你真的會查看IP地址嗎？

你知道怎么查看 IP 地址嗎？

當(dāng)面試聽到這個(gè)問題的時(shí)候，面試者常常會覺得走錯(cuò)了房間。我面試的是技術(shù)崗位啊，怎么問這么簡單的問題？

的確，即便沒有專業(yè)學(xué)過計(jì)算機(jī)的人，只要倒騰過電腦，重裝過系統(tǒng)，大多也會知道這個(gè)問題的答案：在 Windows 上是ipconfig，在 Linux 上是ifconfig。

那你知道在 Linux 上還有什么其他命令可以查看 IP 地址嗎？答案是ip addr。如果回答不上來這個(gè)問題，那你可能沒怎么用過 Linux。

那你知道 ifconfig 和 ip addr 的區(qū)別嗎？

這是一個(gè)有關(guān) net-tools 和 iproute2 的“歷史”故事。想象一下，你登錄進(jìn)入一個(gè)被裁剪過的非常小的 Linux 系統(tǒng)中，發(fā)現(xiàn)既沒有 ifconfig 命令，也沒有 ipaddr 命令，你是不是感覺這個(gè)系統(tǒng)壓根兒沒法用？這個(gè)時(shí)候，你可以自行安裝net-tools和iproute2這兩個(gè)工具。當(dāng)然，大多數(shù)時(shí)候這兩個(gè)命令是系統(tǒng)自帶的。

安裝好后，我們來運(yùn)行一下 ip addr。不出意外，應(yīng)該會輸出下面的內(nèi)容。

root@test:~#ipaddr
1:lo:mtu65536qdiscnoqueuestateUNKNOWNgroupdefault
link/loopback000000:00brd000000:00
inet127.0.0.1/8scopehostlo
valid_lftforeverpreferred_lftforever
inet6::1/128scopehost
valid_lftforeverpreferred_lftforever
2:eth0:mtu1500qdiscpfifo_faststateUPgroupdefaultqlen1000
link/etherfa3e79:75brdffffff:ff
inet10.100.122.2/24brd10.100.122.255scopeglobaleth0
valid_lftforeverpreferred_lftforever
inet6fe80:3eff7975/64scopelink
valid_lftforeverpreferred_lftforever

這個(gè)命令顯示了這臺機(jī)器上所有的網(wǎng)卡。大部分的網(wǎng)卡都會有一個(gè) IP 地址，當(dāng)然，這不是必須的。在后面的分享中，我們會遇到?jīng)]有 IP 地址的情況。IP 地址是一個(gè)網(wǎng)卡在網(wǎng)絡(luò)世界的通訊地址，相當(dāng)于我們現(xiàn)實(shí)世界的門牌號碼。既然是門牌號碼，不能大家都一樣，不然就會起沖突。比方說，假如大家都叫六單元 1001 號，那快遞就找不到地方了。所以，有時(shí)候咱們的電腦彈出網(wǎng)絡(luò)地址沖突，出現(xiàn)上不去網(wǎng)的情況，多半是 IP 地址沖突了。

如上輸出的結(jié)果，10.100.122.2就是一個(gè) IP 地址。這個(gè)地址被「點(diǎn)分隔為四個(gè)部分」，每個(gè)部分「8 個(gè) bit」，所以 IP 地址總共是「32 位」。這樣產(chǎn)生的 IP 地址的數(shù)量很快就不夠用了。因?yàn)楫?dāng)時(shí)設(shè)計(jì) IP 地址的時(shí)候，哪知道今天會有這么多的計(jì)算機(jī)??！因?yàn)椴粔蛴茫谑蔷陀辛?IPv6，也就是上面輸出結(jié)果里面 inet6 fe80:3eff7975/64。這個(gè)有 128 位，現(xiàn)在看來是夠了，但是未來的事情誰知道呢？

本來 32 位的 IP 地址就不夠，還被分成了 5 類。現(xiàn)在想想，當(dāng)時(shí)分配地址的時(shí)候，真是太奢侈了。

在網(wǎng)絡(luò)地址中，至少在當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)候，對于A、B、 C類主要分兩部分，前面一部分是網(wǎng)絡(luò)號，后面一部分是主機(jī)號。這很好理解，大家都是六單元 1001 號，我是小區(qū) A 的六單元 1001 號，而你是小區(qū)B 的六單元 1001 號。

下面這個(gè)表格，詳細(xì)地展示了 A、B、C 三類地址所能包含的主機(jī)的數(shù)量。在后文中，我也會多次借助這個(gè)表格來講解。

這里面有個(gè)尷尬的事情，就是 C 類地址能包含的最大主機(jī)數(shù)量實(shí)在太少了，「只有 254 個(gè)」。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)候恐怕沒想到，現(xiàn)在估計(jì)一個(gè)網(wǎng)吧都不夠用吧。而 B 類地址能包含的最大主機(jī)數(shù)量又太多了。6 萬多臺機(jī)器放在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下面，一般的企業(yè)基本達(dá)不到這個(gè)規(guī)模，閑著的地址就是浪費(fèi)。

無類型域間選路（CIDR）

于是有了一個(gè)折中的方式叫作「無類型域間選路」，簡稱「CIDR」。這種方式打破了原來設(shè)計(jì)的幾類地址的做法，將 32 位的 IP 地址一分為二，「前面是網(wǎng)絡(luò)號，后面是主機(jī)號」。從哪里分呢？你如果注意觀察的話可以看到，10.100.122.2/24，這個(gè) IP 地址中有一個(gè)斜杠，斜杠后面有個(gè)數(shù)字 24。這種地址表示形式，就是 CIDR。后面 24 的意思是，32 位中，前 24 位是網(wǎng)絡(luò)號，后 8 位是主機(jī)號。

伴隨著 CIDR 存在的，一個(gè)是「廣播地址」，10.100.122.255。如果發(fā)送這個(gè)地址，所有 10.100.122 網(wǎng)絡(luò)里面的機(jī)器都可以收到。另一個(gè)是子網(wǎng)掩碼，255.255.255.0。將子網(wǎng)掩碼和 IP 地址進(jìn)行 AND 計(jì)算。前面三個(gè) 255，轉(zhuǎn)成二進(jìn)制都是 1。1 和任何數(shù)值取 AND，都是原來數(shù)值，因而前三個(gè)數(shù)不變，為 10.100.122。后面一個(gè) 0，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制是 0，0 和任何數(shù)值取AND，都是 0，因而最后一個(gè)數(shù)變?yōu)?0，合起來就是10.100.122.0。這就是「網(wǎng)絡(luò)號」。將子網(wǎng)掩碼和 IP地址「按位計(jì)算 AND」，就可得到網(wǎng)絡(luò)號。

公有 IP 地址和私有 IP 地址

在日常的工作中，幾乎不用劃分 A 類、B 類或者 C 類，所以時(shí)間長了，很多人就忘記了這個(gè)分類，而只記得 CIDR。但是有一點(diǎn)還是要注意的，就是公有 IP 地址和私有 IP 地址。

我們繼續(xù)看上面的表格。表格最右列是私有 IP 地址段。平時(shí)我們看到的數(shù)據(jù)中心里，辦公室、家里或?qū)W校的 IP 地址，一般都是私有 IP 地址段。因?yàn)檫@些地址允許組織內(nèi)部的 IT 人員自己管理、自己分配，而且可以重復(fù)。因此，你學(xué)校的某個(gè)私有 IP 地址段和我學(xué)校的可以是一樣的。這就像每個(gè)小區(qū)有自己的樓編號和門牌號，你們小區(qū)可以叫 6 棟，我們小區(qū)也叫 6 棟，沒有任何問題。但是一旦出了小區(qū)，就需要使用公有 IP 地址。就像人民路 888 號，是國家統(tǒng)一分配的，不能兩個(gè)小區(qū) 都叫人民路 888 號。

「公有 IP 地址有個(gè)組織統(tǒng)一分配」，你需要去買。如果你搭建一個(gè)網(wǎng)站，給你學(xué)校的人使用，讓你們學(xué)校的IT 人員給你一個(gè) IP 地址就行。但是假如你要做一個(gè)類似網(wǎng)易 163 這樣的網(wǎng)站，就需要有公有 IP 地址，這樣全世界的人才能訪問。

表格中的 192.168.0.x 是最常用的私有 IP 地址。你家里有 Wi-Fi，對應(yīng)就會有一個(gè) IP 地址。一般你家里地上網(wǎng)設(shè)備不會超過 256 個(gè)，所以 /24 基本就夠了。有時(shí)候我們也能見到 /16 的 CIDR，這兩種是最常見的，也是最容易理解的。

不需要將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制 32 位，就能明顯看出 192.168.0 是網(wǎng)絡(luò)號，后面是主機(jī)號。而整個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面的第一個(gè)地址 192.168.0.1，往往就是你這個(gè)私有網(wǎng)絡(luò)的出口地址。例如，你家里的電腦連接 Wi-Fi，Wi-Fi 路由器的地址就是 192.168.0.1，而 192.168.0.255 就是廣播地址。一旦發(fā)送這個(gè)地址，整個(gè)192.168.0 網(wǎng)絡(luò)里面的所有機(jī)器都能收到。但是也不總都是這樣的情況。因此，其他情況往往就會很難理解，還容易出錯(cuò)。

舉例：一個(gè)容易“犯錯(cuò)”的 CIDR

我們來看 16.158.165.91/22 這個(gè) CIDR。求一下這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)地址、子網(wǎng)掩碼和廣播地址。

你要是上來就寫 16.158.165.1，那就「大錯(cuò)特錯(cuò)」了。

/22不是 8 的整數(shù)倍，不好辦，只能先變成二進(jìn)制來看。16.158 的部分不會動，它占了前 16 位。中間的 165，變?yōu)槎M(jìn)制為10100101。除了前面的 16 位，還剩 6 位。所以，這 8 位中前 6 位是網(wǎng)絡(luò)號，16.158.<101001>，而<01>.91是機(jī)器號。

第一個(gè)地址是16.158.<101001><00>.1，即16.158.164.1。子網(wǎng)掩碼是255.255.<111111><00>.0，即255.255.252.0。廣播地址為16.158.<101001><11>.255，即16.158.167.255。

這五類地址中，還有一類「D 類是組播地址」。使用這一類地址，屬于某個(gè)組的機(jī)器都能收到。這有點(diǎn)類似在公司里面大家都加入了一個(gè)郵件組。發(fā)送郵件，加入這個(gè)組的都能收到。組播地址在后面講述 VXLAN協(xié)議的時(shí)候會提到。

講了這么多，才講了上面的輸出結(jié)果中很小的一部分，是不是覺得原來并沒有真的理解 ip addr 呢？我們接著來分析。

在 IP 地址的后面有個(gè)「scope」，對于 eth0 這張網(wǎng)卡來講，是 global，說明這張網(wǎng)卡是可以對外的，可以接收來自各個(gè)地方的包。對于 lo 來講，是 host，說明這張網(wǎng)卡僅僅可以供本機(jī)相互通信。

lo 全稱是「loopback」，又稱環(huán)回接口，往往會被分配到127.0.0.1這個(gè)地址。這個(gè)地址用于本機(jī)通信，經(jīng)過內(nèi)核處理后直接返回，不會在任何網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)。

MAC 地址

在 IP 地址的上一行是 link/ether「fa3e79:75」brd ffffff:ff，這個(gè)被稱為「MAC 地址」，是一個(gè)網(wǎng)卡的「物理地址」，用「十六進(jìn)制」，6 個(gè) byte 表示。

MAC 地址是一個(gè)很容易讓人“誤解”的地址。因?yàn)?MAC 地址號稱全局唯一，不會有兩個(gè)網(wǎng)卡有相同的 MAC 地址，而且網(wǎng)卡自生產(chǎn)出來，就帶著這個(gè)地址。很多人看到這里就會想，既然這樣，整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的通信，全部用 MAC 地址好了，只要知道了對方的 MAC 地址，就可以把信息傳過去。

這樣當(dāng)然是不行的。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包要從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方，除了要有確定的地址，還需要有定位功能。而有門牌號碼屬性的 IP 地址，才是有遠(yuǎn)程定位功能的。

例如，你去杭州市網(wǎng)商路 599 號 B 樓 6 層找劉超，你在路上問路，可能被問的人不知道 B 樓是哪個(gè)，但是可以給你指網(wǎng)商路怎么去。但是如果你問一個(gè)人，你知道這個(gè)身份證號的人在哪里嗎？可想而知，沒有人知道。

MAC 地址更像是「身份證」，是一個(gè)唯一的標(biāo)識。它的唯一性設(shè)計(jì)是為了組網(wǎng)的時(shí)候，不同的網(wǎng)卡放在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里面的時(shí)候，可以不用擔(dān)心沖突。從硬件角度，保證不同的網(wǎng)卡有不同的標(biāo)識。

「MAC 地址是有一定定位功能的，只不過范圍非常有限」。你可以根據(jù) IP 地址，找到杭州市網(wǎng)商路 599 號B 樓 6 層，但是依然找不到我，你就可以靠吼了，大聲喊身份證 XXXX 的是哪位？我聽到了，我就會站起來說，是我啊。但是如果你在上海，到處喊身份證 XXXX 的是哪位，我不在現(xiàn)場，當(dāng)然不會回答，因?yàn)槲以诤贾莶辉谏虾！?/p>

所以，「MAC 地址的通信范圍比較小，局限在一個(gè)子網(wǎng)里面」。例如，從 192.168.0.2/24 訪問 192.168.0.3/24 是可以用 MAC 地址的。一旦跨子網(wǎng)，即從 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。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)標(biāo)識

解析完了 MAC 地址，我們再來看< BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP >是干什么的？這個(gè)叫作net_device flags，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)標(biāo)識。

「UP」表示網(wǎng)卡處于「啟動」的狀態(tài)；「BROADCAST」表示這個(gè)網(wǎng)卡有「廣播地址」，可以發(fā)送廣播包；MULTICAST表示網(wǎng)卡可以發(fā)送多播包；LOWER_UP 表示 L1 是啟動的，也即網(wǎng)線插著呢。

「MTU1500」是指什么意思呢？是哪一層的概念呢？「最大傳輸單元 MTU 為 1500」，這是以太網(wǎng)的默認(rèn)值。上一節(jié)，我們講過網(wǎng)絡(luò)包是層層封裝的。「MTU 是二層 MAC 層的概念」。MAC 層有 MAC 的頭，以太網(wǎng)規(guī)定連 MAC 頭帶正文合起來，不允許超過 1500 個(gè)字節(jié)。正文里面有 IP 的頭、TCP 的頭、HTTP 的頭。如果放不下，就需要分片來傳輸。

qdisc pfifo_fast是什么意思呢？qdisc 全稱是queueing discipline，中文叫排隊(duì)規(guī)則。內(nèi)核如果需要通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送數(shù)據(jù)包，它都需要按照為這個(gè)接口配置的 qdisc（排隊(duì)規(guī)則）把數(shù)據(jù)包加入隊(duì)列。

最簡單的 qdisc 是pfifo，它不對進(jìn)入的數(shù)據(jù)包做任何的處理，數(shù)據(jù)包采用先入先出的方式通過隊(duì)列。pfifo_fast 稍微復(fù)雜一些，它的隊(duì)列包括三個(gè)波段（band）。在每個(gè)波段里面，使用先進(jìn)先出規(guī)則。三個(gè)波段（band）的優(yōu)先級也不相同。band 0 的優(yōu)先級最高，band 2 的最低。如果 band 0 里面有數(shù)據(jù)包，系統(tǒng)就不會處理 band 1 里面的數(shù)據(jù)包，band 1 和 band 2 之間也是一樣。數(shù)據(jù)包是按照「服務(wù)類型」（Type of Service，TOS）被分配多三個(gè)波段（band）里面的。TOS 是 IP 頭里面的一個(gè)字段，代表了當(dāng)前的包是高優(yōu)先級的，還是低優(yōu)先級的。

隊(duì)列是個(gè)好東西，后面我們講云計(jì)算中的網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，會有很多用戶共享一個(gè)網(wǎng)絡(luò)出口的情況，這個(gè)時(shí)候如何排隊(duì)，每個(gè)隊(duì)列有多粗，隊(duì)列處理速度應(yīng)該怎么提升，我都會詳細(xì)為你講解。

小結(jié)

怎么樣，看起來很簡單的一個(gè)命令，里面學(xué)問很大吧？通過這一節(jié)，希望你能記住以下的知識點(diǎn)，后面都能用得上：

IP 是地址，有「定位功能」；MAC 是身份證，無定位功能；

CIDR 可以用來判斷是不是本地人；

IP 分「公有」的 IP 和「私有」的 IP。后面的章節(jié)中我會談到“出國門”，就與這個(gè)有關(guān)。

最后，給你留兩個(gè)思考題。

你知道net-tools和iproute2的“歷史”故事嗎？

這一節(jié)講的是如何查看 IP 地址，那你知道 IP 地址是怎么來的嗎？

審核編輯：湯梓紅