教程1：IP地址和路由基本概念

時間 2020-08-05

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0.說明bash

在學習下面的內容以前，應該對TCP/IP有一個最基本的認識，這個咱們在前面也已經屢次提到過，其實在不涉及網絡數據的結構分析上，咱們只須要在內心對TCP/IP有以下一個概念便可：
網絡

TCP/IP層次	重點
應用層	各類應用，如Web應用、QQ等
傳輸層	兩種鏈接協議：TCP、UDPide 傳輸層端口號學習
網絡層	IP地址（用於尋找不一樣的網絡）
數據鏈路層	MAC地址（用於局域網中尋找不一樣的主機）
物理層	二進制數據串

這個表格的內容很重要，能夠說，對於TCP/IP協議棧，是很是基礎的，所以務必要記住。

spa

1.回顧與引言：爲何須要IP地址計算機網絡

咱們在前面說過，路由器它是一個三層的網絡設備（交換機是二層網絡設備，轉發器是物理層網絡設備），經過路由器，咱們能夠把不一樣的網絡（局域網）鏈接起來，而這些不一樣的局域網，可能有以太網、令牌環網等，以下：
3d

（須要注意的是，實際上令牌環網的結構確定不是像右邊這樣的，這裏只是爲了方便畫圖）blog

就像上面圖所示，正是藉助於路由器，咱們纔可以將兩個不一樣的局域網絡鏈接起來，而所謂的不一樣的局域網絡，指的是，這兩個局域網絡上的主機配置的IP地址的網絡號是不同的，關於這個概念，咱們下面會慢慢提到，如今先有個認識就能夠了。
接口

可是，到了21世紀的今天，令牌環網早已經被淘汰，現在咱們能夠看到的絕大多數局域網的類型都是以太網，因此，在沒有特別說明的狀況下，之後咱們提到「局域網」這個名詞時，指的都是「以太網」，因此，上面的圖能夠更改成以下：
ip

可是如今的一個疑問就是，既然都是以太網，那又爲何說這兩個局域網是不一樣的局域網的呢？這到底哪裏不一樣呢？這其實在上面已經有簡單的提過，也就是這兩個局域網絡上的主機配置的IP地址的網絡號是不同的（如今不理解這句話也沒有關係，由於尚未真正開始講IP地址）。能夠這麼理解：有兩我的，他們都是人，可是他們的身份標識不同，因此咱們說這是兩個不一樣的人，但本質上他們都是人；一樣的道理，所謂兩個不一樣局域網，他們本質上都是局域網，只是這兩個局域網的身份標識不同而已。

對於人，咱們能夠用姓名、×××號等來做爲身份標識，那麼對於局域網，又該以什麼來做爲身份標識呢？

OK！也許你已經猜到了，就是IP地址！IP地址的其中一個重要功能就是能夠區分不一樣的局域網，固然，它還有另一個功能，那就是能夠區分同一個局域網中的不一樣主機（親，一個局域網能夠有不少主機的啊，固然要加以區分了）。

2.IP地址

（1）IP地址與點分十進制記法

計算機所能識別的都是二進制數，因此實際上的IP地址都是32位的二進制數，只不過是爲了咱們人看起來比較容易區分，咱們就把它寫成十進制的形式，這種方法咱們稱之爲點分十進制，以下：

應該很是好理解了，其實這一點懂不懂，就是考察你二進制到底有沒有學好。OK，若是以爲能夠理解的話，請嘗試作下面的幾個轉換：

二進制IP地址	點分十進制記法
11000000\|10100011\|00000001\|00000001
	10.10.120.16
01111111\|00000000\|00000000\|00000001

用點分十進制的方法來表示IP地址是很是重要的一個知識點，務必掌握好，尤爲是其中的轉換關係，其實只要把二進制和十進制的轉換關係弄清楚了，相信也不難。

（2）IP地址網絡號與主機號

咱們前面已經提到，IP地址能夠用來標識不一樣的局域網，其實這是利用了IP地址中網絡號的功能，而要標識局域網中的不一樣主機，咱們須要使用IP地址的主機號來進行標識，那麼也就是說，一個IP地址由兩部分組成：網絡號和主機號。咱們下面就舉例來講明。

一個IP地址，好比192.168.1.1/24，實際上它包含了兩個方面的含義，一個是它表明了這個IP地址處在哪一個局域網中，而另外一個是它表明了這個局域網中的哪一個主機。在這裏，分析以下：

能夠看到上面的IP地址後面還有一個/24，這是什麼意思呢？這是表示192.168.1.1這個IP地址的前24位表示的是網絡號，在這裏就是192.168.1，192.168.1（11000000|10101000|0000001）這24位就表明了一個局域網絡，而最後的8位（00000001）就表明一臺主機，經過這兩種方式的結合，咱們就能夠用一個IP地址來惟一標識一個局域網絡中的一臺主機，因此在不考慮其它通訊技術的前提下（如NAT技術等，後面會有課程介紹），互聯網上全部主機的IP地址必定是惟一的。

繼續來做一下拓展，對於192.168.1.1/24這個IP地址，還能夠寫成這樣的形式：192.168.1.1 255.255.255.0。這樣一表示的話，咱們能夠把255.255.255.0稱爲掩碼，它就是用來限定一個IP地址的網絡號究竟是前面哪幾位。這樣來講，255.255.255.0其實也是用點分十進制的方法來表示的，若是把它表示把二進制的話，那就是11111111.11111111.11111111.000000000，若是位是1，就表示所對應的IP地址的那些位就表示網絡號，好比這裏，255.255.255.0的前24位都是1，因此192.168.1.1這個IP地址的前24位就是用來表示網絡號，而剩下的8位就用來表示主機號。

因此日後當咱們看到兩個IP地址時，若是沒有給出掩碼，咱們是沒有辦法判斷它們是否同屬於一個局域網的，好比192.168.1.1和192.0.1.1，就這樣給出兩個IP地址，沒有什麼做用，由於根本就沒有給出掩碼！

關於網絡號和主機號，是很是重要的概念，下面再來總結一下：

網絡號：用來區分不一樣的局域網，能夠用來判斷不一樣的主機是否同屬於一個網絡
主機號：用來區分同一局域網上的不一樣主機

（3）網絡地址和廣播地址

網絡地址

前面咱們用192.168.1.1/24這個IP地址來給出網絡號和主機號的概念，再次強調，它表明了兩種不一樣的含義（這裏要提問，其實答案上面已經有）。其實對於網絡號192.168.1，這樣看起來彷佛不太好看，因此習慣性的，咱們會把網絡號後面的位數所有補0，而後再用來表示一個網絡，好比192.168.1，二進制就是11000000|10100011|00000001，爲了跟32位的IP地址表示方法相一致，咱們會習慣性地把後面的八位補0，也就是變成11000000|10100011|00000001|00000000，用點分十進制表示就是192.168.1.0，但正常狀況下，咱們還須要再加上一個掩碼，即192.168.1.0/24，OK，咱們如今就是用這樣的方式來表示一個網絡，是的，再強調一遍，192.168.1.0/24就表示一個網絡，咱們就把這個地址稱爲網絡地址。

提示：

網絡地址=網絡號+後面補0+掩碼

若是這時我再給出一個網絡地址192.168.2.0/24，咱們要判斷192.168.1.0/24和192.168.2.0/24是否是同一個網絡，只須要比較它們的前24位便可，顯然它們表明了兩個不一樣的網絡。很明顯，用網絡地址的方式就能夠很是清晰地描述一個網絡。

提示1：

網絡地址是一種特殊的IP地址，它表示的不是一個主機，而是一個網絡，因此在局域網中，網絡地址是不容許分配給一臺主機的。咱們能夠作一個簡單的實驗。

課堂實驗：嘗試給一臺主機或一個配置一個網絡地址

Router>en
Router#conf t
Router(config)#int f0/0
Router(config-if)#no shu
Router(config-if)#ip add 192.168.1.0 255.255.255.0
Bad mask /24 for address 192.168.1.0

核心提示2：

這裏須要強調的是，其實咱們在給一個主機或一臺設備配置IP地址的時候，其實確切地說，是給這臺主機或這臺設備的網絡接口，也就是網卡接口（專業名詞：網絡適配器）配置一個IP地址，所以，在之後咱們提到要給一臺設備配置一個IP地址時，指的是給這臺設備的接口配置一個IP地址，這點尤爲注意。

另外，咱們經常使用專業名詞「網絡節點」來描述一臺網絡設備，其實這個節點指的僅僅是這臺設備的一個接口而已。（你能夠看到，咱們給路由器的不一樣接口配置了不一樣的IP地址）

廣播地址

a.廣播

以太網的發展有其豐富的歷史背景，「廣播」一詞從以太網誕生之初就註定要跟隨以太網一輩子，即使是到了以太網飛速發展的今天（速度已經上千兆、上萬兆），但廣播依然存在於以太網中。很顯然，廣播廣泛存在於咱們目前的局域網中（由於如今的局域網幾乎都是以太網），那麼，所謂的廣播是什麼呢？

小學初中高中的時候，學校發放通知會經過廣播（其實就是一個大喇叭，而後再有一個大大的揚聲器）的形式發放，這樣的話，全校的師生均可以聽到廣播的消息（其實這也是數據通訊方式的一種方式，只不過傳遞信息是以聲波的形式進行的）。

那麼以太網有沒有相似這樣的狀況呢？就是在一臺主機上發送數據，局域網中的全部主機均可以收到這個數據。以下：

其實只要發送一個廣播包，局域網中的全部主機均可以收到這個數據。那麼廣播包又是怎麼定義的呢？

提示：廣播包

所謂的廣播包，其實就是目的IP地址爲廣播地址的數據包（很好理解嘛，廣播包，就是目的地址爲廣播地址的數據包）。

關於數據包中目的地址的知識，能夠複習以往講過的數據封裝和解封裝的知識。

b.廣播地址

好了，如今來講一下什麼是廣播地址。前面咱們提到192.168.1.0/24這個網絡地址，廣播地址，只要把網絡號後面的0所有都變爲1便可，也就是192.168.1.255/24，這個地址就是192.168.1.0/24這個網絡中的廣播地址。很顯然，一個局域網中有且僅有一個廣播地址。在192.168.1.0/24這個局域網中，只要咱們把數據發送給192.168.1.255/24這個IP地址，那麼本局域中的全部主機都會收到這個數據。

實驗：

演示廣播包的發送

要求你們也要親自演示一遍。

（4）分類的IP地址

IP地址習慣上能夠分爲下面幾類：

咱們只須要記住A類、B類、C類便可，即這些IP地址的掩碼分別爲255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0。

（5）VLSM（變長子網劃分）

所謂VLSM，就是子網劃分，不必弄得過高深，那麼什麼子網劃分？

任務1：假定給你一個網段192.168.1.0/24（注意，咱們使用了網段這個詞，這也是沒有問題的），要你架設一個局域網，問你能夠在你的局域網放置多少臺主機？OK，很是好辦，方案以下：

192.168.1.0/24這個局域網，除了192.168.1.0/24（網絡地址）和192.168.1.255（廣播地址）這兩個地址不能夠用外，其他均可以用，那麼也就能夠把2^8-2=254個IP地址分配給主機，也就是說，這個局域網中能夠有254臺主機。IP地址範圍以下：

192.168.1.1~192.168.1.254

任務2：假定給你一個網段192.168.1.0/24，要你架設兩個局域網，問你能夠在你的局域網放置多少臺主機？

提示：網絡位向主機位借位

這下有點meng了吧！怎麼架設呢？哈哈，其實這時候咱們只須要增長一位網絡號便可，即原來是24位，如今變成25位，那麼就至關於如今我把一個大的網段192.168.1.0/24分紅了兩個較小的網段192.168.1.0/25和192.168.1.128/25這兩個較小的網段。每個網段就能夠構建一個局域網，而每個局域網同時擁有本身的網絡地址和廣播地址。

所以，對於任務2，咱們把192.168.1.0/24分紅192.168.1.0/24和192.168.1.128/25這兩個網段，IP地址的分配方案以下：

網段

網絡地址

廣播地址

IP總數

可用IP地址範圍

可用IP地址數

192.168.1.0/25

192.168.1.0

192.168.1.127

2^7=128

192.168.1.1

192.168.1.126

2^7-2=126

192.168.1.128/25

192.168.1.128

192.168.1.255

2^7=128

192.168.1.129

192.168.254

2^7-2=126

上面這些內容很是重要，務必要掌握！其實若是看一些書籍的話，可能還會有更種各樣的公式和各類各樣的所謂技巧，其實說實在的，你只要把這些原理理解了，實在是沒有必要是刻意記住這些公式和技巧，隨着技術的慢慢積累，你會發現你天然而然地就在用這些技巧，可是你歷來沒有去刻意記過。（PS：但願你們能夠慢慢達到這種水平）

其實我本人以爲，是否對計算機網絡中的局域網（或者就說網絡）有一個較爲深入的理解，就看你會不會劃分子網，若是會了，那麼我相信你對局域網的理解會有一個很大的提高，不須要懷疑太多，接觸的知識越多，你會發現若是你不懂子網劃分，你會發現什麼也作不了。

實驗：把192.168.1.0/24劃分爲兩個子網，並使用PT搭建一個網絡拓撲，完成相關配置

（5）CIDR

VLSM是網絡號向主機號借位，而CIDR是主機號向網絡號借位，前者能夠造成各多的子網（局域網），但同時，每一個子網中的主機數據必然會減小；然後者則偏偏相反，即經過減小子網的數目來讓一個局域網擁有更多的主機。

關於CIDR，不做要求，有興趣能夠本身查閱書籍或向我瞭解。

IP地址的內容到這裏就算結束了，固然實際上IP地址的知識還有不少不少，但其實做爲入門，能夠理解這些內容就很是不錯了。（PS：博主本人以前加了不少H3C的網絡工程師羣，經過交流發現，不少正在工做中的所謂工程師，連最基本的子網劃分都不會！當須要劃分子網時，他們居然要使用軟件！！！難以想象吧？）

3.基本路由概念

在同一個局域網進行數據通訊，交換機只會把數據解封裝到第二層，即數據鏈路層，而後查看其中的目的MAC地址，並從相應的接口發送出去。

而在兩個不一樣的局域網中，若是局域網1中的主機A要想把數據發送到局域網2中的主機B，那麼這個數據必需要經過路由器（固然三層或多層交換機也能夠，可是先不要考慮這種狀況），由於咱們說，路由器是用來鏈接不一樣的局域網的（一個接口鏈接一個局域網，不一樣的接口鏈接不一樣的局域網）。那麼路由器怎麼就知道要把數據從哪裏發送出去呢？也許咱們都會想固然地覺得，路由器它這麼聰明，它本身會選擇呀！親，路由器的確是很聰明，可是，若是咱們不告訴它數據應該往哪裏發送，它是不知道下一步要作什麼的。

路由器把一個網絡中的數據交給另外一個網絡，這一個過程，咱們就稱之爲路由，注意這裏的「路由」是動詞，而不是日常所說的那種所謂的家用小型路由器。

關於路由的概念，會在課堂上經過實驗來進行說明。