​你真的会查看 IP 地址吗？

先来聊聊基础的，你知道 ifconfig 和 ip addr 这俩的区别吗？

其实这是一个有关 net-tools 和 iproute2 的“历史”故事。

想象一下，你登录进入一个被裁剪过的非常小的 Linux 系统中，发现既没有 ifconfig 命令，也没有 ipaddr 命令，你是不是感觉这个系统压根儿没法用？

这个时候，你可以自行安装 net-tools 和 iproute2这两个工具。

当然，大多数时候这两个命令是系统自带的。

安装好后，你来运行一下 ip addr。不出意外，应该会输出下面的内容。

root@test:~# ip addr
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default
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: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UP group default qlen 1000
link/ether fa:16:3e:c7:79:75 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
inet 10.100.122.2/24 brd 10.100.122.255 scope global eth0
valid_lft forever preferred_lft forever
inet6 fe80::f816:3eff:fec7:7975/64 scope link
valid_lft forever preferred_lft forever

这个命令显示了这台机器上所有的网卡。

大部分的网卡都会有一个 IP 地址，当然，这不是必须的。

在后面的分享中，你可能会遇到没有 IP 地址的情况。

IP 地址是一个网卡在网络世界的通讯地址，相当于在现实世界的门牌号码。

既然是门牌号码，不能大家都一样，不然就会起冲突。

比方说，假如大家都叫六单元 1001 号，那快递就找不到地方了。

所以，有时候咱们的电脑弹出网络地址冲突，出现上不去网的情况，多半是 IP 地址冲突了。

如上输出的结果，10.100.122.2 就是一个 IP 地址。

这个地址被点分隔为四个部分，每个部分 8 个 bit，所以 IP 地址总共是 32 位。

这样产生的 IP 地址的数量很快就不够用了。

因为当时设计 IP 地址的时候，哪知道今天会有这么多的计算机啊！

因为不够用，于是就有了 IPv6，也就是上面输出结果里面 inet6 fe80::f816:3eff:fec7:7975/64。

这个有 128 位，现在看来是够了，但是未来的事情谁知道呢？

本来 32 位的 IP 地址就不够，还被分成了 5 类。

现在想想，当时分配地址的时候，真是太奢侈了。

在网络地址中，至少在当时设计的时候，对于 A、B、 C 类主要分两部分，前面一部分是网络号，后面一部分是主机号。

这很好理解，大家都是六单元 1001 号，我是小区 A 的六单元 1001 号，而你是小区B 的六单元 1001 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。

在后文中，我也会多次借助这个表格来讲解。

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。

于是有了一个折中的方式叫作「无类型域间选路」，简称「CIDR」。

这种方式打破了原来设计的几类地址的做法，将 32 位的 IP 地址一分为二，前面是网络号，后面是主机号。

从哪里分呢？

你如果注意观察的话可以看到，10.100.122.2/24，这个 IP 地址中有一个斜杠，斜杠后面有个数字 24。

这种地址表示形式，就是 CIDR。后面 24 的意思是，32 位中，前 24 位是网络号，后 8 位是主机号。

伴随着 CIDR 存在的，一个是「广播地址」，10.100.122.255。

如果发送这个地址，所有 10.100.122 网络里面的机器都可以收到。

另一个是子网掩码，255.255.255.0。将子网掩码和 IP 地址进行 AND 计算。

前面三个 255，转成二进制都是 1。

1 和任何数值取 AND，都是原来数值，因而前三个数不变，为 10.100.122。

后面一个 0，转换成二进制是 0，0 和任何数值取AND，都是 0，因而最后一个数变为 0，合起来就是 10.100.122.0。

这就是网络号。

将子网掩码和 IP地址按位计算 AND，就可得到网络号。

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。

你继续看上面的表格。表格最右列是私有 IP 地址段。

平时你看到的数据中心里，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。

这就像每个小区有自己的楼编号和门牌号，你们小区可以叫 6 栋，我们小区也叫 6 栋，没有任何问题。

但是一旦出了小区，就需要使用公有 IP 地址。就像人民路 888 号，是国家统一分配的，不能两个小区 都叫人民路 888 号。

「公有 IP 地址有个组织统一分配」，你需要去买。

如果你搭建一个网站，给你学校的人使用，让你们学校的IT 人员给你一个 IP 地址就行。

但是假如你要做一个类似网易 163 这样的网站，就需要有公有 IP 地址，这样全世界的人才能访问。

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。

有时候你也能见到 /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。

 01  举例：一个容易“犯错”的 CIDR

你来看 16.158.165.91/22 这个 CIDR。

求一下这个网络的第一个地址、子网掩码和广播地址。

要是上来就写 16.158.165.1，那就大错特错了。

/22 不是 8 的整数倍，不好办，只能先变成二进制来看。16.158 的部分不会动，它占了前 16 位。

中间的 165，变为二进制为 10100101 。

除了前面的 16 位，还剩 6 位。

所以，这 8 位中前 6 位是网络号，16.158.<101001>，而<01>.91 是机器号。

第一个地址是 16.158.<101001><00>.1，即 16.158.164.1。

子网掩码是 255.255.<111111><00>.0，即 255.255.252.0。

广播地址为 16.158.<101001><11>.255，即 16.158.167.255。

这五类地址中，还有一类 「D 类是组播地址」。

使用这一类地址，属于某个组的机器都能收到。这有点类似在公司里面大家都加入了一个邮件组。

发送邮件，加入这个组的都能收到。组播地址在后面讲述 VXLAN协议的时候会提到。

讲了这么多，才讲了上面的输出结果中很小的一部分，是不是觉得原来并没有真的理解 ip addr 呢？

接着来分析。

在 IP 地址的后面有个 「scope」，对于 eth0 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」，又称环回接口，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。

在 IP 地址的上一行是

link/ether 「fa:16:3e:c7:79:75」 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff，这个被称为「MAC 地址」；

是一个网卡的「物理地址」，用「十六进制」，6 个 byte 表示。

MAC 地址是一个很容易让人“误解”的地址。

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传到另一个地方，除了要有确定的地址，还需要有定位功能。

而有门牌号码属性的 IP 地址，才是有远程定位功能的。

例如，你去杭州市网商路 599 号 B 楼 6 层找刘超，你在路上问路，可能被问的人不知道 B 楼是哪个，但是可以给你指网商路怎么去。

但是如果你问一个人，你知道这个身份证号的人在哪里吗？可想而知，没有人知道。

MAC 地址更像是身份证，是一个唯一的标识。

它的唯一性设计是为了组网的时候，不同的网卡放在一个网络里面的时候，可以不用担心冲突。

从硬件角度，保证不同的网卡有不同的标识。

MAC 地址是有一定定位功能的，只不过范围非常有限。

你可以根据 IP 地址，找到杭州市网商路 599 号B 楼 6 层，但是依然找不到我，你就可以靠吼了，大声喊身份证 XXXX 的是哪位？

我听到了，我就会站起来说，是我啊。

但是如果你在上海，到处喊身份证 XXXX 的是哪位，我不在现场，当然不会回答，因为我在杭州不在上海。

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 192.168.0.2/24 访问 192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。

一旦跨子网，即从 192.168.0.2/24 到 192.168.1.2/24，MAC地址就不行了，需要 IP 地址起作用了。

解析完了 MAC 地址，你再来看

 < BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP >

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」 是指什么意思呢？是哪一层的概念呢？

「最大传输单元 MTU 为 1500」，这是以太网的默认值。

你知道的，网络包是层层封装的。

「MTU 是二层 MAC 层的概念」。

MAC 层有 MAC 的头，以太网规定连 MAC 头带正文合起来，不允许超过 1500 个字节。

正文里面有 IP 的头、TCP 的头、HTTP 的头。如果放不下，就需要分片来传输。

qdisc pfifo_fast 是什么意思呢？

qdisc 全称是queueing discipline，中文叫排队规则。

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。

三个波段（band）的优先级也不相同。band 0 的优先级最高，band 2 的最低。

如果 band 0 里面有数据包，系统就不会处理 band 1 里面的数据包，band 1 和 band 2 之间也是一样。

数据包是按照「服务类型」（Type of Service，TOS）被分配多三个波段（band）里面的。

TOS 是 IP 头里面的一个字段，代表了当前的包是高优先级的，还是低优先级的。