计算机网络(三):IP协议,路由器转发,路由器和交换机的区别
文章目录
- 一、IP协议
- 域名和IP的关系
- IPV4地址不够要如何解决
- 二、路由器的分组转发流程
- 三、路由器和交换机的区别
一、IP协议
相比于TCP协议,IP 协议提供一种无连接/不可靠、尽力而为的数据包传输服务,其与TCP协议(传输控制协议)一起构成了TCP/IP 协议族的核心。IP 协议主要有以下几个作用:
寻址和路由:在IP 数据包中会携带源 IP 地址和目的 IP 地址来标识该数据包的源主机和目的主机。IP 数据报在传输过程中,每个中间节点(IP 网关、路由器)只根据网络地址进行转发,如果中间节点是路由器,则路由器会根据路由表选择合适的路径。IP 协议根据路由选择协议提供的路由信息对 IP 数据报进行转发,直至抵达目的主机。
分段与重组:IP 数据包在传输过程中可能会经过不同的网络,在不同的网络中数据包的最大长度限制是不同的,IP 协议通过给每个 IP 数据包分配一个标识符以及分段与组装的相关信息,使得数据包在不同的网络中能够传输,被分段后的 IP 数据报可以独立地在网络中进行转发,在到达目的主机后由目的主机完成重组工作,恢复出原来的 IP 数据包。
域名和IP的关系
整个互联网是一个单一抽象的网络。在大多数情况下,一个域名只对应一个IP地址,一个IP地址只对应一个域名。实际上根据需要,多个域名可以解析为同一个IP地址(网站运营商为了推广注册多个域名,一个域名也可能被解析为多个IP地址(负载均衡)。
IPV4地址不够要如何解决
- 使用IPV6: IPV6是IPV4的升级版本,其包含2的128次方个地址。
- NAT网络地址转换协议: 当局域网主机想要与公网进行通信时, NAT 方法可以将该主机 IP 地址转换成全球 IP 地址。该协议能够有效解决 IP 地址不足的问题。
- CIDR:无类别域间陆游。CIDR消除了传统的A类,B类和C类地址以及划分子网的概念,因而更加有效地分配IPV4的地址空间。
- A类地址:一个A类地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成,网络地址的最高位必须是“0”,地址范围从1.0.0.0到126.0.0.0,可用的A类网络有126个,每个网络能容纳1亿多个主机。
- B类地址:一个B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节但是主机地址组成,网络地址的最高位必须是“10”,地址范围从128.0.0.0到191.255.255.255。可用的B类网络有16382个,每个网络能容纳6万多个主机。
- C类地址:一个C类IP地址由3个字节的网络地址和1字节的主机地址组成,网络地址最高位必须是“110”,范围从192.0.0.0到233.255.255.255。C类网络可达209万余个,每个网络能容纳254个主机。
- D类地址:D类IP地址第一个字节以“III0”开始,它是一个专门保留的地址。它并不指向特定的网络,目前这一类地址被用在多点广播,多点广播地址用来一次寻址一组计算机,它标识共享同一协议的一组计算机。
- E类地址:以“IIII0”开始,为将来使用保留。
- DHCP:动态主机配置协议。动态分配IP地址,只给接入网络的设备分配IP地址。因此同一个 MAC 地址的设备,每次接入互联网时,得到的IP地址不一定是相同的,该协议使得空闲的 IP 地址可以得到充分利用。
二、路由器的分组转发流程
首先介绍一下路由表的结构:
常规的路由表包括"目标地址"、“子网掩码”、“网关”、“接口”、“跃点数”。
- 目标地址(Network Destination):数据包最终希望被送达的地址;
- 子网掩码(Netmask):和地址实际的子网掩码并不一定相同,它的真正意义是用来表示"在匹配网络包目标地址时需要比对的比特数"。
- 网关(GateWay):它表示目标地址对应的下一跳路由的IP地址,也就是说——把包发送到"网关"所对应的路由器,它知道下一步要把包发往哪里。当"网关"中的内容为空时,表示IP头中的IP地址就是要转发的目的地址,而不需要再转发到下一个路由器。
- 接口(Interface):存储着一个IP地址,当匹配到该条路由时,就会使用该IP地址对应的接口将数据包发送到"网关"对应的IP地址。
路由器的分组转发流程如下:
- 从IP数据报中提取出目的主机的IP地址,找到其所在网络。
- 判断目的IP地址所在的网络是否和本地路由器直接相连,如果是则不需要经过其他路由器直接交付,否则执行第三步。
- 检查路由表中是否有目的IP地址的特定主机陆游。如果有,则按照路由表传送到下一跳路由器中,否则执行第四步。
- 逐条检查路由表,使用每一行的子网掩码和目的IP匹配。若找到匹配路由,则按照路由表转发到下一跳路由器,否则执行第五步。
- 若路由表设置有默认路由,则按照默认路由转发到默认路由器中,否则执行第六步。
- 无法找到合适的路由,向源主机报错。
三、路由器和交换机的区别
一句话总结: 交换机不是只能工作在数据链路层,也可工作在网络层,也即是三层交换机,和路由器的区别在于,交换机使用硬件工作,快,只能处理简单的路由转发,路由器用软件实现,较慢,能实现复杂网络路由。
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