有關知識背景及概念

參考書籍：《圖解TCP/IP》

1.IP地址（Internet Protocol Address）

IP地址（Internet Protocol Address）是指網際網路協議地址，又譯為網際協議地址，屬於網路層地址。IP地址是IP協議（在網路層）提供的一種統一的地址格式，它為網際網路上的每一個網路和每一臺主機分配一個邏輯地址，以此來遮蔽實體地址的差異
IP地址有IP協議而來，計算機系統要遵循IP協議，那麼每一臺計算機也有自己的IP地址，計算機系統的IP地址相當於我們人的“身份證號”，每個人的都不同，由於IP地址各不相同，才能保證了IP協議能讓各個計算機之間能夠正常通訊
注：主機的定義是有IP地址但是不進行路由控制的裝置，因此既有IP地址有具有路由控制能力的裝置叫做路由器

IP地址的地址型別

• 先後分成了A,B,C,D，E五種型別
• 其中A,B,C類為常用地址型別,由InternetNIC在全球範圍內統一分配
• D,E型別為特殊型別

網路地址與主機地址

• IP地址=網路地址+主機地址
  1.網路地址：
• 網路地址主要是取決於地址掩碼
• 如果有一個在C段的192地址，那麼它的網路地址就是192.168.1.0，那麼地址掩碼為255.255.255.0
• 如果地址掩碼是255.255.0.0，那麼網路地址就是192.168.0.0
  2.主機地址
• 如果IP地址：192.168.1.137 ，掩碼：255.255.255.224
• 則網路地址為：192.168.1.128
• 子網號：128
• 主機地址==IP地址
  
• 關於IP地址分配的注意事項：
  在分配IP地址時關於主機標識有一點需要注意。即要用位元位標識主機地址時，不可以全部為0或1，因為全部為0在表示對應的網路地址或IP地址不可獲知的情況下才使用。而全部為1主機地址同通常作為廣播地址，因此這也就是C類地址每個網段最多隻能有254(2^8-2=254)個主機地址的原因

2.子網與子網掩碼

子網背景：
子網的引入，讓IP地址有了兩種識別碼，一個是IP地址本身，另一個是表示網路部的子網掩碼。
子網掩碼：

• 子網掩碼用二進位制表示，是一個32位的數字，將IP地址網路標識部分全部為‘1’，主機標識部分全部為‘0’。

• 因此IP地址可也不再受限於自己的類別，而是可以用這樣的子網掩碼自由地定位自己的網路表示長度。

• 通過子網掩碼，就可以判斷兩個IP在不在一個區域網內部。

• 子網掩碼可以看出有多少位是網路號，有多少位是主機號。

• 子網掩碼的表現形式：
  
  計算過程：
  

3.閘道器

• 閘道器(Gateway)又稱網間聯結器、協議轉換器。閘道器在網路層以上實現網路互連，是最複雜的網路互連裝置，僅用於兩個高層協議不同的網路互連。閘道器既可以用於廣域網互連，也可以用於區域網互連。 閘道器是一種充當轉換重任的計算機系統或裝置。使用在不同的通訊協議、資料格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統之間，閘道器是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達資訊不同，閘道器對收到的資訊要重新打包，以適應目的系統的需求。
• 閘道器實質上是一個網路通向其他網路的IP地址。
• 設定閘道器的必要：實現網路A與B之間的連線
• 假設有網路A和網路B，網路A的IP：168.10.1.1 ~ 254；網路B的IP：168.10.2.1 ~ 254，在沒有路由器的情況下，兩個網路之間是不能進行TCP/IP通訊的，即使是兩個網路連線在同一臺交換機（或集線器）上，TCP/IP協議也會根據子網掩碼（255.255.255.0）判定兩個網路中的主機處在不同的網路裡。要實現兩個網路之間的通訊，必須通過閘道器，當目的地址不在本地網路下，網路A就會將資料包傳送給網路A的閘道器，在由網路A的閘道器傳送給網路B的閘道器，網路B的閘道器會將資料包傳送給網路B的某個主機。
  
• 閘道器的IP地址是具有路由功能的裝置的IP地址，具有路由功能的裝置有路由器、啟用了路由協議的伺服器（實質上相當於一臺路由器）、代理伺服器（也相當於一臺路由器）

4.預設閘道器和路由器的區別

• 閘道器是一個廣泛的概念，不具體特指一類產品，只要連線兩個不同的網路的裝置都可以叫閘道器。
  -預設閘道器：一個用於 TCP/IP 協議的配置項，是一個可直接到達的 IP 路由器的 IP 地址。配置預設閘道器可以在 IP 路由表中建立一個預設路徑。 一臺主機可以有多個閘道器。預設閘道器的意思是一臺主機如果找不到可用的閘道器，就把資料包發給預設指定的閘道器，由這個閘道器來處理資料包。現在主機使用的閘道器，一般指的是預設閘道器。 一臺電腦的預設閘道器是不可以隨隨便便指定的，必須正確地指定，否則一臺電腦就會將資料包發給不是閘道器的電腦，從而無法與其他網路的電腦通訊。預設閘道器的設定有手動設定和自動設定兩種方式。
• 路由器一般是特指能夠實現路由尋找和轉發的特定類產品，路由器很顯然能夠實現閘道器的功能。當然電信行業說的‘路由器’又和家用的‘路由器’兩個概念，
• 預設閘道器事實上不是一個產品而是一個網路層的概念，PC本身不具備路由定址能力，所以PC要把所有的IP包傳送到一個預設的中轉地址上面進行轉發，也就是預設閘道器。這個閘道器可以在路由器上，可以在三層交換機上，可以在防火牆上，可以在伺服器上，所以和物理的裝置無關。

5.廣播地址(Broadcast Address)

1. 廣播地址(Broadcast Address)是專門用於同時向網路中所有工作站進行傳送的一個地址。

2. 在使用TCP/IP 協議的網路中，主機標識段host ID 為全1 的IP 地址為廣播地址，廣播的分組傳送給host ID段所涉及的所有計算機。例如，對於168.10.100.52的IP地址，其廣播地址為168.10.100.63(主機標識段全為1，111111)，當發出一個目的地址為168.10.100.63 的分組（封包）時，它將被分發給該網段上的所有計算機

6.計算題：

1.根據子網掩碼分割主機號和網路號

255.255.255.224 		 

轉二進位制：

11111111 11111111 11111111 11100000

主機號：0的個數，所以主機號5位
網路號: 1的個數，所以網路號27位

2.根據IP地址和MASK計算網路地址&廣播地址&主機數：

解題步驟：

1. 將IP地址和子網掩碼地址轉化為二進位制地址

2. 網路地址=IP地址&子網掩碼

3. 廣播地址=網路地址+為遮蔽的主機標識全為1

4. 主機數量=2^二進位制位數的主機-2 (**注：**減2是因為主機不包括網路地址和廣播地址)
   具體步驟如圖

   例如主機號有5位，則主機數量有2^5-2=30
   

5. 當給定主機數，求需要的主機號時，需要將主機數量+3 ，因為還需要閘道器地址

   例如：主機數有13個，則IP地址為:13+3=16
   

根據每個網路的主機數量進行子網地址的規劃和計運算元網掩碼

1. 將主機數量+3計運算元網需要的IP地址

2. 通過計算後的IP地址確定主機號

3. 子網掩碼=254-主機號

    **!!! 重點，**：計算IP地址時，一定要加上閘道器地址
   

如題：在某子網下一共有14臺主機，求子網掩碼：

• 主機號：14+3 =17 、
• 由於32>17>16,所以主機號有5位
• 則子網掩碼的網路號有27位
• 子網掩碼：255.255.255.224

將某網段劃分成n個劃分子網，求子網掩碼？

子網劃分的目的是為了緩解網路IP不夠用
子網劃分的實質就是將一部分的主機號轉化為網路號

例題1： 200.200.200.0是一個C類地址。要求劃分一個子網100主機，另外四個子網20主機

我們可以先把該網路劃分成兩個子網。一個給100主機的子網，一個給另外20主機的四子網。
解題步驟如下：

• 解題前提：瞭解網路地址的分類和預設掩碼的格式

  1. 根據主機數確定主機號：子網內主機數=2的x次方-2（x是主機號的位數）
  2. 先劃分100主機的子網，所以可以解出，x=7
  3. 主機號為7，C類中主機號有8位，因此，我們可以將主機號劃分一位去網路號
  4. 子網掩碼地址 ，MASK：255.255.255.10000000；
  5. 網路地址：200.200.200.0(1)0000000；由於100主機只劃分一個子網，所以這個子網的IP可以有兩種表示方式
  6. 劃分完100主機後，需要對20主機的四個子網進行劃分
  7. 我們可以根據第一個子網IP：200.200.200.10000000繼續進行劃分，也可以用另一個子網IP
  8. 根據上述公式：20=2^x-2,x=5時符合要求，因此主機號為5，當前主機號為7，因此剩餘的主機號劃分到網路號當中。
  9. 子網掩碼地址，MASK：255.255.255.11100000
  10. 劃分後的網路地址為：200.200.200.10000000 ~ 200.200.200.11100000
  • 各個地址之間的關係：
    主機號全0是網路地址；
    網路地址+1是第1個主機地址；
    主機號全1是廣播地址；
    廣播地址-1是最後的主機地址

  

例題2.如果將網路IP段40.15.128.0/17劃分成2個子網,則第一個子網IP段為40.15.128.0/18,則第二個子網為:

• 由題意可知，原IP地址有17位為網路號，劃分後有18位為網路號，第一個子網為40.15.10000000.0/18，第二個子網就是改變地址的子網號，所以為40.15.11000000.0/18
• 就是40.15.192.0/18

例題3.來自牛客網的選擇題

以下幾條路由，10.1.193.0/24,10.1.194.0/24,10.1.196.0/24,10.1.198.0/24，如果進行路由匯聚，則能覆蓋這幾條路由地址的是（）
A. 10.1.192.0/22
B.10.1.200.0/22
C.10.1.192.0/21
D.10.1.224.0/20

• 這道題其實就是求解能讓這些IP處在同一個網段裡即可
• 因此可以將所有的IP地址二進位制轉換中的同為與操作
• 顯然，將四個都進行與操作後，會形成255.255.240.0的子網掩碼
• 也就是當網路號為21時，這幾個地址將能被覆蓋
• 因此忽略A，B答案，再看D答案，D答案的網路地址與題幹路由地址不再一個網段中，因此只有C符合題意

對於這類題的統一做題步驟:

1. 求出子網掩碼
2. 求出網路地址和主機地址
3. 子網號由主機號前四位決定，主機號由IP地址後地位決定