車載以太網_

? ? ? ? 車載以太網中，傳輸層和實際用的互聯網相差無幾。本篇文章對傳輸層中的IP進行介紹

什么是IP？

IP和MAC的關系

IP地址分類

私有IP? ? ? ?

NAT

DHCP

為什么要防火墻穿透？

廣播

本地廣播

直接廣播

本地廣播VS直接廣播

組播? ? ? ?

一、什么是組播（Multicast）？

1.1 組播的 “組” 概念

二、組播在 OSI 模型中的位置

三、組播地址和范圍

3.1 IPv4 組播地址范圍

3.2 IPv6 組播

四、組播核心原理

五、常見組播協議

六、組播帶來的好處

七、常見應用場景

八、網絡配置要點

九、組播與其他通信方式的對比

十、總結

IP分?與重組

IPv4首部

什么是IP？

????????IP（Internet Protocol，互聯網協議）是 網絡通信的核心協議，用于標識設備并確保數據包能夠正確地在網絡中傳輸。如果具象化的說就是住處的地址。MAC就相當于身份證。IP地址可能會變，MAC由網卡決定短期內一般不會更變。IP位于OSI7層模型中的的網絡層,?絡層的主要作?是：實現主機與主機之間的通信，也叫點對點通信。

IP和MAC的關系

? ? ? ? 正如我們上一篇文章中介紹的，IP是整個全球路徑（跨網絡傳輸）的規劃者，MAC(這里是指數據鏈路層里面的mac子層不是mac地址)僅僅用于局域網(LAN)內一跳和下一跳之間的聯系，通過ARP協議與MASK子網掩碼，如果目的IP地址位于子網內，那么他將會通過ARP協議獲取對應IP地址的MAC地址從而建立連接，但是如果不在子網則只能獲取網關(路由器)的地址，前往下一跳了。他們的關系由下圖所示:

????????

IP地址分類

? ? ? ? IP地址分為5類如下圖所示

????????

也就是

????????

私有IP? ? ? ?

?????????其中192這個開頭的也就是我們說的內網，他是私有IP。你的設備（電腦、手機、打印機等）在局域網內通信時，使用的是私有 IP（如 192.168.xxx.xxx)。私有 IP 不能直接訪問互聯網。

NAT

????????在訪問外網時，防火墻或路由器會通過 NAT（網絡地址轉換）把內網 IP 映射成一個公網 IP，然后再通過路由器發送到互聯網。對于路由器，路由器維護一個 NAT 映射表，記錄哪個內網 IP 發出了哪個請求，以便返回時能夠正確轉發。而防火墻的作用是防止外部惡意攻擊，只有內部發起的請求可以收到響應，外部設備不能直接訪問內網設備。從而NAT可以做到內網設備共享公網 IP，也就是說你的家里可能有很多設備（手機、電腦），但在公網看來，它們都是同一個 IP（路由器的公網 IP）。因此也節約了公網 IP 資源。但是這就會出一個問題，手動分配 IP 容易出錯，一旦 IP 重復，網絡會出現沖突。

DHCP

????????那么就需要DHCP這個應用層協議來幫助幫助分配IP了。DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol，動態主機配置協議） 是一種 自動給網絡中的設備分配 IP 地址、子網掩碼、網關以及 DNS 等網絡參數 的協議。它能讓我們在局域網中實現即插即用的網絡連接，大大簡化了網絡管理和配置工作。他能實現1.自動分配 IP 地址:無需人工手動給每臺設備配置 IP 地址，設備開機后會自動從 DHCP 服務器獲取到自己的 IP。2.分配其他網絡參數比如默認網關，子網掩碼，DNS 服務器地址以及其他設置。

來插敘回顧剛剛的arp,arp協議是在內網中詢問的，那么他在跳轉中，其實是每個路由器組成的內網，這個路由器又對應內部一大堆192.168的設備.說到這，我們知道一般如果跨域通信我們是要做防火墻穿透的。

為什么要防火墻穿透？

????????防火墻（Firewall） 是用于保護內網設備免受外部網絡攻擊的安全機制，它會阻止未經授權的訪問，導致外部設備無法直接訪問內網資源。他可以過濾非法訪問（限制某些端口的訪問）,防止 DDoS 攻擊（限制大量異常流量）.但是http的80或者https的443端口他不會攔截。所以可以用http來穿透防火墻。但是像dds這種他本來就是局域網里面用的，就無所謂了。

廣播

? ? ? ? 很多人會把廣播和組播弄混。其實廣播是 "一對所有" 的通信，即數據會發給 同一子網內的所有設備，而不是特定的組。并且廣播不會跨路由器，所以數據只能局限在 192.168.0.0/24 這個子網內(這個/24其實是CIDR，也就是說前24位表示網絡部分，后面8位表示主機部分，相當于子網掩碼255.255.255.0)。組播（224.x.x.x）：數據包只會被訂閱了該組的設備接收，并且可以跨子網傳播。

它分為本地廣播和直接廣播

本地廣播

? ? ? ? 使用255.255.255.255。這樣所有設備都會接收數據包，但路由器不會轉發。適用于DHCP 發現啊，ARP請求啊之類。

直接廣播

????????直接廣播使用子網地址 +255，注意這里的 +255 不是指“在原來的 IP 地址上直接加 255”。它的真正含義是：把主機部分的所有位都變成 1，得到廣播地址（Broadcast Address）。舉個例子192.168.1.0/24 +255就是把最后8位全部設為1.這樣192.168.1這個子網內的所有設備都能1收到廣播了。直接廣播讓子網內的所有設備都收到消息，但不會跨路由器傳播。而本地廣播是所有設備都會收到消息。

本地廣播VS直接廣播

????????有人就會發出疑問，那本地廣播感覺和直接廣播差不多啊，本地廣播說是所有設備都會接受數據包，但是由于有防火墻和nat,本地設備就只有子網內設備啊，那不是和直接廣播通知子網內設備差不多嘛？默認情況下是這樣的，但是如果你想實現遠程開機這種操作。本地廣播無法被 NAT 設備（如路由器）轉發到互聯網，但是直接廣播如果路由器啟用了“直接廣播轉發”，數據包可以傳播到其他子網。且由于防火墻的影響，如果你需要讓廣播通過防火墻，必須手動配置防火墻規則，允許特定端口（如 Wake-on-LAN 的 UDP 9 端口）。這樣就可以實現遠程開機了。

組播? ? ? ?

一、什么是組播（Multicast）？

組播（Multicast） 是一種 “一對多” 或 “多對多” 的網絡傳輸方式，允許發送方（Source）只發送 一份數據包，而網絡設備（路由器、交換機）根據 組播路由協議 將這份數據復制并分發給多個接收方（Receivers）。

相比 廣播（Broadcast），組播的接收方是加入了組（Group）的節點，并不是子網內所有節點。
相比 單播（Unicast），組播在多用戶同時接收相同內容時可極大減少網絡帶寬消耗。

1.1 組播的 “組” 概念

每個組播組會對應一個 組播 IP 地址（例如 224.1.1.1）。
只有 訂閱（Join）了該組播組 的主機才能接收該組的流量。
沒有訂閱的主機不會接收，也就不會浪費帶寬。

二、組播在 OSI 模型中的位置

網絡層（IP 層）：使用 組播 IP 地址（范圍 224.0.0.0 - 239.255.255.255 for IPv4）來標識組。
傳輸層：通常用 UDP（User Datagram Protocol）來傳輸組播數據，也可以使用其他協議。
鏈路層（以太網層）：使用 特殊的組播 MAC 地址（以 01:00:5E 開頭）來標識組播幀。

三、組播地址和范圍

3.1 IPv4 組播地址范圍

224.0.0.0 ~ 239.255.255.255

224.0.0.x：保留地址，用于本地鏈路組播（路由器不轉發）。
224.0.1.x - 238.x.x.x：可路由組播地址，用于互聯網或大規模網絡組播。
239.0.0.0 - 239.255.255.255：組織范圍（Administratively Scoped）地址，用于私有組播（類似私有 IP），只在組織內部使用。

3.2 IPv6 組播

在 IPv6 中，組播地址以 ff00::/8 開頭，例如 ff02::1（所有節點），ff02::2（所有路由器）等。

四、組播核心原理

發送方只發一次數據
不像單播要為每個接收者發送多份，組播只在網絡中保留一份數據流，在需要的節點或路由節點才復制分發。
接收方主動加入（Join）或退出（Leave）組播組
- 局域網內：使用 IGMP（Internet Group Management Protocol） 通知組播路由器：“我要接收這個組播組地址的數據”。
- 路由器根據組播路由協議（如 PIM、MOSPF）在網絡間構建 組播分發樹（Multicast Distribution Tree）。
網絡設備（路由器/交換機） 根據 組播路由協議 動態維護哪些接口下有接收組播數據的主機，實現數據精準分發。

五、常見組播協議

IGMP（Internet Group Management Protocol）
- 工作在主機與局域網內的組播路由器之間，主機通過 IGMP 向路由器聲明要加入或離開某個組播組。
- 常見版本：IGMPv1、IGMPv2、IGMPv3（v3 支持源過濾，能指定接收來自哪幾個源的組播）。
PIM（Protocol Independent Multicast）
- 工作在路由器之間，用于在多路由環境中建立并維護組播分發樹。
- 常見模式：PIM-SM（稀疏模式）、PIM-DM（密集模式）。
- 稀疏模式（SM）常用于大多數互聯網或企業網場景；密集模式（DM）現在用得較少。
MLD（Multicast Listener Discovery）
- IPv6 下的“IGMP”對應協議，用于管理 IPv6 組播。

六、組播帶來的好處

節省帶寬
- 只發送一次數據，然后在必要的節點進行復制。若有大量用戶同時收看相同視頻或訂閱相同數據流，可極大降低網絡壓力。
降低服務器負載
- 無需為每個接收者維護獨立的連接，大量用戶共享同一個數據流。
實時性好，適合大規模分發
- 適用于 視頻直播、股票行情、在線會議、在線教育 等實時業務場景。

七、常見應用場景

IPTV / 視頻直播
- 機頂盒或播放器加入特定組播組，網絡運營商通過組播方式發送視頻流給所有收看用戶。
在線會議 / 語音廣播
- 多人語音或視頻會議，使用組播減少流量。
實時信息分發（股票行情、競價系統等）
- 證券公司實時推送行情給交易終端，組播可極大減輕服務器和網絡負擔。
大型局域網廣播（代替純廣播，減少網絡風暴）
- 例如主機發現、服務發布，可以使用組播，只有訂閱者才會接收。

八、網絡配置要點

局域網內要啟用 IGMP
- 交換機需支持 IGMP Snooping，路由器需支持 IGMP Proxy 或 PIM 路由，才能正確轉發組播流。
跨網段要啟用 PIM（稀疏模式或密集模式）
- 路由器間通過 PIM 維護路由信息，讓組播數據可以在不同子網間傳播。
安全和 QoS
- 防止組播被濫用造成網絡攻擊（如偽造源 IP）、網絡風暴。
- 對組播流量進行 QoS（服務質量） 配置，保證實時業務優先級。
使用私有組播地址
- 如果只在組織內部使用組播，最好用 239.x.x.x 段，避免與互聯網組播地址沖突。

九、組播與其他通信方式的對比

模式	地址/協議	適用場景	帶寬利用	擴展性
單播	普通 IP 地址	點對點通信、請求-響應	一對一，帶寬消耗大	大規模“一對多”非常不劃算
廣播	`255.255.255.255`、`192.168.x.255`	局域網內的一對所有設備	一對所有，浪費較大	不能跨路由器，覆蓋面有限
組播	`224.0.0.0 - 239.255.255.255`	一對多/多對多，只有訂閱設備	只復制給加入組的設備，效率高	可跨子網，但需組播路由協議
任播	Anycast（IPv6 Anycast）	最近節點服務（CDN、DNS）	面向全局路由，路由到最近節點	配置復雜，多用于服務器分布式

十、總結

組播是網絡層的 “一對多” 傳輸方式
- 通過 組播 IP 地址 標識組，用 IGMP 來管理主機加入/離開組，路由器用 PIM 等協議維護跨網段的組播路由。
優勢在于大幅節省帶寬和服務器負載
- 對于 視頻直播、在線會議、實時行情 等場景是非常理想的技術。
需要網絡設備支持組播路由和 IGMP Snooping
- 企業網絡或運營商網絡中，需要合理規劃、開啟相關協議，否則組播可能無法跨網段，或發生網絡風暴。
安全和 QoS 同樣重要
- 在大規模組播應用中，要做好 鑒權、限速、ACL 等。

IP分?與重組

????????每種數據鏈路的最?傳輸單元 MTU 都是不相同的，以太?的 MTU 是 1500 字節等.每種數據鏈路的 MTU 之所以不同，是因為每個不同類型的數據鏈路的使??的不同。使??的不同，可承載的 MTU 也就不同。其中，我們最常? 數據鏈路是以太?，它的 MTU 是 1500 字節。那么當 IP 數據包???于 MTU 時， IP 數據包就會被分?。經過分?之后的 IP 數據報在被重組的時候，只能由?標主機進?，路由器是不會進?重組的。在分?傳輸中，?旦某個分?丟失，則會造成整個 IP 數據報作廢，所以 TCP 引?了 MSS 也就是在 TCP 層進?分 ?不由 IP 層分?，那么對于 UDP 我們盡量不要發送?個?于 MTU 的數據報?。

IPv4首部

這里面version 指定 IP 協議版本，IPv4 對應4，ipv6對應6

IHL（首部長度）：IP 頭部的長度，他的單位是4字節，用他的值x4就是實際首部長度。比如IPv4 頭部最小長度 = 20 字節（IHL=5）。IPv4 頭部最大長度 = 60 字節（IHL=15），最大是使用了option選項字段。

TOS：用于 區分不同優先級（如 QoS），影響路由和流量管理。他由3位的優先權子字段(現在沒用了).4位的tos子字段以及最后一個無用位(必須置0）組成。他是早期用于區分數據包的優先級，但是現在主要用于 QoS（服務質量控制)影響數據包的處理方式了。現在一般是用DiffServ是取代了TOS。他由DSCP(6bit)+ECN(2bit)組成。DSCP用于標記優先級，ECN用于顯式擁塞通知。常見的 DSCP 代碼點包括：

DSCP 值	二進制	類別	用途示例
0	`000000`	Default	普通流量（標準優先級）
EF（Expedited Forwarding）	`101110`	高優先級	語音（VoIP）、視頻會議
AF11	`001010`	Assured Forwarding	低優先級流量
AF31	`011010`	Assured Forwarding	高優先級流量
CS6	`110000`	Critical Services	網絡控制流量（BGP、OSPF）