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【Linux】IP

news 2025/10/6 6:56:32

📝前言：

这篇文章我们来讲讲Linux网络——IP

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一，IP协议格式

IP 位于五层结构中的网络层
主机: 配有 IP 地址, 但是不进行路由控制的设备;
路由器: 即配有 IP 地址, 又能进行路由控制;

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第一行：

版本： IPv4 或 IPv6
4位首部长度：4字节为单位，表示IP报头长度
TOS：指定对数据报的处理方式（优先级、延迟、吞吐量、可靠性等）
16位总长度：表示整个 IP 数据报（包括头部和数据部分）的长度，单位是字节

第二行（用于“分片”，与数据链路层有关）

16位标识：同一分片的标号相同，不同分片标识不同
3位标志：
- 第一位：一般为0
- 第二位：为1代表不分片，为0代表可以分片
- 第三位：为1代表“更多分片”（即该分片不是结尾），为0代表此片为分片的最后一片（类似\0）
13位片偏移：体现该片开始距离原始片开始的偏移（单位8字节）。如第一片偏移为0，第二片为：0+第一片长度
分片与组装：
- 确认第一片：片偏移为0 + 有更多分片
- 确认最后一片：片偏移不为0 + 没有更多分片
- 确认中间片：按片偏移升序排序，然后用 前一片片偏移 + 前一片长度 得到下一片理想的片偏移，然后和实际的比较

第三行

TTL：单位 “跳数”，数据报能经过的路由器的最大数量。每经过一个路由器，TTL 值减 1，当 TTL 值为 0 时，数据报被丢弃（因为网络拓扑结构很复杂，有时候可能出现环，导致报文一直循环，浪费网络资源）
8位协议：用来指明IP要交给的上层的上层协议，如TCP，UDP…
16位首部校验和：用于检验 IP 头部在传输过程中是否出现差错。发送方计算头部的校验和，接收方收到后重新计算，若结果不一致，则说明头部存在差错，数据报可能被丢弃。

二，网段划分

IPv4 地址总量有限，存在短缺问题，同时为减少网络广播风暴、提升数据转发效率并简化管理，子网划分技术被广泛应用。它通过将大网段拆分为多个独立子网，既能高效复用有限的 IPv4 地址以避免浪费，也能以此为基础构建分层可控的网络拓扑结构，最终实现设备间高效、安全的通信。
传统的 A/B/C 类已基本淘汰，下面介绍CIDR 子网划分：

引入一个额外的子网掩码(subnet mask)来区分网络号和主机号
- 在同一个网段内主机号不能相同，在不同的网段内主机号可能相同
子网掩码也是一个 32 位的正整数. 通常用一串 “0” 来结尾
将 IP 地址和子网掩码进行 “按位与” 操作, 得到的结果就是网络号

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还有一种更简单的写法：140.252.20.68/24，表示 IP 地址为140.252.20.68，子网掩码的高位为1，即子网掩码为：255.255.255.0

三，特殊IP地址

将 IP 地址中的主机地址全部设为 0, 就成为了网络号，代表这个局域网
将 IP 地址中的主机地址全部设为 1, 就成为了广播地址, 用于给同一个链路中
相互连接的所有主机发送数据包
- 如：家用路由器分配 IP 时（DHCP 服务）：路由器会向 “192.168.1.255”（广播地址）发送 “地址分配通知”，网段内所有未获取 IP 的设备都能接收并响应，无需路由器单独联系每台设备
一个网段内的 “可用主机地址” 范围是：网络地址（主机号全 0）+1 到广播地址（主机号全 1）-1
127.*的 IP 地址用于本机环回(loop back)测试,通常是 127.0.0.1
- 当设备向 127.* 地址（如 127.0.0.1）发送数据时，这些数据不会经过网卡、路由器等硬件，也不会流入互联网或局域网，而是直接被本机的操作系统 “拦截”，并转发给本机上的目标程序；无论设备是否联网（比如断开 WiFi、拔掉网线），127.* 地址都能正常使用，因为它不依赖外部网络环境。

四，私有IP和公网IP

私有IP不能出现在公网中，也不能出现在另一个内网中
不同局域网的私有IP可以不同，同一局域网的私有IP不能相同

除了以下的私有IP，其他全是公网IP

10.*,前 8 位是网络号,共 16,777,216 个地址
172.16.*到 172.31.*,前 12 位是网络号,共 1,048,576 个地址
192.168.*,前 16 位是网络号,共 65,536 个地址

五，路由

一个路由器可以配置两个 IP 地址（路由器至少有两组IP）, 一个是 WAN 口 IP（公网IP）, 一个是 LAN 口 IP(子网IP)
- 也就是说：路由器一般处在两个“子网”中，路由器有构建子网的能力
内网的数据要传输到公网上的时候，要通过路由器的转发，同时要把私有IP替换成路由器的WAN口IP（NAT技术）

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路由表：
路由表（Routing Table）是路由器内部维护的一张数据表格，记录了 “到达不同目标网络的路径信息”。其核心作用是解决 “数据包转发的方向问题”—— 路由器不会无目的转发数据，而是通过路由表精准判断：“要去目标网络（比如百度服务器所在的公网 IP 段），下一步该交给哪个设备（比如上级路由器、网关）”。

数据来源：