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  • 网络(六)MAC地址与IP地址

    千次阅读 2019-10-02 11:56:12
    引言 前面三篇笔记中,我介绍了IP地址的三种编址方式,依次是分类的IP编址、划分子网(改进分类编址)及无分类IP地址。...从层次的角度上,物理地址是数据链路和物理层使用的地址,而IP地址是网络和...

    引言

    前面三篇笔记中,我介绍了IP地址的三种编址方式,依次是分类的IP编址、划分子网(改进分类编址)及无分类IP地址。本篇笔记我们将介绍硬件地址与IP地址的关系,真正理解**“虚拟互连”**的含义

    IP地址与硬件地址

    使用层次不同

    在学习IP地址时,很重要的一点就是清楚IP地址与硬件地址的区别,下图说明了这两种地址的区别。从层次的角度上,物理地址是数据链路层和物理层使用的地址,而IP地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址。(说IP是逻辑地址,因为IP地址是用软件实现的)

    在局域网中,由于硬件地址已固化在网卡的ROM中,因此常常将硬件地址称为物理地址。因为在局域网的MAC帧中源地址和目的地址都是硬件地址,因此硬件地址又称为MAC地址。因此,物理地址、硬件地址和MAC地址常常作为同义词


    在发送数据时,数据从高层下到低层,然后才在数据链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交付给了数据链路层,就被封装成MAC帧了。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址,这两个硬件地址都写在MAC帧的首部中

    连接在通信链路上的设备(主机或者路由器)在接收MAC帧时,其根据的是MAC帧的首部中的硬件地址。在数据链路层中,看不到隐藏在MAC帧中的数据中的IP地址。只有在剥去MAC帧的首部和尾部后,把MAC层的数据报上交给网络后,网络层才能在IP数据报的首部中找到源IP地址和目的IP地址

    实例


    图中画的是三个局域网用两个路由器R1和R2互连起来,现在主机H1要和主机H2通信。这两个主机的IP地址分别是IP1和IP2,而它们的硬件地址分别是HA1和HA2(HA:Hardware Address)。通信的途径是:H1->经过R1转发->再经过R2转发->H2。路由器同时连接在两个局域网内,因此它有两个硬件地址,即HA3和HA4,同理,路由器R2也有两个硬件地址,HA5和HA6

    从虚拟的IP层看IP数据报的流动


    如上图所示,在IP层抽象的互联网上只能看到IP数据报。虽然IP数据报要经过路由器R1和R2的两次转发,但在它的首部中源地址和目的地址始终分别是IP1和IP2。数据报中间经过的两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。

    虽然在IP数据报首部有源站IP地址,但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择

    从数据链路层看MAC帧的流动


    在局域网的链路层,只能看见MAC帧。IP数据报被封装在MAC帧中。MAC帧在不同的网络上传送时,其MAC帧首部中的源地址和目的地址要发生变化

    开始在H1到R1间传送时,MAC帧首部写的是从硬件地址HA1发送到硬件地址HA3,路由器R1收到此MAC帧后,在转发时要改变首部中的源地址和目的地址((HA4 -> HA5)。同理,路由器R2收到此帧后,再改变一次MAC帧的首部,写入新的硬件地址(HA6 -> HA2),然后在R2到H2之间传送。MAC帧的首部这种变化,在上面的IP层也是看不见的。因为,在IP层,已经剥去了MAC帧的首部和尾部,没有相关信息了

    从协议栈的层次上看数据的流动


    这是数据真实传输过程中的简单抽象。在整个传送过程中,不改变IP数据报的源IP地址与目的IP地址,路由器只根据目的站IP地址的网络号进行路由选择。但MAC帧在不同的网络上传输时,其MAC帧首部中的源地址和目的地址要发生改变。这样降低了异构网络进行硬件地址转换的难度,便于因特网上面的两台主机进行通信。学了硬件地址与IP地址的关系,才真正理解了虚拟互联的概念

    不同层次、不同区间的源地址和目的地址

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  • IP 地址与硬件地址是不同的地址。 从层次的角度看, 1、硬件地址(或物理地址)是数据链路和物理层使用的地址。 2、IP 地址是网络和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址(称... 两个路由器的IP地址并不出现在IP...

    IP 地址与硬件地址是不同的地址。

    从层次的角度看, 1、硬件地址(或物理地址)是数据链路层和物理层使用的地址。 2、IP 地址是网络层和以上各层使用的地址,是一种逻辑地址(称IP 地址是逻辑地址是因为IP 地址是用软件实现的)。

       

       

    在 IP 层抽象的互联网上只能看到IP数据报。 图中的IP1 →IP2表示从源地址IP1到目的地址IP2 。 两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。

    路由器只根据目的站的 IP 地址的网络号进行路由选择。

    在具体的物理网络的链路层只能看见MAC 帧而看不见IP数据报。

    IP 层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节。 在抽象的网络层上讨论问题,就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信 。

    主机H1 与H2 通信中使用的 IP地址与硬件地址HA:

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  • 网络IP地址的三种分类方式

    千次阅读 2015-12-01 17:09:57
    本文主要介绍网络中的IP地址,其中有三种地址管理方法也将会详细介绍说明 IP地址是给因特网上的每一个主机或者是路由器的每一个接口(注意是接口,而不是主机或者是路由器本身)分配的一个在全世界范围中唯一的32...

    本文主要介绍网络层中的IP地址,其中有三种地址管理方法也将会详细介绍说明

    IP地址是给因特网上的每一个主机或者是路由器的每一个接口(注意是接口,而不是主机或者是路由器本身)分配的一个在全世界范围中唯一的32位的标识符。IP地址是由ICANN(Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)机构进行分配的。
    IP地址现在有三种编址方法:
    (1)分类的IP地址
    (2)子网的划分
    (3)构成超网
    下面将依次介绍这三种编址方式:
    1、分类的IP地址:
    顾名思义,分类的IP地址就是将IP地址划分为了2个固定长度的字段组成,第一个字段是网络号(net-id),代表所连接到的网络。第二个字段是主机号(host-id),代表了主机或者是路由器。在这种编址方式中将IP地址划分了5类,A、B、C、D、E这五类,其中A、B、C三类地址中网络号依次占了8、16、24位,并且在网络号的最开始设置了类别位,分别为0、10、110。前三类都是用于单播的,D类地址(类别位是1110)用于多播,E类地址(类别位是1111)保留下来,为以后使用。

    为了提高可读性,常常将32位地址中每隔8位就加上一个点,这叫做点分十进制记法(dotted decimal notation)。也就是我们常在自己电脑上看见的那种形式。

    2、子网的划分(subnetting)
    对于第一种编址方法,我们可以通过分析得出他的一些缺点:
    (1)由于第一种方法将IP地址(单播)分为了三类,而每一类的数量又是固定的,所以就造成了很多机构单位去申请的时候不知道应该选用哪种,例如,申请一个B类地址,利用的连1%都不到,但是如果换为C类地址的话,又考虑到以后可能会扩展,怕地址数量不够。
    (2)给每一网络都分配一个网络号,会使得路由表变得很大,这样不仅仅降低了效率,也增加了路由器的成本。
    (3)如果某些单位希望立即开通一个网络进行使用,按照第一种编址方法是不能实现的,因为要获取到一个IP地址,必须去ICNAA申请。
    为了解决上面叙述的问题,这时候就推出了划分子网的编址方式(也有说法叫子网寻址,子网路由选择),划分子网是给每个单位机构,自己内部的事情,在因特网中是看不见的,因为这个单位机构对因特网仍然表现为一个整体的网络。
    在划分子网的编址方法中,IP地址变成了三部分组成(原来只有两个部分,网络号和主机号),网络号,子网号,主机号。子网号是从原来的主机号借来的。
    这里还需要了解子网掩码的使用,原因是:IP数据报的首部不能看出源主机或者目的主机所连接的网络是否进行了子网的划分。那么怎么去使用子网掩码呢,子网掩码使用二进制表示的话,网络号和子网号的每一个位上都是1,主机号上的每一个位都是0。然后将三级的IP地址与子网掩码进行逐位的“与”操作,的出来的IP地址就是子网的网络地址。现在因特网的标准规定,对于所有的网络都必须使用子网掩码,同时在路由表中也应该有子网掩码这一栏。

    3、构成超网
    了解了子网划分的编址方法后,这里还存在这几个问题:
    (1)整个IPv4上的地址空间最终将被耗尽(2011年2月3日,IANA就宣布了IPv4地址已经耗尽)
    (2)因特网的主干网上的路由表中的项目增加很快
    为了解决这两个问题,又有一种编址方式出现了,无分类域间路由选择CIDR(Classless Inter-Domain Routing)。这种新的编址方式将IP地址又从三级地址变成了两级地址,同时,CIDR消除了传统的A、B、C类地址和子网划分的概念,原因是让IPv4的地址更加高效地被分配。取而代之的是,网络前缀(network-prefix)和主机地址,以及“斜线记法”(slash notation),或者是CIDR记法。即在IP地址后面加上斜线/,然后写上网络前缀的位数。
    CIDR不使用子网划分只是说不再像以前那样指明哪几个字段是子网字段,但是由于现在仍然有网络在使用子网划分和子网掩码,所以CIDR也使用了32位的地址掩码,同样的,地址掩码也是由1和0组成的,1的个数就是网络前缀的长度。也可以称地址掩码为子网掩码。
    使用CIDR来记录IP地址,由于CIDR记法能够表示网络前缀的位数,就产生了CIDR地址块,一个地址块中有很多的地址,在路由器中就利用CIDR地址块来查找目的网络。这种地址的聚合称为路由聚合(route aggregation)或者是构成超网(supernetting)。
    由于编址方法变化了,那么在路由器中的项目也应该作相应的改变。现在,每个项目由“网络前缀”和“下一级跳转的地址”组成。当路由器查找路由表的时候发现了不止一条结果,这时候就采用最长前缀匹配(longest-prifix matching)。因为网络前缀越长,地址块中的地址就越少,也就是越具体。
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  • IP地址使用,分类等详解

    万次阅读 多人点赞 2018-09-18 17:28:36
    一、IP地址和MAC地址 二、IP地址的分类 三、保留的特殊IP地址 四、公网和私网IP地址 一、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...

    目录

    一、IP地址和MAC地址

    二、IP地址的分类

    三、保留的特殊IP地址

    四、公网和私网IP地址


    一、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地址对应于OSI参考模型的第二层数据链路层,工作在数据链路层的交换机维护着计算机MAC地址和自身端口的数据库,交换机根据收到的数据帧中的“目的MAC地址”字段来转发数据帧。

    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地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    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、IP地址格式和表示

    在计算机二进制中,1个字节 = 8位 = 8bit(比特)

    ①IP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至255。
    IP地址的这种表示法叫做“点分十进制表示法”。
    IP地址表示为:xxx.xxx.xxx.xxx
    举个栗子:210.21.196.6就是一个IP地址的表示。

    ②理解2的指数幂

    2的幂也称为2的指数,还可以称为2的次方,如2的2次方、2的3次方等等,任何数的0次方都等于1。
    在IP地址中,0次方到7次方刚好为8位,这对于IP地址二进制转换为十进制非常方便。
    举个栗子:11010010 = 1×2^7+1×2^6+0×2^5+1×2^4+0×2^3+0×2^2+1×2^1+0×2^0 = 128+64+0+16+0+0+2+0 = 210

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    我们需要记住上图的2的幂的结果,不需要死记硬背,这个是有技巧的,从上图来看,很容易发现,由于是2的幂,所有相邻的幂的前后都是相差2倍,所以只要知道其中一个幂值,就知道相邻的幂的值。

    4、IP地址的组成

    IP地址=网络地址+主机地址,比如:
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》
    计算机的IP地址由两部分组成,一部分为网络标识,一部分为主机标识,同一网段内的计算机网络部分相同,主机部分不同同时重复出现。路由器连接不同网段,负责不同网段之间的数据转发,交换机连接的是同一网段的计算机。通过设置网络地址和主机地址,在互相连接的整个网络中保证每台主机的IP地址不会互相重叠,即IP地址具有了唯一性。
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    5、IP地址与MAC地址区别

    • 长度不同:IP地址为32位(二进制),MAC地址为48位(十六进制)。
    • 分配依据不同:IP地址的分配是基于网络拓扑,MAC地址的分配是基于制造商。
    • 寻址协议层不同:IP地址应用于OSI第三层(网络层),而MAC地址应用在OSI第二层(数据链路层)。

    6、IP地址与MAC地址的作用和关系

    IP和MAC两者之间分工明确,默契合作,完成通信过程。在数据通信时,IP地址专注于网络层,网络层设备(如路由器)根据IP地址,将数据包从一个网络传递转发到另外一个网络上;而MAC地址专注于数据链路层,数据链路层设备(如交换机)根据MAC地址,将一个数据帧从一个节点传送到相同链路的另一个节点上。IP和MAC地址这种映射关系由ARP(Address Resolution Protocol,地址解析协议)协议完成,ARP根据目的IP地址,找到中间节点的MAC地址,通过中间节点传送,从而最终到达目的网络。
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    计算机在和其他计算机通信之前,首先要判断目标IP地址和自己的IP地址是否在一个网段,这决定了数据链层的目标MAC地址是目标计算机的还是路由器接口的MAC地址。数据包的目标IP地址决定了数据包最终到达哪一个计算机,而目标MAC地址决定了该数据包下一跳由哪个设备接收,不一定是终点。

    二、IP地址的分类

    1、IP地址分类详解

    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。

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    ①、A类地址

    1. 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。
    2. A类地址范围:1.0.0.0 - 126.255.255.255,其中0和127作为特殊地址。
    3. A类网络默认子网掩码为255.0.0.0,也可写作/8。
    4. A类网络最大主机数量是256×256×256-2=166777214(减去1个主机位为0的网络地址和1个广播地址)。

    在计算机网络中,主机ID全部为0的地址为网络地址,而主机ID全部为1的地址为广播地址,这2个地址是不能分配给主机用的。

    ②、B类地址

    1. 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。
    2. B类地址范围:128.0.0.0 - 191.255.255.255。
    3. B类网络默认子网掩码为255.255.0.0,也可写作/16。
    4. B类网络最大主机数量256×256-2=6554。

    ③、C类地址

    1. 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。
    2. C类地址范围:192.0.0.0 - 223.255.255.255。
    3. C类网络默认子网掩码为255.255.255.0,也可写作/24。
    4. C类网络最大主机数量256-2=254。

    ④、D类地址

    1. 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。
    2. D类地址用于组播(也称为多播)的地址,无子网掩码。
    3. D类地址范围:224.0.0.0 - 239.255.255.255。

    ⑤、E类地址

    1. 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。
    2. E类地址范围:240.0.0.0 - 255.255.255.255。
    3. 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。

    2、IP地址分类思维导图

    IP地址总结学习思维导图如下:
    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    三、保留的特殊IP地址

    以下这些特殊IP地址都是不能分配给主机用的地址:

    • 主机ID全为0的地址:特指某个网段,比如:192.168.10.0 255.255.255.0,指192.168.10.0网段。
    • 主机ID全为1的地址:特指该网段的全部主机,比如:192.168.10.255,如果你的计算机发送数据包使用主机ID全是1的IP地址,数据链层地址用广播地址FF-FF-FF-FF-FF-FF。
    • 127.0.0.1:是本地环回地址,指本机地址,一般用来测试使用。回送地址(127.x.x.x)是本机回送地址(Loopback Address),即主机IP堆栈内部的IP地址。
    • 169.254.0.0:169.254.0.0-169.254.255.255实际上是自动私有IP地址。
    • 0.0.0.0:如果计算机的IP地址和网络中的其他计算机地址冲突,使用ipconfig命令看到的就是0.0.0.0,子网掩码也是0.0.0.0。

    保留的特殊IP地址思维导图如下:

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    四、公网和私网IP地址

    公网IP地址
    公有地址分配和管理由Inter NIC(Internet Network Information Center 因特网信息中心)负责。各级ISP使用的公网地址都需要向Inter NIC提出申请,有Inter NIC统一发放,这样就能确保地址块不冲突。

    私网IP地址
    创建IP寻址方案的人也创建了私网IP地址。这些地址可以被用于私有网络,在Internet没有这些IP地址,Internet上的路由器也没有到私有网络的路由表。

    • A类:10.0.0.0 255.0.0.0,保留了1个A类网络。
    • B类:172.16.0.0 255.255.0.0~172.31.0.0 255.255.0.0,保留了16个B类网络。
    • C类:192.168.0.0 255.255.255.0~192.168.255.0 255.255.255.0,保留了256个C类网络。

    PS:私网地址访问Internet需要做NAT或PAT网络地址转换

    PAT(Port Address Translation)方式的地址转换利用了TCP/UDP协议的端口号,进行地址转换;
    PAT方式的地址转换是采用了“地址+端口”的映射方式,因此 可以使内部局域网的许多主机共享一个IP地址访问Internet;
    PAT也叫动态地址转换,在私有网络地址和外部网络地址之间建立多对一映射,达到了内 部网多台主机共用同一个公网地址访问外部网络的目的,
    所以在实际应用中多数采用这种方式;


    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

    公网和私网IP地址思维导图如下:

    IP地址和子网划分学习笔记之《IP地址详解》

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    IP地址和MAC地址的区别IP地址MAC地址IP地址与MAC地址的区别与联系 IP地址 IP地址分为IPV4和IPV6。IPV4由32位整数组成,分成4个部分,每块8位二进制。IPV6由128位整数组成,分成8个部分,每个部分16位二进制,即4位6...
  • 网络 TCP/IP体系中网络十分重要,本篇文章主要介绍IP(Internet Protocol)协议。  网络的主要作用是“实现终端节点之间的通信”。这种终端节点之间的通信也叫作“点对点通信”。  网络的下一——...
  • 何为真实IP地址呢?请看下图,既获取到的真实客户端IP是101,既不是正向代理服的104,也不是反向代理的105。   我们以PHP为例来说明整个过程吧。 前期准备: 在/home/apps/realip.co
  • IP地址分类详解

    万次阅读 2016-03-12 20:49:33
    一、IP地址简介 IP,即网际协议(Internet Protocol),或称互联网协议,是用于报文交换网络的一种面向数据的协议。 IP是在TCP/IP协议中网络的主要协议,任务是仅仅根据源主机和目的主机的地址传送数据。为此...
  • 以太网发明出来的时候,IP还没有垄断网络协议,那时还有Novell网的IPX/SPX协议、DEC公司开发的CLNP网络协议,以及Apple公司开发的Apple Talk协议,以太网需要支持这所有的网络协议,如果没有MAC地址,势必需要...
  • 1. 连接在Internet中的每台主机(或路由器)都分配一个32bit的全球唯一的标识符,即IP地址。  IP地址的编码方法有三种:分类的IP地址、子网的划分和CIDR。  传统的IP地址是分类的地址,分为A、B、C、D、E五类。...
  • Ubuntu 20.04修改ip地址

    万次阅读 多人点赞 2020-05-05 12:02:26
    今天在继续上次的办公协作平台实验的时候发现虚拟机因为之前是DHCP的方式获取的ip地址,而这次虚拟机开机后DHCP获取的地址变更了,因为网站上已经配置了固定ip地址访问,导致不能访问网页,所以需要修改ip地址为上次...
  • 什么是IP地址、IP协议?

    万次阅读 多人点赞 2019-06-20 13:28:19
    互联网协议地址(英语:Internet Protocol Address,又译为网际协议地址),缩写为IP地址(英语:IP Address),是分配给用户上网使用的网际协议(英语:Internet Protocol, IP)的设备的数字标签。 网络互联 网络...
  • 华为三交换机绑定IP和MAC地址

    千次阅读 2020-12-09 16:31:18
    现在需要绑定“研发部”的所有电脑的IP和MAC地址 所有vlan和端口信息如下 由于之前搭建的时候所有电脑都是自动获取ip的,dhcp配置这里就不重述了,开始讲述如何绑定 1.开启dhcp snooping 2.进入vlan200(研发部)...
  • IP地址和MAC地址的作用和相互关系

    千次阅读 2019-01-22 14:44:53
    IP地址和MAC地址的作用和相互关系 ...IP地址:是虚拟地址,可以动态变化,使用在网络 国家IP地址是按照区域划分的,也就是说,网络中的路由器,接收到一个数据包后,可以srcIP中判断出,这个数据包是哪个区...

空空如也

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