计算机网络知识点全梳理（四.IP知识点总结）

举个寄信的例子，你要从城市A寄一封信到遥远的城市B。这个过程可以用来比喻IP（网络层）和MAC（数据链路层）之间的关系。

• IP（网络层）：就像信封上的地址，它指定了信件的起点（源IP地址）和终点（目的IP地址）。IP协议负责将信件（数据包）从一个网络传输到另一个网络，直到到达最终目的地。就像邮政系统负责将信件从一个城市运输到另一个城市，IP协议通过互联网的路由器来转发数据包。

• MAC（数据链路层）：假设每个城市内部有多个邮局，MAC地址就像是邮局内部的编号。当你将信件投递到邮局时，邮局会根据信封上的地址将信件送到正确的邮局分支。在数据链路层，MAC地址用于在局域网（LAN）内直接相连的设备之间传输数据帧。源MAC地址和目的MAC地址确保数据帧在局域网内的正确传输。

在本例子中，IP地址负责跨城市（网络）的信件传输，而MAC地址负责城市内部（局域网）的信件传递。信件的整个旅程需要两个层面的协作：IP协议确保信件在正确的城市间传递，而MAC协议确保信件在每个城市内部的邮局之间正确传递。

IPv4

IPv4（Internet Protocol version 4）是互联网协议的第四个版本，至今仍是互联网中广泛使用的网络层协议。

• IP地址：IPv4采用32位地址格式，通常分为四组十进制数，每组8位（例如192.168.1.1）。这种格式限制了IPv4的地址容量，大约能提供43亿个唯一地址。

• 子网划分：IPv4支持将大型网络分割成多个小型子网，这有助于优化网络管理、提升安全性，并更高效地利用IP地址资源。

• 广播地址：IPv4具备广播通信能力，允许向网络上的所有主机发送数据包。每个子网都配有一个广播地址，用于向该子网内的所有主机发送消息。

• NAT（网络地址转换）：鉴于IPv4地址资源有限，NAT技术被广泛采用，允许多个设备共享单个公网IP地址，这在家庭和企业网络中极为普遍。

• 头部结构：IPv4数据包头部包含多个关键字段，包括版本号、头部长度、服务类型、总长度、标识、标志、生存时间（TTL）、协议类型和校验和等，这些字段共同控制数据包的传输过程。

IPv4自推出以来，已成为互联网的基石。然而，随着互联网用户和设备数量的爆炸性增长，IPv4地址空间的局限性日益凸显，这推动了IPv6的开发和部署，以提供更大的地址空间和更优的性能。

在传输IP数据报时，一旦确定了源IP地址和目标IP地址，主机将通过其路由表来确定数据包的下一跳。但是，由于网络层的下一层是数据链路层，因此还需要知道下一跳的MAC地址。

为了获取下一跳的MAC地址，主机使用ARP（Address Resolution Protocol）协议。ARP通过发送ARP请求和接收ARP响应两种类型的包来确定MAC地址。具体过程如下：

1. 主机通过广播发送ARP请求，该请求包含它想要查询的IP地址。
2. 同一链路上的所有设备都会接收到这个ARP请求，并检查请求中的目标IP地址是否与自己的IP地址匹配。
3. 如果匹配，该设备会将ARP响应包发送回主机，其中包含其MAC地址。
4. 操作系统通常会缓存通过ARP获取的MAC地址，以便在后续通信中直接使用，无需再次查询。

另外MAC地址的缓存是有时间限制的，一旦超过这个期限，缓存的MAC地址将被清除，以确保地址的更新和准确性。

RARP协议