网络协议系列文章
网络协议(一)：基本概念、计算机之间的连接方式
网络协议(二)：MAC地址、IP地址、子网掩码、子网和超网
目录
- 一、MAC地址
- 二、IP地址
- 1、IP地址的组成
- 2、IP地址的分类
- 三、子网划分
- 1、等长子网划分
- 2、变长子网划分
- 四、超网
- 五、判断一个网段是子网还是超网
一、MAC地址
- 每个网卡都有一个6字节(48bit)的MAC地址 (Media Access Control Address)
- MAC地址全球唯一，固化在网卡的ROM中，由 IEEE802 标准规定
- 前3字节：OUI (Organizationally Unique Identifier)，组织唯一标识符由 IEEE 的注册管理机构分配给厂商
- 后3字节：网络接口标识符由厂商自行分配
- OUI 查询：可以根据OUI查询出对应的厂商
- http://standards-oui.ieee.org/oui.txt
- https://mac.bmcx.com
不同系统MAC地址格式
- Windows：40-55-82-0A-8C-6D
- Linux、Android、Mac、iOS：40:55:82:0A:8C:6D
- Packet Tracer：4055.820A.8C6D
注意： 当48位全为1时，代表广播地址：FF-FF-FF-FF-FF-FF
获取MAC地址
- Windows：ipconfig /all
- Mac：ifconfig
- ARP广播获取（所有系统通用）
- 当不知道对方主机的MAC地址时，可以通过发送ARP广播获取对方的MAC地址
- 获取成功后，会缓存IP地址、MAC地址的映射信息，俗称：ARP缓存
- 通过ARP广播获取的MAC地址，属于动态（dynamic）缓存存储时间比较短（默认是2分钟），过期就自动删除
- arp -a [主机地址]：查看ARP缓存
- arp -d [主机地址]：删除ARP缓存
- arp -s 主机地址 MAC地址：增加一条缓存信息（这是静态缓存，存储时间较久，不同系统的存储时间不同）
二、IP地址
- IP地址 (Internet Protocol Address)：互联网上的每一个主机都有一个IP地址
- 最初是IPv4 版本，32bit（4字节），2019年11月25日，全球的IP地址已经用完
- 后面推出了IPv6 版本，128bit（16字节）
- 我们在学习中讨论的都是 IPV4
1、IP地址的组成
- IP地址由2部分组成：网络标识（网络ID）、主机标识（主机ID）
- 通过子网掩码（subnet mask）可以得知 网络ID 、主机ID
- 主机所在的网段 = 子网掩码 & IP地址
IP地址：192.168.1.10
子网掩码：255.255.255.0
1100 0000 . 1010 1000 . 0000 0001 . 0000 1010
& 1111 1111 . 1111 1111 . 1111 1111 . 0000 0000
----------------------------------------------------
1100 0000 . 1010 1000 . 0000 0001 . 0000 0000
网段：192.168.1.0
- 网段是由子网掩码计算得出，只有IP地址无法得知网段
IP地址：130.168.1.10
子网掩码：255.255.0.0
网段：130.168.0.0
该网段最多有 256*256-2 个IP地址
-2是因为: 全0代表网段,全1代表广播
网段和广播无法分配IP地址.
2、IP地址的分类
- 判断IP地址的类别只要看第一部分即可
- 只有 A\B\C 类地址才能分配给主机
- 主机ID为 全0，表示主机所在的网段，如 192.168.1.0
- 主机ID为 全1，表示主机所在网段的全部主机（广播），如 192.168.1.255
A类地址
- 默认子网掩码是 255.0.0.0
网络ID
- 0 不能用，127 作为保留网段
- 其中127.0.0.1是本地环回地址（Loopback），代表本机地址
- 可以分配给主机的第1部分的取值范围是：1~126
主机ID
- 第2、3、4部分的取值范围是：0~255
- 每个A类网络能容纳的最大主机数是：256256256–2 = 2^24–2 = 16777214（1600多万）
B类地址
- 默认子网掩码是 255.255.0.0
网络ID
- 第1部分的取值范围是：128~191
- 第2部分的取值范围是：0~255
主机ID
- 第3、4部分的取值范围是：0~255
- 每个B类网络能容纳的最大主机数是：256*256-2 = 2^16-2 = 65534（6万多）
C类地址
- 默认子网掩码是 255.255.255.0
网络ID
- 第1部分的取值范围是：192~223
- 第2、3部分的取值范围是：0~255
主机ID
- 第4部分的取值范围是：0~255
- 每个C类网络能容纳的最大主机数是：256-2 = 254
D类地址
- 没有子网掩码，用于多播（组播）地址
- 第一部分取值是：224~239
E类地址
- 保留为今后使用
- 第一部分取值是：240~255
子网掩码的CIDR表示方法
- CIDR (Classless Inter-Domain Routing)，无类别域间路由
- 192.168.1.100/24，代表子网掩码有24个1，也就是 255.255.255.0
- 123.210.100.200/16，代表子网掩码有16个1，也就是 255.255.0.0
计算工具：https://www.sojson.com/convert/subnetmask.html
三、子网划分
子网划分：借用主机位作子网位，划分出多个子网
为什么要进行子网划分？
如果需要让 200 台主机在同一个网段内，可以分配一个 C类网段，比如192.168.1.0/24
- 共 254 个可用IP地址：192.168.1.1 ~ 192.168.1.254
- 多出 54 个空闲的IP地址，这种情况并不算浪费资源
如果需要让 500 台主机在同一个网段内，那就分配一个 B类网段，比如191.100.0.0/16
- 共 65534 个可用IP地址：191.100.0.1 ~ 191.100.255.254
- 多出 65034 个空闲的IP地址，这种情况属于极大的浪费资源
如何尽量避免浪费IP地址资源？
- 合理进行子网划分
子网划分类别
- 等长子网划分：将一个网段等分成多个子网，每个子网的可用IP地址数量一样
- 变长子网划分：每个子网的可用IP地址数量可以是不一样的
子网划分器：http://www.ab126.com/web/3552.html
1、等长子网划分
C类子网划分：192.168.0.0/24
等分成 2 个子网：
- 主机部分右移一位，分成2个子网，主机部分由8位表示改为7为表示（但是ip地址第四部分还是后八位表示）
- 每个子网可分配ip个数：2^7 = 128 - 2 = 126
- 以前255.255.255.0是二进制24个1，现在是25个1，所以子网掩码：255.255.255.128或25
- A子网网段：主机部分2~8位都是0，第1位是0，192.168.0.0
- A子网广播ip：主键部分2~8位都是1，第一位是0，192.168.0.127
- B子网网段：主机部分2~8位都是0，第1位是1，192.168.0.128
- B子网广播地址：主键部分2~8位都是1，第一位是1，192.168.0.255
等分成 4 个子网：
- 主机部分右移二位，分成4个子网，主机部分由8位表示改为6位表示
- 每个子网可分配ip个数：2^6 = 64 - 2 = 62
- 以前255.255.255.0是二进制24个1，现在是26个1，所以子网掩码：255.255.255.192或26
- 等分成 4 个子网的广播地址：192.168.0.63、192.168.0.127、192.168.0.191、192.168.0.255
等分成 8 个子网：
- 主机部分右移三位，分成8个子网，主机部分由8位表示改为5位表示
- 每个子网可分配ip个数：2^5 = 32 - 2 = 30
- 以前255.255.255.0是二进制24个1，现在是27个1，所以子网掩码：255.255.255.224或27
A、B类子网划分
B类子网划分：
A类子网划分：
子网划分实践
例1：他们还是属于同一个网段，可以直接 ping 通
例2：它们分别属于 192.168.0.0 和 192.168.0.128 网段，需要用路由器并设置网关才可以 ping 通
2、变长子网划分
- 不等长的子网，它们的子网掩码也不同
- 假设上图是对192.168.0.0/24进行变长子网划分
- C网段：子网掩码是255.255.255.128/25 | 主机可用ip：192.168.0.1~192.168.0.126 | ip个数：126个
- B网段：子网掩码是255.255.255.192/26 | 主机可用ip：192.168.0.129~192.168.0.190 | ip个数：62个
- A网段：子网掩码是255.255.255.224/27 | 主机可用ip：192.168.0.193~192.168.0.222 | ip个数：30个
- D网段：子网掩码是255.255.255.252/30 | 主机可用ip：192.168.0.253~249.168.0.250 | ip个数：2个
- E网段：子网掩码是255.255.255.252/30 | 主机可用ip：192.168.0.253~192.168.0.254 | ip个数：2个
下列两台计算机可以正常通信吗？
- 答案：不可以
- 计算机0 想要发送数据包，先判断计算机1是否和自己处于同一个网段，计算网段的方法是：IP地址 & 子网掩码
- 计算机0判断计算机1的网段为 192.168.10.10 & 255.255.255.0 = 192.168.10.0（对方ip & 自己子网掩码）
- 而计算机0判断自身所处网段为 192.168.0.10 & 255.255.255.0 = 192.168.0.0
- 双方不处于同一网段，所以计算机0无法将数据包发给计算机1（不同网段的数据通信需要路由器）
四、超网
- 超网：跟子网反过来，它是将多个连续的网段合并成一个更大的网段
为什么需要超网？
- 原本有200台计算机使用192.168.0.0/24网段，现在希望增加200台设备到同一个网段
- 200台在192.168.0.0/24网段，200台在192.168.1.0/24网段
- 合并192.168.0.0/24、192.168.1.0/24为一个网段：192.168.0.0/23（子网掩码往左移动1位）
- 主机部分左移一位，两个网段合并成一个，主机部分由8位表示改为9位表示（但是ip地址第三、四部分还是以前的八位表示）
- 可分配ip个数：2^9 = 512 - 2 = 510
- 网段：192.168.0.0 广播IP：192.168.1.255
- 可用IP地址：192.168.0.1~192.168.1.254
- 以前255.255.255.0是二进制24个1，现在是27个1，所以子网掩码：255.255.255.224或27
合并4个网段
- 子网掩码向左移动 2 位，可以合并 4 个网段
- 将 192.168.0.0/24、192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24 合并为192.168.0.0/22 网段
子网合并的规律
- 第一个网段的网络号以二进制 0 结尾，那么由它开始连续的2 个网段，能通过左移1位子网掩码进行合并
- 第一个网段的网络号以二进制 00 结尾，那么由它开始连续的4 个网段，能通过左移2位子网掩码进行合并
- 第一个网段的网络号以二进制 000 结尾，那么由它开始连续的8 个网段，能通过左移3位子网掩码进行合并
五、判断一个网段是子网还是超网
- 首先看该网段的类型，是A类网络、B类网络、C类网络
- A类子网掩码的位数是8（255.0.0.0）
- B类子网掩码的位数是16（255.255.0.0）
- C类子网掩码的位数是24（255.255.255.0）
- 如果该网段的子网掩码位数比默认子网掩码多，就是子网
- 如果该网段的子网掩码位数比默认子网掩码少，则是超网
例如：
判断 25.100.0.0/16 是子网还是超网：
根据 25 判断出这是个 A 类网络，默认子网掩码 8 位
由于该网段子网掩码 16 位，比默认多，所以是子网
判断 200.100.0.0/16 是子网还是超网：
根据 200 判断出这是个 C 类网络，默认子网掩码 24 位
由于该网段子网掩码 16 位，比默认少，所以是超网
