路由器)所连接到的网络。一个网络号在整个互联网范围内必须是唯一的。第二个字段是主机号,它标志该主机(或路由器),一台主机号在它前面的网络号所指明的网络范围内必须是唯一的。

    这种两级IP可以表示为:

    IP地址 ::= {<网络号>,<主机号>}

    • A类、B类和C类地址的网络号字段分别为1个、2个和3个字节长,而在网络号字段的最前面有1~3位的类别位,其数值分别规定为0,10和110。
    • A类、B类和C类地址的主机号字段分别为3个、2个和1个字节长。
    • D类地址(前4位是1110)用于多播(一对多通信)。
    • E类地址(前4位是1111)保留为以后用。

    把IP地址划分为A类、B类、C类三个类别,当初是这样考虑的。各种网络的差异很大,有的网络拥有很多主机,而有的网络上的主机则很少。把IP地址划分为A类、B类和C类是为了更好地满足不同用户的要求。

    常用的三种类型的IP地址:

    A类地址的网络号字段占1个字节,只有7位可供使用,但可指派的网络号是126个(即2^{7}-2)。减2的原因是:

    第一,IP地址中网络号字段为全0的IP地址是个保留地址,意思是“本网络”;

    第二,网络号为127(即01111111)保留作为本地软件环回测试本主机的进程之间的通信之用。

    若主机发送一个目的地址为环回地址(例如127.0.0.1)的IP数据报,则本主机中的协议软件就处理数据报中的数据,而不会把数据报发送到任何网络。

    A类地址的主机号占3个字节,因此每一个A类网络中的最大主机数是2^{24}-2,即16777214。这里减2的原因是:

    第一,全0的主机号字段表示该IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址

    第二,而全1表示“所有的(all)”,因此全1的主机号字段表示该网络上的所有主机

    B类地址的网络号字段有2个字节,但实际上B类网络地址128.0.0.0是不指派的,而可以指派的B类最小网络地址是128.1.0.0。因此B类地址可指派的网络数为2^{14}-2,即16383。B类地址的每一个网络上的最大主机数是2^{16}-2,即65534。这里需要减2是因为要扣除全0和全1的主机号。

    C类地址有3个字节的网络号字段,还有21位可以进行分配。C类网络地址192.0.0.0也是不指派的,可以指派的C类最小网络地址是192.0.1.0,因此C类地址可指派的网络总数是2^{21}-2,即2097151。每一个C类地址的最大主机数是2^{8}-2,即254。

     二、子网的划分

    两级IP地址的缺点:

    第一,IP地址空间的利用率有时很低。

    第二,给每一个物理网络分配一个网络号会使路由表变得太大因而使网络性能变坏。

    第三,两级IP地址不够灵活

    为解决这些问题,从1985年起在IP地址中又增加了一个“子网号字段”,使两级IP地址变成为三级IP地址,它能够较好地解决上述问题,并且使用起来也很灵活。这种做法叫做划分子网

    划分子网的思路如下:

    (1)一个拥有许多物理网络的单位,可将所属的物理网络划分为若干个子网。划分子网纯属一个单位内部的事情。本单位以外的网络看不见这个网络是由多少个子网组成,因为这个单位对外仍然表现为一个网络。

    (2)划分子网的方法是从网络的主机号借用若干位作为子网号,当然主机号也就相应减少了同样的位数。于是两级IP地址在本单位内部就变为三级IP地址:网络号、子网号和主机号。也可以用以下记法来表示:

    IP地址 ::= {<网络号>,<子网号>,<主机号>}

    (3)凡是从其他网络发送给本单位某台主机的IP数据报,仍然是根据IP数据报的目的网络号找到连接在本单位网络上的路由器。但此路由器在收到IP数据报后,再按目的网络号和子网号找到目的子网,把IP数据报交付目的主机。

     子网掩码

    假定有一个数据报(其目的地址是145.13.3.10)已经到达了路由器R_{1}。那么这个路由器如何把它转发到子网145.13.3.0呢?

    我们知道,从IP数据报的首部无法看出源主机或目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。这是因为32位的IP地址本身以及数据报的首部都没有包含任何有关子网划分的信息。因此必须另外想办法,这就是使用子网掩码。

    为了使路由器R_{1},能够很方便地从数据报中的目的IP地址中提取出所要找的子网的网络地址,路由器R_{1}就要使用三级IP地址的子网掩码,路由器R_{1}把三级IP地址的子网掩码和收到的数据报的目的IP地址145.13.3.10逐位相“与”(AND),得出了所要找的子网的网络地址145.13.3.0

    三、超网的构成

    无分类编址CIDR:

    划分子网在一定程度上缓解了互联网在发展中遇到的困难。然而在1992年互联网仍然面临三个必须尽早解决的问题

    (1)B类地址在1992年已分配了近一半,眼看很快就将全部分配完毕!

    (2)互联网主干网上的路由表中的项目数急剧增长(从几千个增长到几万个)。

    (3)整个IPv4的地址空间最终将全部耗尽。

    在一个划分子网的网络中可同时使用几个不同的子网掩码。使用变长子网掩码VLSM可进一步提高IP地址资源的利用率。在VLSM的基础上又进一步研究出无分类编址方法,它的正式名字是无分类域间路由选择 CIDR。

    CIDR最主要的特点有两个:

    (1)CIDR 消除了传统的A类、B类和C类地址以及划分子网的概念,因而能更加有效地分配IPv4的地址空间,CIDR把32位的IP地址划分为前后两个部分。前面部分是“网络前缀”(或简称为“前缀”),用来指明网络,后面部分则用来指明主机。因此CIDR使IP地址从三级编址(使用子网掩码)又回到了两级编址,但这已是无分类的两级编址。其记法是:      

    IP地址 ::= {<网络前缀>,<主机号>}

    CIDR还使用“斜线记法”,或称为CIDR记法,即在IP地址后面加上斜线“/”,然后写上网络前缀所占的位数。

    (2)CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个“CIDR地址块”。我们只要知道CIDR地址块中的任何一个地址,就可以知道这个地址块的起始地址(即最小地址)和最大地址,以及地址块中的地址数。

    例如,已知IP地址128.14.35.7/20是某CIDR地址块中的一个地址,现在把它写成二进制表示,其中的前20位是网络前缀(用粗体和下划线表示出),而前缀后面的12位是主机号:

                                    128.14.35.7/20 = 10000000 00001110 00100011 00000111

     这个地址所在的地址块中的最小地址和最大地址可以很方便地得出:

    当然,以上这两个特殊地址的主机号是全0和全1的地址。一般并不使用。通常只使用在这两个特殊地址之间的地址。

    为了更方便地进行路由选择,CIDR使用32位的地址掩码。地址掩码也可继续称为子网掩码。例如,/20地址块的地址掩码是:11111111 11111111 11110000 00000000(20个连续的1)。斜线记法中,斜线后面的数字就是地址掩码中1的个数。

    由于一个CIDR地址块中有很多地址,所以在路由表中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合常称为路由聚合,它使得路由表中的一个项目可以表示原来传统分类地址的很多个(例如上千个)路由。路由聚合也称为构成超网。

    最长前缀匹配:

    在使用CIDR 时,由于采用了网络前缀这种记法,IP地址由网络前缀和主机号这两个部分组成,因此在路由表中的项目也要有相应的改变。这时,每个项目由“网络前缀”和“下一跳地址”组成。但是在查找路由表时可能会得到不止一个匹配结果。这样就带来一个问题:我们应当从这些匹配结果中选择哪一条路由呢?

    正确的答案是:应当从匹配结果中选择具有最长网络前缀的路由。这叫做最长前缀匹配,这是因为网络前缀越长,其地址块就越小,因而路由就越具体。 

    声明:该博文所总结的知识和图片来自于谢希仁老师的《计算机网络》第七版 

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  • IP地址表示

    千次阅读 2018-05-15 23:27:20
    连接到Internet的每个设备至少有一个IP地址,用以接入Internet收发数据。IP地址表示IPv4 IPv4地址通常采用电分四组(或称点分十进制)表示法,例如0.0.0.0,165.197.45.0等。点分四组表示法由四个用点分隔的十进制数...

    IP地址

    IP地址(Internet Protocol Address)是因特网中使用的网络层地址,全称为因特网协议地址,又译为网际协议地址。连接到Internet的每个设备至少有一个IP地址,用以接入Internet收发数据。

    IP地址表示

    IPv4

    IPv4地址通常采用点分四组(或称点分十进制)表示法,例如0.0.0.0,165.197.45.0等。点分四组表示法由四个用点分隔的十进制数组成。实际上,在计算机中,IPv4地址由32个二进制位组成,每组有8位。因此转换为十进制后,每个这样的数字是一个非负整数,范围为[0, 255]。上述的IP地址的二进制表示如下:


    IPv6

    在IPv6中,地址的长度是128位,表示方法是采用称为块或字段的四个十六进制数(即每块有16个二进制数),共分为8个块或字段,这些块或字段由冒号分隔。例如5f05:2000:80ad:5800:0058:0800:2023:1d71,其二进制表示如下:


    [RFC4291]中规定了一些IPv6地址的简化表示法:
    ·一个块中前导的零不必书写,并用符号::代替。例如上面例子的IPv6地址按此规则可简写为 5f05:2000:80ad:5800:58:800:2023:1d71
    ·在IPv6格式中嵌入IPv4地址可使用混合符号形式,紧接着IPv4部分的地址块的值为ffff,地址的其余部分使用点分四组格式。例如,IPv6地址::ffff:10.0.0.1可表示IPv4地址10.0.0.1。这被称为IPv4映射的IPv6地址。
    另外,在某些情况下(例如表示一个包含地址的URL时),IPv6地址中的冒号分隔符可能与其他分隔符混淆,例如IP地址和端口号之间使用的冒号。在这种情况下,用括号字符[]来包围IPv6地址。例如,URL:
    http://[5f05:2000:80ad:5800:0058:0800:2023:1d71]:443/
    为了避免[RFC4291]提供的灵活性带来的不必要的混淆,RFC[5952]制定了一些规则以缩小选择范围,同时与[RFC4291]保持一致:
    ·前导的零必须压缩
    ·符号::只能用于影响最大的地方(压缩最多的零),但并不只是针对16位的块。如果多个块中包含等长度的零,顺序靠前的块将被替换为::

    ·a到f的十六进制数应该用小写表示


    本文内容摘自《TCP/IP详解 卷1:协议(中文版)第2版》,有改动
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  • 【TCP/IP】IP地址分类和特殊IP地址

    万次阅读 多人点赞 2018-07-12 19:14:10
    IP地址是因特网技术中的一个非常重要的概念,IP地址在IP层实现了底层网络地址的统一,使因特网的网络层地址具有全局唯一性和一致性。IP地址含有位置信息,反映了主机的网络连接,使因特网进行寻址和路由选择的依据。...

    IP地址是因特网技术中的一个非常重要的概念,IP地址在IP层实现了底层网络地址的统一,使因特网的网络层地址具有全局唯一性和一致性。IP地址含有位置信息,反映了主机的网络连接,使因特网进行寻址和路由选择的依据。

     

    IP地址概述

    地址是标识对象所处位置的标识符。传输中的信息带有源地址和目的地址,分别标识通信的源结点和目的结点,即信源和信宿。目的地址是传输设备为信息进行寻址的依据。

    不同的物理网络技术(底层网络技术)通常具有不同的编址方式,这种差异主要表现:不同的地址结构、不同的地址长度

    在一个物理网络中,每个结点都至少有一个机器可识别的地址,该地址叫作物理地址。物理地址又称为硬件地址、MAC地址或第二层地址。物理地址有两个特点:不一致性、不唯一性。

    • 不一致性是指不同的物理网络技术采用不同的编址方式;
    • 不惟一性是指不同的物理网络中的结点的物理地址可能重复。

    为了保证寻址的正确性,必须确保一个网络中结点地址的惟一性。另外,不同物理网络在地址编址方式上的不统一会给寻址带来极大的不便。在进行网络互联时首先要解决的问题是物理网络地址的统一问题。

    因特网是在网络级进行互联的,因此,因特网在网络层(IP层)完成地址的统一工作,将不同物理网络的地址统一到具有全球惟一性的IP地址上,IP层所用到的地址叫作因特网地址,又叫IP地址。

    因特网采用一种全局通用的地址格式,为全网的每一个网络和每一台主机都分配一个IP地址,以此屏蔽物理网络地址的差异。

    因特网沿用了ARPANET的思想,仍然采用层次型地址。因特网由网络联结而成,网络由主机联结而成。这种地址体现了网络的层次结构,便于进行寻址。IP地址由网络号和主机号构成。表示为:

    IP-address ::= {<Network-number>, <Host-number>}

    网络号(Network-number)主机号(Host-number)

    其中:网络号的长度决定了整个因特网中能容纳多少网络,主机号的长度决定每个网络能容纳多少台主机。

    因特网的IP协议提供了一种全因特网通用的地址格式(保证一致性),并在统一管理下进行IP地址的分配(保证惟一性),确保一个地址对应一台因特网主机(或路由器)。 由于IP地址标识了一个主机的位置(所属的网络),当将一台主机从一个网络移到另一个网络时必须改变这台主机的IP地址。(一般来说)

    IPv4规定,因特网地址长度为32比特(IPv6规定地址长度为128比特)。IPv4的地址空间为2^32,即4 294 967 296个IP地址。IP地址一般用点分十进制数表示,例如202.119.84.120。这四个用点分隔的段分别对应四个字节。IP地址也可以用二进制(11001010 01110111 01010100 01111000)或十六进制表示(0XCA775478)。IP地址的二进制表示在讨论地址类别和掩码时经常会用到,而十六进制表示在IPv4中很少使用。

     

    分类IP地址

    传统的因特网采用分类地址。IP定义了五类IP地址:A类、B类、C类、D类和E类。如下图所示:

    各类网络所占地址空间的比例如下图所示:

    A、B和C是三个基本的类,分别代表不同规模的网络:

    • A类地址:1个字节的网络号,3个字节的主机号,用于少量的大型网络;
    • B类地址:2个字节的网络号,2个字节的主机号,用于中等规模的网络;
    • C类地址:3个字节的网络号,1个字节的主机号,用于小规模的网络。

    A类地址

    第一个字节的最高位固定为0,另外7比特可变的网络号可以标识128个网络(0~127),0一般不用,127用作环回地址。所以共有126个可用的A类网络。A类地址的24比特主机号可以标识1677216台主机(2^24 =1677216)。另外,主机号为全0时用于表示网络地址,主机号为全1时用于表示广播地址。这两个主机号不能用来标识主机。所以,每个A类网络最多可以容纳1 677 214台主机。A类地址的第一个字节的取值范围为0~127。

    B类地址

    第一个字节的最高2比特固定为10,另外14比特可变的网络号可以标识214=16384个网络。16比特主机号可以标识65 536台主机,(216=65536)。由于主机号不能为全0和全1,所以,每个B类网络最多可以容纳65534台主机。B类地址的第一个字节的取值范围为128~191。

    C类地址

    第一个字节的最高3比特固定为110,另外21比特可变的网络号可以标识221=2097152个网络。8比特主机号可以标识256台主机(28=256),由于主机号不能为全0和全1。所以,每个C类网络最多可以容纳254台主机。C类地址的第一个字节的取值范围为192~223。

    D类地址

    D类地址用于组播(multicasting),因此,D类地址又称为组播地址。D类地址的范围为224.0.0.0~239.255.255.255,每个地址对应一个组,发往某一组播地址的数据将被该组中的所有成员接收。D类地址不能分配给主机。D类地址的第一个字节的取值范围为224~239。

    有些D类地址已经分配用于特殊用途:

    224.0.0.0 是保留地址、224.0.0.1 是指本子网中的所有系统、224.0.0.2 是指本子网中的所有路由器、224.0.0.9 是指运行RIPv2路由协议的路由器、224.0.0.11是指移动IP中的移动代理。

    另外,还有一些D类地址留给了网络会议:

    224.0.1.11 用于IETF-1-AUDIO、224.0.1.12 用于IETF-1-VIDEO

    E类地址

    E类地址为保留地址,可以用于实验目的。E类地址的范围:240.0.0.0 ~ 255.255.255.254,E类地址的第一个字节的取值范围为240~255。 

    在分类地址网络中每个网络占用一个地址块。各类网络地址块的示例如下表所示:

    各类网络地址块的示例
    类别起始地址结束地址网络地址主机地址范围广播地址
    A类86.0.0.086.255.255.25586.0.0.086.0.01-86.255.255.25486.255.255.255
    B类188.6.0.0188.6.255.255188.6.0.0188.6.0.1-188.6.255.254188.6.255.255
    C类206.8.2.0206.8.2.255206.8.2.0206.8.2.1-206.8.2.254206.8.2.255

    每个网络都要占用两个IP地址,一个用于标识网络,一个用于网络广播。每个网络使用该网络地址块的起始地址作为网络地址,该地址仅作为网络的标识,主要用在网络路由中。网络地址块的结束地址被用作该网络的广播地址。

    在因特网的地址中包含了网络信息。当一个路由器或网关连到多个网络上时,每个网络都会给路由器或网关分配一个IP地址,设备有多少个网络连接,就有多少个IP地址。而且这些IP地址分别属于不同的网络。一台主机也可以连接多个网络,这种主机叫作多宿主主机(Multi-homed Host)。多宿主主机拥有多个IP地址,每个地址对应于一个物理连接。下图是一个多宿主主机的例子:

    因特网地址的本质是标识主机的网络连接。

    因特网地址是由中央管理机构进行分配的。一个组织加入因特网时,从因特网的网络信息中心InterNIC获得网络前缀,然后负责组织内部的地址分配。这样,既解决了全局唯一性问题,又分散了管理负担。

     

    特殊IP地址

    在IP地址中有一些并不是来标注主机的,这些地址具有特殊的意义。这些地址包括网络地址、直接广播地址、受限广播地址、本网络地址、环回地址等。

    网络地址

    因特网上的每个网络都有一个IP地址,其主机号部分为“0”。

    网络地址的一般表达式为:

    {<Network-number>,<Host-number>}={<Network-number>,0}

    该地址用于标识网络,不能分配给主机,因此不能作为数据的源地址和目的地址。

    • A类网络的网络地址为:Network-number.0.0.0。例如,120.0.0.0;
    • B类网络的网络地址为:Network-number.0.0。例如,139.22.0.0;
    • C类网络的网络地址为:Network-number.0。例如,203.120.16.0。

    直接广播地址

    直接广播(Direct Broadcast Address):向某个网络上所有的主机发送报文。TCP/IP规定,主机号各位全部为“1”的IP地址用于广播,叫作广播地址。路由器在目标网络处将IP直接广播地址映射为物理网络的广播地址,以太网的广播地址为6个字节的全“1”二进制位,即:ff:ff:ff:ff:ff:ff 。

    直接广播地址的一般表达式为:

    {<Network-number>,<Host-number>}={<Network-number>, -1}

    这里的“-1”表示全“1”。 

    直接广播地址只能作为目的地址。

    • A类网络的直接广播地址为:Network-number.255.255.255。例如,120.255.255.255;
    • B类网络的直接广播地址为:Network-number.255.255。例如,139.22.255.255;
    • C类网络的直接广播地址为:Network-number.255。例如,203.120.16.255。

    受限广播地址

    直接广播要求发送方必须知道信宿网络的网络号。但有些主机在启动时,往往并不知道本网络的网络号,这时候如果想要向本网络广播,只能采用受限广播地址(Limited Broadcast Address)。

    受限广播地址是在本网络内部进行广播的一种广播地址。TCP/IP规定,32比特全为“1”的IP地址用于本网络内的广播。

    受限广播地址的一般表达式为:

    {<Network-number>,<Host-umber>}={-1, -1}

    其点分十进制表示为:255.255.255.255。

    受限广播地址只能作为目的地址。

    路由器隔离受限广播,不对受限广播分组进行转发。也就是说因特网不支持全网络范围的广播。

    本网络地址

    TCP/IP协议规定,网络号各位全部为“0”时表示的是本网络。本网络地址分为两种情况:本网络特定主机地址和本网络本主机地址。

    本网络特定主机地址的一般表达式为:

    {<Network-number>,<Host-number>}={0, <Host-number>}

    本网络特定主机地址只能作为源地址。

    本网络本主机地址的一般表达式为:

    {<Network-number>,<Host-number>}={0, 0}

    本网络本主机地址的点分十进制表示为:0.0.0.0。

    本网络本主机地址只能作为源地址。

    无盘工作站启动时没有IP地址,此时采用网络号和主机号都为“0”的本网络本主机地址作为源地址。 

    环回地址

    环回地址(Loopback Address)是用于网络软件测试以及本机进程之间通信的特殊地址。 

    A类网络地址127.X.X.X被用作环回地址。

    环回地址的一般表达式为:

    {<Network-number>,<Host-number>}={127, <any>}

    习惯上采用127.0.0.1作为环回地址,命名为localhost。

    当使用环回地址作为目标地址发送数据时,数据将不会被发送到网络上,而是在数据离开网络层时将其回送给本机的有关进程。

    环回接口对IP数据报的处理过程,如下图所示:

    在发送IP数据时,首先要判别该数据报的目的IP地址是否为环回地址,如果是环回地址,则直接将IP数据报放入IP输入队列实现环回。对于直接以本机地址作为目的地址的IP数据包也要会送给本机。对于广播或组播数据报,则在会送给本机的同时还要向网络发送。

     

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