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）。

IP协议有哪些作用？

• 寻址：标识网络中的源和目标位置，确保数据准确地传送到目标设备。
• 路由：IP协议负责数据包在网络中传输的路径，比如路由器可以目标IP地址信息匹配路由表中的下一跳。
• 分片和重组：数据包在传输的过程中可能被分为多个小片，接收端会根据头部信息将这些片段重组为完整的数据包。

举一个实际例子来说明

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：

• 设备 A 创建一个 IP 数据包，设置源地址为 192.168.1.1（本地地址），目的地址为 203.0.113.5，将要传输的数据放入数据部分。
• 数据包封装后，通过本地网络发送到路由器。

②、路由器转发数据包：

• 路由器根据路由表查找目的地址 203.0.113.5，确定数据包的传输路径。
• 数据包可能经过多个中间路由器，每个路由器都根据路由表选择下一跳，最终到达目标设备的网络。

③、设备 B 接收数据包：

• 设备 B 接收数据包，读取 IP 头部信息，验证数据包的完整性。
• 并数据部分取出，交给上层协议处理（如 TCP 或 UDP）。

IP地址有哪些分类？

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

 

域名和IP地址的关系？IP可以对应多个域名吗？

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）：

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）：

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

IPv4地址不够是如何解决的？

• DHCP：只给接入网络的设备动态地分配IP地址，使得空闲的 IP 地址可以得到充分利用。
• CIDR：无类别域间路由，消除了传统的固定类别边界，使子网划分变得更加灵活，不再受A、B、C类固定长度的限制。
• NAT：网络地址转换协议，不同的局域网中设备的IP地址可以相同，一定程度上解决了IP地址耗尽的问题，而NAT又将局域网中的私有IP地址转换为公网地址。
• IPv6：使用128位的网络地址，可以从根本上解决网络地址不够用的问题，但还没有被广泛使用。

说一下ARP协议的工作流程

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。

1. 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。
2. 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。
3. 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。

为什么既有IP地址，又有MAC地址？

MAC地址和IP地址各自有什么作用？

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。

为什么有了MAC地址还需要IP地址？

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。

为什么有了IP地址还需要MAC地址？

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。

ICMP协议的功能？

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命令的原理？

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。