Linux【7】-网络管理-1-1-透过ip addr看ip

ip addr是linux下除ifconfig外,另一个查看ip的命令,可以先看看这个命令的输出:

[root@localhost ~]# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN 
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: eno16777736: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP qlen 1000
    link/ether 00:0c:29:e7:d7:08 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
    inet 192.168.3.9/24 brd 192.168.3.255 scope global eno16777736
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 fe80::20c:29ff:fee7:d708/64 scope link 
       valid_lft forever preferred_lft forever

IPv4

通常这个命令我们最关心的是ip地址,也即192.168.3.9,那么我们就先来讲述一下ip。首先这是一个IPv4地址,这样的ip被分为四个部分,每部分一个字节(8bit),所以ip是32位的,但是这样产生的地址数量马上就不够用了,当初设计的时候并没有想到如今会有这么多的计算机,于是后来又诞生了IPv6,也就是上面输出中的fe80::20c:29ff:fee7:d708,这个有 128 位,目前看来是足够了。

IPv4在设计之初被划分为了五类,如图:

对于前三类,每种又分为网络号和主机号两部分,为什么要区分这两个?就好比大家都住在六单元 1001 号,我是小区 A 的六单元 1001,而你是小区 B 的六单元 1001 号。网络号就相当于小区,主机号相当于具体门牌号。

下面这个表格,详细地展示了 A、B、C 三类地址所能包含的主机的数量。

这里面有个尴尬的事情,就是 C 类地址能包含的最大主机数量实在太少了,只有 254 个。当时设计的时候恐怕没想到,现在估计一个网吧都不够用吧。而 B 类地址能包含的最大主机数量又太多了。6 万多台机器放在一个网络下面,一般的企业基本达不到这个规模,闲着的地址就是浪费。

CIDR

于是又产生了一种折中的方式无类型域间选路,简称CIDR,这种方案打破了原先将ip分为五类的做法,直接将32位的地址划分为两块,前面是网络号,后面是主机号,从哪里开始划分呢?注意上面输出的inet 192.168.3.9/24,ip后面多了个/24,这就表示,前24位是网络号,后8位是主机号。

伴随着CIDR存在的是一个广播地址192.168.3.255,如果发送这个地址,则192.168.3网络里的所有机器都能收到,另一个是子网掩码255.255.255.0,将子网掩码和ip地址进行AND运算,由于前三段都是255,转换成二进制都是1,1与任何数AND运算都是原来的值,故前三个数不变还是192.168.3,最后一段是0,0与任何数and都是0,所以最后是0,最终计算结果是192.168.3.0,这就是网络号,所以子网掩码和ip的and运算结果就是网络号

在日常的工作中,几乎不用划分 A 类、B 类或者 C 类,所以时间长了,很多人就忘记了这个分类,而只记得 CIDR。但是有一点还是要注意的,就是公有 IP 地址和私有 IP 地址。

私有 IP

表格最右列是私有 IP 地址段。平时我们看到的数据中心里,办公室、家里或学校的 IP 地址,一般都是私有 IP 地址段。因为这些地址允许组织内部的 IT 人员自己管理、自己分配,而且可以重复。因此,你学校的某个私有 IP 地址段和我学校的可以是一样的。

表格中的 192.168.0.x 是最常用的私有 IP 地址。你家里有 Wi-Fi,对应就会有一个 IP 地址。一般你家里地上网设备不会超过 256 个,所以 /24 基本就够了。有时候我们也能见到 /16 的 CIDR,这两种是最常见的,也是最容易理解的。不需要将十进制转换为二进制 32 位,就能明显看出 192.168.0 是网络号,后面是主机号。而整个网络里面的第一个地址 192.168.0.1,往往就是你这个私有网络的出口地址。例如,你家里的电脑连接 Wi-Fi,Wi-Fi 路由器的地址就是 192.168.0.1,而 192.168.0.255 就是广播地址。一旦发送这个地址,整个 192.168.0 网络里面的所有机器都能收到。但是也不总都是这样的情况。因此,其他情况往往就会很难理解,还容易出错。比如:192.168.3.9/22,要是求一下这个网络的第一个地址、广播地址和子网掩码,要是你一上来就答192.168.3.1那就大错特错了,22不是8的整数倍就不好办了,前面的192.168所占的16位不变,只是3这段(0000 0011),只能化为6bit+2bit两部分,所以现在的情况就变成:前16位+6位是网络号,剩下的2位+8位是主机号,故第一个地址是192.168.<000000><00>.1即192.168.0.1,子网掩码是255.255.<111111><00>.0即255.255.252.0,广播地址是192.168.<000000><11>.255即192.168.3.255。是不是挺绕的?

scope

在 IP 地址的后面有个 scope,对于eno16777736这张网卡来讲,是 global,说明这张网卡是可以对外的,可以接收来自各个地方的包。对于 lo 来讲,是 host,说明这张网卡仅仅可以供本机相互通信。lo全称是loopback,也就是回环网卡,,往往会被分配到 127.0.0.1 这个地址。这个地址用于本机通信,经过内核处理后直接返回,不会在任何网络中出现。

MAC地址

在ip地址的上一行是link/ether 00:0c:29:e7:d7:08,这个称为MAC地址,是网卡的物理地址,用16进制,6个字节表示。

因为 MAC 地址号称全局唯一,不会有两个网卡有相同的 MAC 地址,而且网卡自生产出来,就带着这个地址。很多人看到这里就会想,既然这样,整个互联网的通信,全部用 MAC 地址好了,只要知道了对方的 MAC 地址,就可以把信息传过去。这样当然是不行的,一个网络包要从一个地方发送到另一个地方,除了要知道对方的具体位置,还要有定位功能,ip就相当于是提供定位功能的,而MAC地址则类似于身份证号。诚然,身份证号是全局唯一的,但问题是我在北京,你在上海,就算我知道你身份证号能找到你吗?

所以,MAC 地址的通信范围比较小,局限在一个子网里面。例如,从 192.168.0.224 访问 192.168.0.324 是可以用 MAC 地址的。一旦跨子网,即从 192.168.0.224 到 192.168.1.2/24,MAC 地址就不行了,需要 IP 地址起作用了。

net_device flags

解析完了 MAC 地址,我们再来看是干什么的?这个叫作net_device flags,网络设备的状态标识。UP 表示网卡处于启动的状态;BROADCAST 表示这个网卡有广播地址,可以发送广播包;MULTICAST 表示网卡可以发送多播包;LOWER_UP 表示 L1 是启动的,也即网线插着呢。MTU1500 是指最大传输单元 MTU 为 1500,这是以太网的默认值。

qdisc pfifo_fast

qdisc pfifo_fast 是什么意思呢?qdisc 全称是queueing discipline,中文名叫排队规则。内核如果需要通过某个网络接口发送数据包,它都需要按照为这个接口配置的 qdisc(排队规则)把数据包加入队列。最简单的 qdisc 是 pfifo,它不对进入的数据包做任何的处理,数据包采用先入先出的方式通过队列。pfifo_fast 稍微复杂一些,它的队列包括三个波段(band)。在每个波段里面,使用先进先出规则。

参考资料

个人公众号,比较懒,很少更新,可以在上面提问题,如果回复不及时,可发邮件给我: tiehan@sina.cn

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