IP地址究竟是如何工作的.pdf

数字生活指南IP地址究竟是如何工作的神们自己为什么连网设备必须有个地址呢世界各地的计算机都通过网线或无线网络（Wi-Fi）连接，进行通信。如果你想从网上浏览网页或下载文件，你的电脑或手机必须有一个地址，以便其他设备找到你，并把信息发送给你。在计算机术语中，这个地址被称为IP地址，全称叫“互联网协议地址”（InternetProtocolAddress)38为什么连接互联网的每个设备都必须有个地址呢？我们可以用现实生活中熟悉的事物来类比。如果我想发个快递给你，我需要告诉快递小哥发件地址和收件地址。而且，这两个地址必须是准确的、独一无二的，如果存在两个完全相同的地址，快递小哥就有可能送错。互联网也是一样。当你打开网页或App时，你使用的设备先要给另一台电脑（服务器）的地址发送消息，告诉它你需要什么信息，然后服务器把信息发到你设备的地址上。设备之间互相传递的数据包，就像路上飞驰的快递小哥传递的快递包裹。I P 地址和房子地址是一回事吗这样说，你大概会觉得IP地址很容易理解，IP地址和房子的地址不就是一回事嘛！电脑的IP地址和房子地址真的是一回事吗？事实并没有这么简单。让我们先来看看，真实的IP地址是什么样的。如果你用的是Windows系统，可以尝试同时按下Windows徽标键和R键，在“运行”窗口中输入“P”，然后按回车键运行。你会发现C:WINDOWSisystem32/ping,exeFingtaiduuom系统弹出一个110.242.68.66111.242.68.6的110.240.0.6F的回黑底白字的窗口（系统版本不同，显示略有差异）。Ping命令用来检测网络是否连通。它向目标IP地址发送一个数据包，并要求对方返回一个同样大小的数据包。如果这个数据包顺利接收，说明网络通畅；反之，则表示网络延迟或网络不通。从上面的执行结果中，我们发现，其实这个网站，对应的iP地址是110.242.68.66。在中国，我们通常这样描述一个地址：A省B市C区D路12 3 号4 0 4 室。地址中存在从省到市，再到区的关系，范围逐渐缩小，定位逐渐精确。那在IP地址中，用点分隔的4 个数字又代表11242.68.55】具有3 0 牢节的数据：什么呢？时0-16 nsTL-52日间-3 0 mTTL=52其实，这并不是4 个数字，而是1个二进制数字。4 个数字，每个数可以用一个8 位二进制数表示。我们看到的数字介于0 和2 5 5 之间，其实对应的是二进制的0 0 0 0 0 0 0 0 11111111。所以，整个IP地址可以用一个3 2 位的二进制数表示。比如，baiducom对应的IP地址110.242.68.66，用点分隔的4 个数字转成二进制，分别是：110=0 110 111039还是以收发242=-11110010，6 8=0 10 0 0 10 0，6 6=0 10 0 0 0 10。所以整个IP地址对应的32位二进制数为0 110 1110 11110 0 10 0 10 0 0 10 0 0 10 0 0 0 10。当你使用百度时，你的设备其实是在和这3 2 位数代表的IP地址进行通信，这个地址在全世界独一无二。I P 地址都是独一无二的吗既然百度的服务器有一个独一无二的IP地址，那你的设备也应该有个独一无二的IP地址，二者才能进行联网通信吧？但是，如果你查看你电脑的IP地址，它可能是这样的：19 2.16 8.1.2。巧了，我电脑的IP地址也是192.168.1.2！其实，无论你电脑的IP地址是多少，我都可以设置成跟你的一样，我们还都能正常上网。你可能会想，不对啊，既然IP地址在全世界都是独一无二的，那为什么我们可以设置两个完全一样的IP地址，竟然还都能上网？如果所有人都把IP地址设置成19 2.16 8.1.2，信息难道不会发错吗？我发给你的悄悄话，不就被别人收到了？其实，我们电脑的IP地址，只是内网地址而已。服务器的公网地址需要全世界唯一，而内网地址并不需要。快递来做比喻：两个公网之间互相通信，就像要求快递员送货上门。但快递还有另一种送法，就是让快递小哥把我们这个小区的所有快递都放在同一个收发室，让收件人去收发室取。在这种情况下，只要小区的地址是唯一的就可以了，而内部的地址重不重复都没关系。就算我们都住2 号楼4 0 4 室，快递也不可能送错，因为我们小区的地址不同。你可以把小区的地址看作公网地址，把小区内部的楼号、房间号等具体地址看作内网地址。无论你家有多少台设备都能同时上网，各自浏览网页，没有任何冲突。M40足路由器扮演了怎样的角色当你的电脑需要发送数据时，GRAYBALARYALARK它首先要检查一下目标IP地址是否和IN自己在同一个内网中。如果是，就直接发送数据；如果不是，就要把数据发送给默认网关，让默认网关代为转发。你可能要问了，默认网关是个啥？当电脑需要访问一个不在同一网络中的IP地址时，数据包要通过默认网关发送出去。一般来说，路由器的IP地址就是默认网关，因为它连接了不同的网络。ISP(Internet ServiceProvider，互联网服务提供商）是连接家庭网络（或公司网络）到互联网的中介机构，它会为你分配一个公网IP地址，并通过路由器把数据包转发到你的设备上。你可能会想，既然你们全家的信息都是通过同一个路由器、同一根光纤在互联网上传播的，当你在浏览网页、你爸在微信上和别人聊天时，你爸的聊天数据会不会错发给你？当然不可能。虽然你们的信息都通过同一个路由器收发，但路由器记得每个数据包的请求来源和返回地址，不会搞混。就比如，快递小哥不认识你，他把这个小区的所有快递都给了一位名叫“路由器”的门卫老大爷，门卫老大爷认识你，他甚至会负责地把你的快递送到你手上。只需一台路由器，你家所有的设备就能共享一个公网IP地址上网，而且信息完全不会搞混。41零点几秒可以发生什么事情当你浏览网页时，你的电脑是怎样工作的呢？假设你的电脑的IP地址是19 2.16 8.1.2。你打开百度，电脑通过网线向路由器发送请求要访问百度。此时，路由器通过网线，把请求数据发送到“光猫”（光调制解调器）。“光猫”上有一根光纤，连到通信运营商的服务器。当“光猫”开机时，它自动从运营商获取了一个公网IP地址。当“光猫”把你的请求数据发送到百度的服务器地址时，百度其实只能知道你的公网地址，它不知道、也不需要知道你的内网地址。如果你发给百度的请求是搜索关键字，那么百度返回给你的数据就是这个关键字对应的搜索结果，当然它也是通过光纤发回到你家路由器的。路由器知道这个数据是19 2.16 8.1.2这台电脑要的“包裹”，然后把数据包原封不动地转发给你，你就在电脑上看到了搜索结果。互联网上的信息是以光速在全世界传运营商播的，所以你根本意识不到在零点信息几秒内竟然信息发生了这么多事情。42我可以独享一个IP地址吗既然IP地址就是一串数字，那给每台电脑、每部手机都配置一个公网IP地址不就行了，为什么要用这么复杂的方式共享上网呢？原因其实很简单：全世界唯一的公网IP地址太少了！你想，每个IP地址由3 2 位二进制数组成，每位数字只能是1或0，所以共有多少种组合方式呢？答案是4 2 9 4 9 6 7 2 9 6（2 的3 2 次方）种，也就是说，全世界只有约4 3 亿个不重复的IP地址。在互联网诞生初期，大家觉得4 3 亿简直是个天文数字，这么多IP地址，永远都用不完吧？可谁能想到，互联网发展到今天，几乎每个人都能上网，连接网络的设备也不止一种。全世界约8 0 亿人口中，有接近5 0 亿网民，而连接网络的设备数量已超过17 0 亿个！4 3 亿个公网IP地址早已消耗始尽，大多数人只能共享IP上网了。当然，让每台设备都有一个独一无二的公网IP地址也是可以实现的，我们只要继续开发下一代IP地址一一IPv6（互联网协议第6 版）就可以了。IPv6是由12 8 位二进制数字组成的，所有可能的地址组合高达3.4 10 3 8。这个数字大到难以想象，毫不夸张地说，那时地球上每平方米都可以分配到10 的2 6 次方个IP地址，如果需要的话，连空气中的每一粒灰尘都能拥有一个独一无二的IP地址。IPv6地址是8 组4 位的十六进制数，中间用冒号分隔。例如，谷歌的IPv6地址是2 6 0 7:f8b0:4009:0802:0000:0000:0000:200e。I P v 6 地址可以被压缩，例如将连续的0 省略，用双冒号来代替，但只能使用一次。这个地址就可以表示为：2607:f8b0:4009:0802:200e。IPv6的使用现在相对较少，但随着互联网的发展和设备数量的增加，IPv6的普及将变得越来越重要。可以预料的是，IPv6完全普及后，我们的上网方式也将彻底改变。IP:IP:IP:1IPIPIP：IP：IIPP43