秋招Day12 - 计算机网络 - IP

IP协议的定义和作用？

IP协议用于在计算机网络中传递数据包，定义了数据包的格式和处理规则，确保数据能够从一个设备传递到另一个设备，中间可能经过多个不同的设备（路由器）。

假设有两个设备 A 和 B 通过互联网通信，A 的 IP 地址是 192.168.1.1，B 的 IP 地址是 203.0.113.5。数据包的传输过程如下：

①、设备 A 发送数据包：

②、路由器转发数据包：

③、设备 B 接收数据包：

公网IP地址在互联网范围内是唯一的，IP 地址 = {<网络号>，<主机号>}。

网络号表示主机连接的网络地址在互联网中属于哪个网络，主机号用于唯一标识该网络中的设备

IP地址分为A、B、C、D、E五类

IP 地址在同一个网络中是惟一的，用于在该网络中的设备；域名在同一个网络中也是唯一的。

IP和域名的关系是多对多

一个IP多个域名（域名别名）：

bash 复制代码

203.0.113.10 ← example.com
203.0.113.10 ← www.example.com  
203.0.113.10 ← shop.example.com

一个域名多个IP（负载均衡）：

复制代码

google.com → 142.250.191.14
google.com → 142.250.191.46
google.com → 172.217.164.110

ARP是数据链路层的协议，将上一层（网络层）的IP地址解析为数据链路层的MAC地址。

ARP请求：当主机A要发送数据包给主机B时，首先判断B是否在同一网络。然后在ARP缓存中查找下一跳IP地址（同网络时是B的IP，跨网络时是网关IP）对应的MAC地址。如果没有找到，就会广播一个独立的ARP数据包，请求下一跳IP地址对应的MAC地址。
ARP应答：同一个网段内的设备收到广播，只有对应IP地址的那个设备才会应答自己的MAC地址，其他设备会忽略，并且所有收到广播的设备会将发起ARP请求的设备的IP与MAC映射缓存。
更新ARP缓存：发起请求的设备收到对应IP-MAC映射后，会更新自己的ARP缓存。

MAC地址是数据链路层使用的地址，是写在网卡上的物理地址，用来定义网络中的设备位置，是唯一的。

IP地址是网络层之上使用的地址，是一个逻辑地址，有可能变更，用来区别同一个网络内的计算机，也可以用来跨网络寻址和路由。

为了节省路由器的存储空间。如果只使用MAC地址来寻址，我们需要知道每个MAC地址所属的子网，路由器中需要存储2^48条MAC地址-子网映射，显然不现实。

然而我们可以直接通过IP地址的前缀得到设备属于哪个子网，剩下的寻址交给子网内部去实现，范围逐渐缩小，最终找到目标。

因为设备在联入网络之前没有IP地址，这时需要用MAC地址来区分不同的设备。

而且IP地址是端到端的，一开始就知道最终目标设备的IP地址，逐步缩小网段范围，负责逻辑寻址；MAC地址是点到点的，负责物理传输，用于标识在同一个网段内的物理设备，只有最后一跳才知道最终目标设备的MAC地址。

网络控制报文协议，作用在网络层。

是一个无连接的，用于网络设备之间交互信息，包括错误报告、网络诊断和网络控制。

当遇到无法访问IP地址对应的目标时，或者无法以期望的速率转发数据包时，会自动发送ICMP消息，根据得到的报告定位错误并进行网络控制优化。

ping用来测试网络的可达性和延迟，基于ICMP协议。

首先DNS解析出IP地址，然后向目标IP发送一个ICMP Echo Requst信息。

目标IP收到一个ICMP Echo Request信息后，会响应一个ICMP Echo Reply。

发起ping命令的设备收到这个ICMP Echo Reply信息后，计算平均响应时间和丢包率等信息，告诉我们网络连接的质量。