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子网划分与协议解析

本文重点讲解VLSM/CIDR子网划分原理、一些简单协议工作机制，以及网络设备基础知识。适合网络技术初学者构建子网划分与协议分析知识体系。

1. VLSM与CIDR技术解析

1.1 VLSM（Variable Length Subnetwork Mask，可变长子网掩码）

• 技术原理：网络位向主机位借位（掩码右移）
• 应用场景：ISP/IDC等公网地址分配场景
• 优势特点：提高IP地址利用率，实现精细化地址分配

1.2 CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类域间路由）

• 技术原理：合并连续子网形成超网（掩码左移）
• 路由优化：减少路由表条目，提升网络设备性能
• 典型示例：B类私网地址172.16.0.0-172.31.255.255可汇总为172.16.0.0/12

2. 子网划分方法与计算

子网掩码、掩码位、子网、主机数、反掩码对照表：

参数	计算公式
子网数	2^X（X=借位主机数）
主机数	2^Y-2（Y=剩余主机位）
有效掩码	/8 ~ /30

2.1 常规划分法

1. 确定所需子网数：2^X
2. 计算可用主机数：2^Y-2
3. 确认广播地址：下一子网号-1

2.2 需求导向法

4. 计算主机需求：PC数+3（网络/广播/网关）
5. 确定最小主机位：2^X ≥ 需求数
6. 推算子网掩码：256-2^X

示例（PC数60）：主机数2^6-2=62 掩码192(256-64)

3. 网络层核心协议解析

3.1 ICMP（Internet Control Message Protocol，Internet控制报文协议）

• 功能作用：网络连通性测试与故障诊断
• 常用工具：
  • ping测试：有去有回才会通
    • 请求超时：已经发到下一跳，后续有问题；
    • 目标主机不可达：未发到下一跳。
  • tracert路径追踪：定位网络故障节点

3.2 ARP（Address Resolution Protocol，地址解析协议）

3.2.1 地址解析流程

1. 检查目标IP网段归属
2. 查询本地ARP缓存表
3. 广播ARP请求报文
4. 单播ARP响应报文

ARP报文结构：

报文类型	目标MAC	源MAC/源IP
请求报文（广播）	FF-FF-FF-FF-FF-FF	本地地址
响应报文（单播）	请求方地址	响应方地址

把对方的IP地址和对方的MAC地址记录下来，在本地网卡形成一个映射关系：ARP缓存表，经过ARP报文形成动态ARP表项。

3.2.2 ARP衍生技术

• 代理ARP：路由器代为响应ARP请求（需启用arp-proxy enable）
• 免费ARP：地址冲突检测（主动广播自身IP-MAC映射）

4. 传输层协议对比

4.1 TCP协议

协议特性：

• 面向连接三次握手
• 可靠传输（丢包重传）
• 消耗资源效率低

常见端口号：

服务	端口号
FTP	20/21
SSH	22
Telnet	23
SMTP	25
HTTP	80
HTTPS	443
RDP	3389

11种状态：
三次握手：
1.C/S:closed（关闭状态）→2.S:Listen（启动服务）→3.C:syn_sent（发送syn报文）→4.S:syn_rcvd（回复ack和syn报文）→5.C:established（回复ack报文并建立连接）→6.S:established（建立连接）
四次挥手：
7.C:fin_wait1（发送fin报文）→8.S:close_wait（回复ack）→9.C:fin_wait2→10.S:last_ack（发送fin报文）→11.C:time_wait（发送ack）→12.C/S:closed→13.closing

状态转换流程：

TCP相关术语：
SEQ（Sequence，序列）
URG（Urgent，紧急）
ACK（Acknowledge，确认位/响应）
PSH（Push，传输数据）
RST（Reset，连接重置）
SYN（Synchronize，同步位/建立连接）
FIN（Finish，释放位/关闭连接）

4.2 UDP协议

协议特性：

• 面向无连接
• 不可靠连接（丢包不重传）
• 效率高速度快

常见端口号：

服务	端口号
DNS	53
DHCP	67/68
TFTP	69

端口范围：0-65535（1-1023分配给固定应用， 一般是客户端，1024-65535高位随机端口，一般是服务端）

5. 网络设备基础

5.1 冲突域与广播域

设备类型	冲突域隔离	广播域隔离
集线器	×	×
交换机	√	×
路由器	√	√

• 交换机隔离冲突域（每个口一个冲突域）；
• 路由器隔离广播域（每个口一个广播域）；
• HUB没有任何隔离能力。

5.2 交换机转发机制

• MAC地址表：接口-MAC映射表（老化时间300秒）
• 转发行为：
  • 泛洪：未知目的MAC
  • 转发：明确MAC端口
  • 丢弃：过滤错误帧

5.3 数据封装与解封装过程

5.4 设备管理方式

• Console本地管理
• 带内管理（业务接口）
• 带外管理（专用MGMT接口）

6. 设备视图模式

6.1 华为设备视图

<Huawei> 用户视图
[Huawei] 系统视图
[Huawei-GigabitEthernet0/0/1] 接口视图

6.2 思科设备视图

Switch> 用户模式
Switch# 特权模式
Switch(config)# 全局配置模式