背景
- 誰都知道 IP 地址是干嘛的，但是它出現的前因后果你真的知道嗎？
- 我覺得很有必要重新復習下計算機網絡基礎知識，實在太太太重要了
- 本篇文章素材均來自：https://www.bilibili.com/video/BV1DD4y127r4；這個 UP 感覺還是很不錯
- by the way：有時候學習一個知識點，官網的確是最准確的， 但一定不是通俗易懂的，借助大神做的一些動態圖和類比場景，能更快吸收一個知識點
- 最佳學習方式：看一遍官方，看一遍別人做的學習視頻，再看一遍手動記錄干貨，形成自己的知識體系
為什么會出現 IP 地址
假設只有一台電腦
- 所有數據就會存儲在這台電腦的硬盤上，和其他電腦本身不存在任何干系
- 但一台電腦能做的事情是非常少的，很可能會出現多台電腦協同工作
假設有兩台電腦
- 兩台電腦協同工作，那肯定會出現數據交互的需求，那就需要用中間介質（比如 U 盤）來交換
- 這種方式既不是數據實時傳輸，也非常耗時耗力
線纜（網線）的出現
兩台電腦之間可以通過網線來實時傳輸數據
但假設有很多台電腦，那每兩台電腦間都需要一條網線來連接，隨着設備數量上升，需要的接口數量和線材數量也會越來越多，這是十分不合理的
交換機的出現
- 電腦和電腦之間的連接不再是點對點連接了
- 而是全部都接入交換機，由交換機去分發來自不同設備的數據
交換機的類型
- 很多個接口的常規網絡交換機
- 服務器
- 家里的路由器
交換機詳細介紹等后面的文章吧
非點對點連接的問題
- 點對點連接時，兩台電腦交互數據的是通過對應接口的，所以數據一定會傳送到目標主機上
- 但是接入交換機之后，就不清楚數據發送給哪個目標主機了
- 類比：網購發貨，沒有填清楚收件人的地址，所以無法精准送貨
數字虛擬地址
- 為了解決上述非點對點連接的問題，誕生了數字虛擬地址
- 電腦發送數據的時候，帶上這個數字虛擬地址，就能知道目標主機是誰了
- 栗子：182.168.0.1 主機要發送數據給 192.168.0.3 主機，就在數據的抬頭（包頭）上加上 192.168.0.1，這樣數據到達交換機后就能准確發送給對應目標主機了
說明
- 此處采用的交換機是三層交換機，具有 DHCP 分配 IP 的功能
- MAC 地址為物理層面設備識別
- 數據傳輸依賴 TCP/UDP
IP 地址來了
- 其實數字虛擬地址就是 IP 地址
- 類比：網購發貨的時候，發送的物品就是數據，收件人地址可以理解為 IP 地址
局域網
每個電腦都擁有自己的 IP 以后，加上連接的交換機，就能組成一個小的可以用來交換數據的網絡，這就是局域網
新加入一個局域網
需要把兩個局域網的交換機連接起來，組成一個更大的局域網
隨着時間的推移，可能需要連接的局域網也會越來越大，那么局域網之間又會通過一個新的交換機來連接
廣域網
- 上面有說到，隨着局域網越來越多，這個網絡也會變得越來越大，用戶只需要連接一個交互機可能就能訪問世界上絕大多數的設備，這就是廣域網
- 廣域網就是一個設備數量超級龐大的局域網
- 想要把世界各地的設備連接起來並不容易
- 需要在多個重要城市架設骨干服務器，還要在不同區域布置分支服務器，然后讓大家接入
- 這需要大量的資金成本、后期維護
- 做這種吃力不討好活的就是 ISP（互聯網服務提供商），在中國有聯通、電信、移動
- 正需要資金成本和維護成本，所以你的手機流量和家用寬帶都是計費的
IPV 4
- 由 32 位二進制數構成
- 理論上，可以提供 2^32 約 42.28 億 個地址
轉成十進制
為了方便記憶和輸入，每 8 個二進制數划分為一組，然后轉換為十進制數，變成常用的 4 個 0-255 數字
IP 地址的分類
一些地址有特殊的用途，所以被保留下來不允許被大眾使用，最后可能真正可用的 IP 地址只有 36.74 億個
全球 IPV4 地址不夠用
現在全球有75億個人，假設只有四分之一的人用互聯網，那么也有 18 億人
但每個人的設備數量可能有多個，比如手機+IPAD+電腦，如果都想要獨立的 IP 地址，那么 IPV4 很明顯不夠用
IPV4 已經枯竭
- 2011 年底，打包分配的 IPV4 地址已經枯竭了
- 2020 年底，亞太互聯網信息中心將發布不出來一個新的地址
- 除非有人返還舊的地址
NAT 網絡地址轉換
為了解決 IPV4 地址枯竭的問題，引入了 NAT 地址轉換
上圖
- 五台電腦接入一個路由器
- 路由器接入廣域網的 IP 是 6.6.6.6
- 對於家用來說，路由器由於是接入廣域網並執行 NAT 的，所以路由器就是網關
傳輸場景，引入 NAT
- 假設電腦 A 需要訪問外部的 8.8.8.8 設備
- 那么就會將數據包發送給路由器
- 路由器發現這個數據包是要發送給 8.8.8.8 的，就會將 IP 映射成自己的 IP 6.6.6.6，並記錄成映射表
- 最后，8.8.8.8 設備接收到的數據包的 IP 是 6.6.6.6
- 這樣五台電腦發送出去的數據包，都能通過路由器轉換為 6.6.6.6，以這個 IP 去傳輸數據
- 就能實現五台設備共用一個 IP
接收方也可以作為網關
這樣它下面就會連接了很多台設備，那它們也可以共用 8.8.8.8 這個 IP
存在問題
- 左側五台設備都是通過 6.6.6.6 來發送數據包的，但是右側接收方並不知道發送過來的數據包應該給哪台設備接收
- 而 8.8.8.8 的下行數據發送到 6.6.6.6 之后，也不知道給五台設備中的哪一台來接收
端口映射
為了解決上面存在的問題，引入了端口映射
具體表現方式
- 其實就是在 IP 后面加端口 6.6.6.6:8080
- 網關就會以不同的端口去和外網交互，然后把這些端口映射給局域網內的各個設備
- 傳輸數據包的時候，除了 IP 地址需要映射為網關 IP 之外，還需要將端口映射為網關的端口
- 這樣就能實現共用一個 IP 還能精准傳送數據了（解決上面存在的問題），以實現 PAT 多對一映射了
其實就是因為 NAT 和端口映射的存在，才讓 IPV4 即使在不夠用的情況下還能堅持這么久
公有 IP 和私有 IP
- 前面有說到 A、B、C、D、E 五台設備共同連接一個路由器，那么這五個設備就是寄宿在 6.6.6.6 網關下的私有 IP
- 網關所擁有的的可以直接用來在廣域網上交互數據的 6.6.6.6 就是公網IP
類比的栗子
- 比如你居住在一個名叫月亮灣的小區，具體地址是15號樓二單元101
- 假設全球只有一個小區叫這個名，那么只要別人提起月亮灣就知道是哪個月亮灣了，這種能直接通過地址訪問，可以拿到大的層面上直接使用的地址就是公網 IP
- 而小區內部其實就是局域網，你只要在小區內說是15號樓二單元101的，別人就知道你在哪
- 假設隔壁小區也有15號樓二單元101，隔壁的隔壁小區也有15號樓二單元101，寄快遞的時候只寫15號樓二單元101不寫月亮灣，那么快遞肯定不知道寄去哪里
- 像這種只能在小區內（局域網內）使用的 IP 就是私有 IP，它只有連同一個局域網的其他設備才會知道
IPV 6
能支持 3.4 * 10^ 38 個 IPV6 地址，這應該是多少億億億個了吧...給每個生物分配一個都夠用了
數字0-9，大寫字母A-F
ipv4 和 ipv6 是兩個完全不同的兩個協議
- 它們之間不能直接互通，必須要借助其他的設備去做轉換和映射
- 導致在短時間內，IPV6 替換 IPV4 是很困難的
會持續更新知識點