網路基礎知識學習（一）
網路基礎知識學習（一）
ISO/OSI 7層參考模型：
網路包的格式很複雜，程式也很複雜。複雜的程式都要分層。
IP
IP查詢：
- Windows：
ipconfig - Linux：
ifconfig、ip addr
輸入ip addr的輸出結果：
IP 地址是一個網絡卡在網路世界的通訊地址，例如上圖的:192.168.30.128，地址被點分隔為四個部分，每個部分8個bit所以 IP地址總共是32位，這就是我們常見的IPv4。但後來電腦越來越多，IP不夠用了後就有了IPv6，例如：fe80::20c:29ff:fea8:1506，這個有128位。
32位的IPv4被分成了5類：
可以將網路號看成是小區，主機號看成是門牌號來理解。
A、B、C三類地址所包含的主機的數量：
| 類別 | IPd地址範圍 | 最大主機數 | 私有IP地址範圍 |
|---|---|---|---|
| A | 0.0.0.0-127.255.255.255 | 16777216(2^24-2) | 10.0.0.0-10.255.255.255 |
| B | 128.0.0.0-191.255.255.255 | 65534(2^16-2) | 172.16.0.0-172.31.255.255 |
| C | 192.0.0.0-223.255.255.255 | 254(2^8-2) | 192.168.0.0-192.168.255.255 |
平時我們看到的資料中心裡，辦公室、家裡或學校的 IP 地址，一般都是私有 IP 地址段。因為這些地址允許組織內部的 IT 人員自己管理、自己分配，而且可以重複。因此，你學校的某個私有 IP 地址段和我學校的可以是一樣的。這就像每個小區有自己的樓編號和門牌號，你們小區可以叫 6 棟，我們小區也叫 6 棟，沒有任何問題。但是一旦出了小區，就需要使用公有 IP 地址。就像人民路 888 號，是國家統一分配的，不能兩個小區都叫人民路 888 號。
公有 IP 地址有個組織統一分配，你需要去買。如果你搭建一個網站，給你學校的人使用，讓你們學校的IT 人員給你一個 IP 地址就行。但是假如你要做一個類似網易 163 這樣的網站，就需要有公有 IP 地址，這樣全世界的人才能訪問。
C 類地址能包含的最大主機數量實在太少了，只有 254 個，而 B 類地址能包含的最大主機數量又太多了，6 萬多個。於是有了一個折中的方式叫作無型別域間選路，簡稱 CIDR。
無型別域間選路（CIDR）
這種方式打破了原來設計的幾類地址的做法，將32位的IP地址一分為二，前面是網路號，後面是主機號。例如10.111.111.2/24，斜槓後面有個數字24這種地址表示形式，就是CIDR。後面24的意思是32位中，前24位是網路號，後8位是主機號。
伴隨著 CIDR 存在的，一個是廣播地址，10.111.111.255（主機號最大的地址）。如果傳送這個地址，所有 10.111.111網路裡面的機器都可以收到。另一個是子網掩碼，255.255.255.0（網路號位全是1，其餘都是0）。
將子網掩碼和 IP 地址進行 AND 計算。前面三個 255，轉成二進位制都是 1。1 和任何數值取 AND，都是原來數值，因而前三個數不變，為 10.111.111。後面一個 0，轉換成二進位制是 0，0 和任何數值取AND，都是 0，因而最後一個數變為 0，合起來就是 10.111.111.0。這就是網路號。將子網掩碼和 IP 地址按位計算 AND，就可得到網路號。
表格中的 192.168.0.x 是最常用的私有 IP 地址。你家裡有 Wi-Fi，對應就會有一個 IP 地址。一般你家裡地上網裝置不會超過 256 個，所以 /24 基本就夠了。有時候我們也能見到 /16 的 CIDR，這兩種是最常見的，也是最容易理解的。
不需要將十進位制轉換為二進位制 32 位，就能明顯看出 192.168.0 是網路號，後面是主機號。而整個網路裡面的第一個地址 192.168.0.1，往往就是你這個私有網路的出口地址。例如，你家裡的電腦連線 WiFi，Wi-Fi 路由器的地址就是 192.168.0.1，而 192.168.0.255 就是廣播地址。一旦傳送這個地址，整個192.168.0 網路裡面的所有機器都能收到。
如果網路號不是8的倍數，比如16.158.165.91/22，求這個網路的第一個地址、子網掩碼和廣播地址。很難一眼看出來，就需要將ip的換算成二進位制，再換算成10機制來計算了。16.158 的部分不會動，它佔了前 16 位。中間
的 165，變為二進位制為10100101。除了前面的 16 位，還剩 6 位。所以，這 8 位中前 6 位是網路號，16.158.<101001>，而 <01>.91 是機器號。第一個地址是 16.158.<101001><00>.1，即 16.158.164.1。子網掩碼是 255.255.<111111><00>.0，即255.255.252.0。廣播地址為 16.158.<101001><11>.255，即 16.158.167.255。
ip addr輸出結果中的IP地址的後面有個scope，對於ens33這張網絡卡來講，是 global，說明這張網絡卡是可以對外的，可以接收來自各個地方的包。對於 lo 來講，是 host，說明這張網絡卡僅僅可以供本機相互通訊。lo 全稱是 loopback，又稱環回介面，往往會被分配到 127.0.0.1 這個地址。這個地址用於本機通訊，經過核心處理後直接返回，不會在任何網路中出現。
MAC地址
MAC 地址，是一個網絡卡的實體地址，用十六進位制，6 個 byte 表示。例如：
ip addr輸出結果中，IP地址的上一行是link/ether 00:0c:29:a8:15:06 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff，這個就是MAC地址資訊，00:0c:29:a8:15:06就是MAC地址。每個物理網絡卡都有一個唯一的MAC地址。
既然MAC地址是唯一的，那全部都用MAC地址就好了，知道對方MAC地址就可以把資訊傳遞給對方，為什麼還要有IP？
舉一個例子：你知道你想要找的人的身份證( MAC )，你知道去哪裡找他嗎？如果你知道這人就在同一個辦公室裡面，你可以哈對方的名字，他聽到就會迴應你。但是如果要找到的人在一個城市裡面，應該就不行了吧，你還得知道對方現在的聯絡地址( ip地址 )，才可以找到對方。
所以，MAC 地址的通訊範圍比較小，侷限在一個子網裡面。例如，從 192.168.0.2/24 訪問192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。一旦跨子網，即從 192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC地址就不行了，需要 IP 地址起作用了。
MAC 地址更像是身份證，是一個唯一的標識。它的唯一性設計是為了組網的時候，不同的網絡卡放在一個網路裡面的時候，可以不用擔心衝突。從硬體角度，保證不同的網絡卡有不同的標識。
網路裝置的狀態標識
ip addr第一行輸出結果：ens33: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP group default qlen 1000
其中<BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP>叫做網路裝置的狀態標識（net_device_flags）.
- BROADCAST：表示網絡卡有廣播地址
- MULTICAST：表示網絡卡可以傳送多播包
- UP：表示網絡卡處於啟動的狀態
- LOWER_UP：網絡卡連線正常，就是網絡卡已經上電
mtu 1500：最大傳輸單元 MTU 為 1500，這是乙太網的預設值。
MTU 是二層 MAC 層的概念。MAC 層有 MAC 的頭，乙太網規定正文部分不允許超過 1500 個位元組。正文裡面有 IP 的頭、TCP 的頭、HTTP 的頭。如果放不下，就需要分片來傳輸。
qdisc：全稱是 queueing discipline，中文叫排隊規則。核心如果需要通過某個網路介面傳送資料包，它都需要按照為這個介面配置的 qdisc（排隊規則）把資料包加入佇列。
總結
- IP是地址，有定位功能，分公有IP和私有IP。
- CIDR可以用來判斷IP是不是同一個區域網。
- MAC是身份證，無定位功能，但可以有區域性小範圍通訊。
參考資料
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