[计算机网络]六、IP地址概述与应用(网络层)

目录

1、IP地址

1.1、MAC地址和IP地址的区别

1.2、IP地址分两类

1.3、IP地址的组成

1.4、IP地址的分类⭐⭐⭐

1.4.1、公网和私网

1.4.2、私有地址

1.5、子网掩码

1.5.1、子网掩码和IP地址的关系

1.5.2、子网掩码演示

2、IP地址的配置

2.1、windows上配置IP地址

2.2、测试IP地址

 2.2.1、两个pc端互ping

2.3、删除网关和添加网关

3、子网划分

3.1、IP地址分类

3.2、子网划分的理解

3.2.1、网络位向主机位借位

3.2.2、子网地址和广播地址计算

3.2.3、/30网段

3.3、子网划分（不均匀划分）

3.3.1、可变长子网掩码(VLSM)

3.3.2、子网划分实例

3.3.3、/32网段（少见）

4、IP路由汇总及应用

4.1、IP路由汇总

4.2、路由器、交换机和IP地址的关系

4.3、试验

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1、IP地址

IP，internet protocol，互联网协议

（1）主机唯一的标识，保证主机间正常通信；（2）一种网络编码，用来确定网络中的一个节点；

1.1、MAC地址和IP地址的区别

mac地址：局域网使用，在数据链路层给交换机看的

IP地址：广域网使用，在网络层给路由器和电脑看的

1.2、IP地址分两类

IPv4：32位，2^32个约等于43亿个IP地址

IPv6：128位

[在linux里边怎么看一个网址是IPv4还是IPv6呢]

因为二进制很长很难记，就把二进制转化为十进制，便于记忆。图中的就是转化后的。每小段的范围是0~255

1.3、IP地址的组成

IP地址由两部分组成：网络部分(NETWORK)和主机部分(HOST)

[例子]

1.4、IP地址的分类⭐⭐⭐

IP地址分为A、B、C、D、E五类，每一类有不用的划分规则

主要记住A、B、C类就行，在公网上使用的也是这三类。

A类地址的网络号字段占1个字符，只有7位可供使用。但是要注意，网络号全为0的IP地址有特殊的用途，它表示“本网络”；第二，网络号为127(即01111111)保留作为本地软件环回测试(loopback test)本主机的进程之间的通信用。若主机发送一个目的地址为环回地址（例如 127.0.0.1）的IP数据报，则本主机中的协议软件就处理数据报中的数据，而不会把数据报发送到任何网段。因此A类地址可指派的的网络号是126个（即2^7 - 2）。

A类地址的主机号占3个字节，但全为0和全为1的主机号一般不指派。全为0的表示IP地址是“本主机”所连接到的单个网络地址（例如，若主机的IP地址为5.6.7.8，则该主机所在的网络的网络号是5，而该网络的网络地址就是5.0.0.0）。全为1表示“所有的”，因此全为1的主机号字段上表示该网络上的所有主机。因此一个A类网络中最大的主机数是2^24-2=16777214。

B和C类的网络数量不用减，但是每个网络容纳的主机数还是都要减2

1.4.1、公网和私网

公网：任何人都可以去访问的，公开的，要有全球可使用的概念。

私网：私人的网络里使用的，例如：在家庭里，公司等规模小，只是内部网络，不希望别人能随便进来访问。

[看一下内核的官网在哪]

[root@fttsaxf ~]# ping www.kernel.org
PING sin.source.kernel.org (145.40.73.55) 56(84) bytes of data.
64 bytes from sin.source.kernel.org (145.40.73.55): icmp_seq=1 ttl=128 time=455 ms

1.4.2、私有地址

（1）满足企业用户在内部网络中使用的需求（2）私有地址不能在Internet使用（3）私有地址包括3组

[那么怎么使用私网IP去访问公网IP呢？]

私有IP在出去访问的时候，会转化(使用NAT技术)为公网IP，然后访问别人的公网IP，再到别人的私网

NAT(network address transfer)：网络地址转换，私有地址和公用地址之间的转化，解决了公用IP地址不足的问题和隐藏内部网络

[看这个阿里云服务器的IP]

我们可以看到阿里云内部使用的都是私网的IP ，但是在外部却变成了公网的，这就是NAT技术。

1.5、子网掩码

作用：用来确定IP的网络地址

定义：对应IP地址的网络部分用1表示，对应IP地址的主机部分用0表示。例如：A类地址的默认子网掩码255.0.0.0（/8）；B类地址的默认子网掩码的是255.255.0.0（/16）；C类地址的默认子网掩码的是255.255.255.0（/24）

1.5.1、子网掩码和IP地址的关系

IP地址和子网掩码做逻辑“与”运算得到网络地址。0和任何数相与都等于0，1和任何数相与都等于任何数本身

1.5.2、子网掩码演示

[整个拓扑图]

 用pc0 "ping" 192.168.20.1，不能通信，是因为pc0没有填网关

 

设置网关之后

 若是用pc0 "ping" 192.168.20.2

因为数据能从router0出去，但是进不来。因为router1没有路由

[深度解析"ping"的过程]

A：192.168.10.1/24；B：192.168.10.2/24；C：192.168.20.1/24

第一种情况：A "ping" B 

1、判断B的地址是否和A是相同网段(计算得都是192.168.10，所以连在同一个交换机上边)
2、 

第二种情况：A "ping" C

1、判断C的地址是否和A是相同网段(计算得，A是192.168.10，C是192.168.20不同）
2、A主机会查询路由表，得到网关的IP，然后查询网关IP的MAC地址，在数据链路层封装的时候，目的MAC地址就是用网关IP对应的MAC地址，交换机就会将数据送给网关。因为交换机只是根据目的MAC做转发，不看IP地址，所以就巧妙的将数据送给了网关。

网关：网络的关卡，路由器LAN口的位置，IP是可以随意配置的，只要是网段内的都可以。默认路由里的IP就是默认网关的IP

2、IP地址的配置

2.1、windows上配置IP地址

（1）自动获得：需要网络中的DHCP服务器给你分配IP地址。比如说，我们在现在的网络中（家庭办公中）路由器就是DHCP服务器，或者其他的无线路由器也可以开启DHCP功能。

DHCP，Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议

作用：给网络里的主机分配IP地址、子网掩码、网关和dns

定义：是一个局域网的网络协议，指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。

（2）静态配置

2.2、测试IP地址

测试工具"ping"‘

[发ping包的过程]

封装好数据到物理层送到B之后，因为ICMP协议规定，若是接到别人的ping包必须要响应。所以若是回应了就表示这个IP地址是up，没有回应就表示down。但是，我们ping不通也并不代表对方就是down的状态，也可能是开启了防火墙。 

[在windows里测试]

ping 192.168.0.1 -t，可以一直ping；-n，可以指定ping包的个数。

[使用ping命令诊断网络连接]

 2.2.1、两个pc端互ping

 

请问A是否能够pingB，B是否能够pingA？ 

答：都能。因为A认为B是和自己是相同网段的，拿B的地址与子网掩码进行"与"运算；B也认为A是和自己相同网段的。    

2.3、删除网关和添加网关

 关掉网关之后，跨网段通信是不行的，ping自己是可以的；ping自己走直连路由，ping其他的走默认路由

3、子网划分

为什么需要子网划分？

答：（1）满足不同网络对IP地址的需求（2）实现网络的层次性

[应用场合]

当一个小公司，用的是192.168.10.0这个网段（可以容纳254台主机），但是公司只有30台电脑。那么我们可以把这一个网段分成很多个小的VLAN网段

 "/24"是因为这个网段已经进行了子网划分了，现在又继续进行划分。一个部门给一个小VLAN

3.1、IP地址分类

（1）有类网段（2）无类网段      这个了解就行

3.2、子网划分的理解

3.2.1、网络位向主机位借位

"借一位"：分成两个网段192.168.10.0/25（192.168.10.00000000）和192.168.10.128/25（192.168.10.10000000），(128=2^8-2^7或者2^7)（25表示网络位有多少）

"借两位"：

192.168.1.192/26-->192=2^7+2^6或者2^8-2^6

划分子网的个数：2^m=4，m=2。即网络位向主机位借2位

所以每段可用的IP地址是：

192.168.1.1~192.168.1.62；192.168.1.65~192.168.1.126；192.168.1.129~192.168.1.191；192.168.1.193~192.168.1.254。

每一个小网段都有一个广播地址和子网号（子网地址）。所以一个大网段划分为两个小网段的时候，每个子网段只有126个最大主机数；划分为4个的时候，每个子网段只有62个最大主机数。

3.2.2、子网地址和广播地址计算

计算159.64.25.100/25地址的子网地址和广播地址

3.2.3、/30网段

网络位向主机位借位，最多到30位，子网里刚好只有两个IP地址。/30的这种网段用于设备互联的场合（左右边刚好两个IP地址）

 

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3.3、子网划分（不均匀划分）

[实例]

3.3.1、可变长子网掩码(VLSM)

VLSM允许把子网继续划分为更小的子网

3.3.2、子网划分实例

3.3.3、/32网段（少见）

192.168.100.1/32，表示192.168.100.1这个IP地址是一个网段，是主机路由。

4、IP路由汇总及应用

 

4.1、IP路由汇总

4.2、路由器、交换机和IP地址的关系

路由器一个接口配置一个IP地址，一个接口对应一个网段。交换机的接口不配置IP地址

网关：网络的关卡，电脑要是不填这个网关，一般是不能上网的；网关的地址一般填网段最靠两边的。没有填写dns服务器，不能打开网页，需要域名解析

接内网的端口叫LAN口，接外网的端口叫做WAN口；

光猫：调制解调器，用来把光信号转化位电信号。

4.3、试验

pc0的网关填192.168.10.2；pc1的网关填192.168.20.2