提示：待到山花爛漫時，她在叢中笑。

IP地址與硬件地址

概述
IP地址是網(wǎng)絡(luò)層使用的地址，它是分層次等級的，
硬件地址是數(shù)據(jù)鏈路層使用的地址(如 MAC地址)，它是平面式的
在網(wǎng)絡(luò)層及網(wǎng)絡(luò)層之上使用IP地址，IP地址放在IP數(shù)據(jù)報的首部，而MAC地址放在MAC幀的首部
數(shù)據(jù)鏈路層看不見數(shù)據(jù)報分組中的IP地址
具體關(guān)系：在網(wǎng)絡(luò)層中的路由器相互傳輸時使用IP地址，當?shù)竭_目標網(wǎng)絡(luò)后，使用MAC地址查找目標物理主機
路由器：擁有多個IP地址，擁有多個硬件地址。

地址解析協(xié)議（ARP）
作用:實現(xiàn)IP地址到MAC地址的映射
ARP表:每臺主機都設(shè)有一個ARP高速緩存，用來存放本局域網(wǎng)上各主機和路由器的IP地址到MAC地址的映射表

需要加頭加尾，其中頭部最重要的就是加了IP地址和MAC地址（也就是邏輯地址和物理地址）集線器物理層設(shè)備，交換機是鏈路層的設(shè)備，如上圖路由器左邊就是一個局域網(wǎng)，若是文件比較大就需要在傳輸層進行分段，在網(wǎng)絡(luò)層進行封裝就需要加上IP地址形成一個IP數(shù)據(jù)報，要加兩個地址，一個是源主機的地址，一個是目的主機的地址，(傳輸層要講)根據(jù)這個DNS就可以將目的地址填入，分組通常是數(shù)據(jù)報分片之后的結(jié)果，為什么要進行分片可能是因為這個鏈路層的協(xié)議要求的最大傳輸單元有一個是MTU,根據(jù)MTU來決定是否要在網(wǎng)絡(luò)層進行分片，然后構(gòu)成一個IP數(shù)據(jù)報，然后數(shù)據(jù)鏈路層加上一個MAC地址，每一個主機或者說每一個路由器都會有一個ARP高速緩存，可以把他想成是一個倉庫，這個倉庫存的就是IP地址和MAC地址的映射，也就是某一個IP地址對應的MAC地址應該是多少，當然所存的都是一個局域網(wǎng)內(nèi)部的主機，若是沒有找到就要使用ARP的協(xié)議，就需要先發(fā)送一個ARP分組請求，其實是一個幀，這個數(shù)據(jù)幀的這幾個部分，它自己的IP地址，它所查詢的主機的IP地址，以及自己的MAC地址，還一個就是目的物理地址，這里能夠看出來是全FFF,也就是局域網(wǎng)內(nèi)有廣播效應的一個幀，若是MAC地址是廣播地址的話，那么交換機就可以將他從所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，這里也就是2，3，還有連接的路由器，只有三號會響應，單播就是只發(fā)給1，

==假如說要和五號主機進行通信，正常交換機是沒有MAC地址的，只有主機和路由器的端口是有MAC地址的，路由器可以有多個MAC地址，IP地址，先來查看高速緩存自然是沒有的，先用自己的子網(wǎng)掩碼和目的IP地址相與，看看是否在自己的網(wǎng)段內(nèi)，結(jié)果1號主機發(fā)現(xiàn)不在自己的網(wǎng)段內(nèi)，然后查詢默認網(wǎng)關(guān)的MAC地址，也就是他與外界溝通的路由器，下一跳（或者說下一個路）是可以跳到三個地方，2，3，和默認網(wǎng)關(guān)，然后如何得到MAC6的地址呢，依然是廣播的形式獲得默認網(wǎng)關(guān)IP6的MAC地址，
此時假設(shè)已經(jīng)傳輸?shù)搅寺酚善鬟@里，然后進行一個數(shù)據(jù)的解封裝，然后最高到網(wǎng)絡(luò)層，然后再從網(wǎng)絡(luò)層開始封裝，封裝就是要加上這個源地址和目的地址，也就是IP1和IP5，源地址和目的地址是不變的，當然目前是不考慮NAT那種請求的（若是NAT這個IP地址會發(fā)生改變的），這個物理地址是要發(fā)生變化了（因為到了一個新的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)）它的源MAC和目的MAC都發(fā)生了改變，也就變成了這個的MAC7和下一個的MAC8,此時是一個點對點的通信也就是使用PPP協(xié)議，我們說過PPP協(xié)議中目的MAC是全1的，若不是點對點就是填MAC8,然后到了下一個路由器，然后依然是IP1和IP5這個是自始至終都是不變的，目的MAC地址就是MAC5,這個MAC5依然是使用ARP協(xié)議得來的，然后這個路由器也就知道下一跳要往哪走了，具體如何做到走5不走4的這就是鏈路層對數(shù)據(jù)幀進行轉(zhuǎn)發(fā)的過程了，

局域網(wǎng)內(nèi)部只能看懂MAC地址，有的主機沒有找到就需要這個ARP協(xié)議，
也就是只要是發(fā)給本網(wǎng)絡(luò)中的一個主機，那么只需要使用ARP獲取這個主機的MAC地址，若是要發(fā)給另外一個網(wǎng)絡(luò)，也就是不在同一個網(wǎng)絡(luò)的主機或者路由器也就是需要通過默認網(wǎng)關(guān)，通過ARP找到這個默認網(wǎng)關(guān)的MAC地址，剩下的事交給這個網(wǎng)關(guān)就可以了，主機的用戶對這個ARP的過程是不知情的，

6次ARP協(xié)議
結(jié)合了MAC地址和IP地址，但是主要是將其劃分成網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，它是為IP協(xié)議來提供服務的，

動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）
概述
常用于給主機動態(tài)地分配IP地址
提供了即插即用聯(lián)網(wǎng)的機制這種機制允許一臺計算機加入新的網(wǎng)絡(luò)和獲取IP地址 而不用手工參與，DHCP是應用層協(xié)議，它是基于UDP的

主機在進行通信的時候，一定是需要一個IP地址，但是主機是如何獲取一個IP地址的呢？這個默認網(wǎng)關(guān)就是這些主機它的數(shù)據(jù)得以進入外界的一個端口，通常都是一個路由器的接口的IP地址，只有通過這樣一個默認網(wǎng)關(guān)才能與外界進行通信，手機到了一個教室中就會給它分配一個動態(tài)的IP地址，也就是通過DHCP服務器來進行分配的，主機走了這個分配的IP地址就會收回了，

DHCP客戶機廣播”DHCP發(fā)現(xiàn)”消息，試圖找到網(wǎng)絡(luò)中的DHCP服務器
DHCP服務器收到“DHCP發(fā)現(xiàn)”消息后，向網(wǎng)絡(luò)中廣播”DHCP提供消息，其中包括提供DHCP客戶機的IP地址和相關(guān)配置信息
DHCP客戶機收到”DHCP提供”消息，如果接收DHCP服務器所提供的相關(guān)參數(shù)，那么通過廣播”DHCP請求消息向DHCP服務器請求提供IP地址
DHCP服務器廣播”DHCP確認”消息，將IP地址分配給DHCP客戶
注意：DHCP服務器分配給DHCP客戶的IP地址是臨時的，因此DHCP客戶只能在一段有限的時間內(nèi)使用這個分配到的IP地址DHCP的客戶端和服務器端需要通過廣播方式來進行交互
之所以把這個應用層協(xié)議放到網(wǎng)絡(luò)層來講是因為這個協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)層的通信提供了一個基礎(chǔ)，只有有了DHCP協(xié)議我們才有IP地址，才能延伸出許多的內(nèi)容，
可以看出就是主機和服務器之間來回交互，這種方式就是客戶服務器的方式，而且這四個過程都是使用廣播的方式，

網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）目的:為了提高IP數(shù)據(jù)報交付成功的機會，在網(wǎng)絡(luò)層使用了網(wǎng)際控制報文協(xié)議(ICMP)來讓主機或路由器報告差錯和異常情況

ICMP和IGMP是處于網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層之間的協(xié)議，ICMP協(xié)議起到一個橋梁的作用，也就是為了更好的轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)報和提高交互成功的機會，

在實際的通信中總會有一些分組出錯，在網(wǎng)絡(luò)層的出錯就是給它丟棄，并同時發(fā)送一個ICMP的差錯報文，ICMP的報文是裝在IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分，所以ICMP是網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議，
類型是為了指這個ICMP是那一類的，代碼是為了區(qū)分某一個類型中具體的情況，這個檢驗和是為了檢驗整個ICMP報文的，（注意IP數(shù)據(jù)報的首部檢驗和是只檢驗首部）

所有的ICMP差錯報告報文，它們的數(shù)據(jù)字段的格式都是一樣的，收到的需要進行差錯報告的IP數(shù)據(jù)報首部以及數(shù)據(jù)部分前八個字節(jié)取出來，作為ICMP報文的數(shù)據(jù)字段，然后加上ICMP的前8個字節(jié)然后構(gòu)成了一個完整的差錯報告報文，加上IP數(shù)據(jù)報的首部就構(gòu)成了一個完整的數(shù)據(jù)報，也就是ICMP差錯報告報文是網(wǎng)絡(luò)層傳輸單元的數(shù)據(jù)部分，

因為既然是封裝成幀，自然是有可能還是出錯的，
組播是一點到多點，廣播是一點到所有結(jié)點，組播是有選擇性的，

回送請求和回答報文
時問戳請求和回答報文
掩碼地址請求 和回答報文
路由器詢問和通告報文

是有兩個主機一個是源主機，一個是目的主機，源主機就會發(fā)送一連串的數(shù)據(jù)報，主要差別是生存時間是不一樣的，然后就可以測算出從源點到終點之間的距離了，

IPV6是解決IP地址耗盡的最根本方法，緩解方法是超網(wǎng)聚合 NAT等
更大的地址空間IPv6將地址從IPv4的32位增大到了 128位
擴展的地址層次結(jié)構(gòu)
靈活的首部格式
改進的選項
允許協(xié)議繼續(xù)擴充
支持即插即用(即自動配置 )
支持資源的預分配
IPv6只有在包的源結(jié)點才能分片，是端到端的，傳輸路徑中的路由器不能分片
IPv6首部長度必須是8B的整數(shù)倍，而IPv4首部是4B的整數(shù)倍
增大了安全性。身份驗證和保密功能是IPv6的關(guān)鍵特征

支持Qos就可以滿足實時的以及多媒體通信的需要，

也就相當于將IPv4中的可變部分挪到了有效載荷當中，所以IPv6的基本首部就是固定的，這個擴展首部就是對這個數(shù)據(jù)報有什么要求，比如這個數(shù)據(jù)報要增加什么功能，也就是放在這個擴展首部來實現(xiàn)，因為有這個擴展首部原來IPv4中一些不必要的部分就可以先不用了，用的話只需要放在擴展首部中就可以了，IPv6靈活的首部格式就可以大大的加快分組處理的速度，

其中的擴展首部是可有可無的，有效載荷長度指的是有效載荷這個的長度是有多大，IPv4標識長度有兩個字段，一個叫做首部長度字段，一個叫總長度字段，首部長度字段指的是首部的大小，總長度是首部加上數(shù)據(jù)部分的大小，而這里的有效載荷長度指的是擴展首部加上數(shù)據(jù)的大小，基本首部中的下一個首部指向的是擴展首部1，擴展首部1中的下一個首部指向的是擴展首部2，最后一個指向的是數(shù)據(jù)部分，跳數(shù)限制也就相當于IPv4中的生存時間，若是為零，返回一個ICMP差錯報告報文，

如果沒有校驗和字段，對于數(shù)據(jù)報的首部的檢驗時間就縮短了，因此就可以減少每一跳的時間，
IPV6 是不允許分片的，若是IPv6數(shù)據(jù)報很大，必須要進行分片，只能在路由器這里將其丟棄，然后返回一個差錯報告報文，
IPv4的協(xié)議字段是指其中的數(shù)據(jù)使用的是哪一個協(xié)議，也就是分組的數(shù)據(jù)部分應該是交給的哪一個傳輸層協(xié)議，
IPv6的首部長度是固定的，因此不需要首部長度字段。IPv6取消了校驗和字段，這樣就加快了路由器處理數(shù)據(jù)報的速度。我們知道，數(shù)據(jù)鏈路層會丟棄檢測出差錯的幀，運輸層也有相應的差錯處理機制，因此網(wǎng)絡(luò)層的差錯檢測可以精簡掉。

只要前面有連續(xù)的0我們就可以對其進行壓縮，

多播地址只能作為目的地址，不能作為源地址，多播地址可以包括廣播地址，任播是IPV6獨有的一種地址，是一對多的一個通信，本質(zhì)上也是一對一的，通常是選擇一個離他最近的一個主機，

隧道技術(shù)是一種使用比較廣泛的技術(shù)，也就是將IPv6作為IPv4的數(shù)據(jù)部分進行傳輸，，

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-707859.html

到了這里，關(guān)于計算機網(wǎng)絡(luò)第四章——網(wǎng)絡(luò)層（中）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！