网络协议02 - Mac地址和IP地址

MAC地址

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介绍

每一个网卡都要一个6字节的MAC地址（Media Access Control Address），该地址全球唯一，固化在网卡的ROM中，由IEEE802标准规定

• 前3个字节：组织唯一标识符，由IEEE的注册管理结构分配给厂商
• 后3个字节：网络接口标识符，由厂商自行分配

表示格式

不同系统下的MAC地址表示方式如下

• Windows：40-55-82-0A-8C-6D
• Linux、Android、Mac、iOS：40:55:82:0A:8C:6D
• Packet Tracer：4055.820A.8C6D

当48位全为1时（FF-FF-FF-FF-FF-FF），代表的是广播地址

MAC地址的获取

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，属于动态缓存（dynamic），存储的时间比较短（默认是2分钟），过期了就自动删除。

ARP相关命令：

• 查询ARP缓存

arp -a [主机地址]

• 删除ARP缓存

arp -d [主机地址]

• 增加一条缓存信息（属于静态缓存，存储时间久，不同系统的存储时间不同）

arp -s 主机地址 MAC地址

IP地址

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介绍

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），IPv4如下图所示

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），通过子网掩码按位与IP地址可以得知网络ID 、主机ID，同一网段的计算机，网络ID相同

接下来举个例子解释网络ID和主机ID，假设IP地址为192.168.1.10，子网掩码为255.255.255.0，那么两者按位与（&）的结果就是主机所在的网段

根据上面结果为192.168.1.0，那么该主机所在网段为192.168.1.0，网络ID为192.168.1，主机ID为10

计算机和其他计算机通信前，会先判断目标主机和自己是否在同一网段

• 同一网段：不需要由路由器进行转发
• 不同网段：需要交由路由器进行转发

IP地址的分类

根据子网掩码和网络ID的不同，IP地址的分类也不相同，大致分类以下几类：

• A类地址，网络ID以0开头，默认子网掩码255.0.0.0
  
  其中网络ID，0不可用，127作为保留网段，127.0.0.1是本地环回地址（本机地址），因此第1部分可以网络ID的范围是：1 - 126，而第2、3、4部分主机ID的取值范围是0 - 255，排除掉全0和全1，因此每个A类网络能容纳的最大主机数是：256 * 256 * 256 – 2 = 2的24次方 – 2 = 16777214

• B类地址，默认子网掩码255.255.0.0
  
  网络ID可以分配给主机的，第1部分为128 - 192，第2部分为0 - 255，而主机ID第3、4部分为0 - 255，每个B类网络能容纳的最大主机数是：256 * 256 – 2 = 2的16次方 – 2 = 65534

• C类地址，默认子网掩码255.255.255.0
  
  网络ID可以分配给主机的，第1部分为192- 223，第2、3部分为0 - 255，而主机ID第4部分为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，以1110开头，多播地址，第1部分取值范围是：192 - 223

• E类地址，以1111开头，保留为今后使用，第1部分取值范围是：240 - 255

只有A/B/C类地址才能分配给主机
主机ID全为0时，表示主机所在网段
主机ID全为1时，表示主机所在网段的全部主机（也就是广播），可以通过ping某个网段的全部主机发数据
以上两种情况不可作为主机ID分配

子网划分

首先介绍一下子网掩码CIDR表示法，例如：

• 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

那么如果只是简单的用A、B、C这些分类来作为主机网段的区分，那么像下面这个例子就不太适用了

例如要让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，那么多出65034个空闲的IP地址，这种情况属于极大的浪费资源，那么如何解决呢？

这种情况就需要用到子网划分，其核心就是用主机位作为子网位，划分出多个子网，子网划分根据分配方式可以分成两种：

• 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地址数量是一样的（举一个等分成2个子网的例子）
  

根据上图所示，这是一个C类IP地址，子网划分为A子网和B子网，划分方式就是将主机部分的编号1这一位划分为网络部分（通过设置子网掩码为255.255.255.128），那么网络部分就变成了25位，主机部分变成了7位

那么A子网的网段为192.168.0.0/25，可用IP地址范围是：192.168.0.1 - 192.168.0.126（0代表网段，127代表广播，不可用），而B子网的网段为192.168.0.128/25，可用IP地址范围是：192.168.0.129 - 192.168.0.254（128代表网段，255代表广播，不可用）

不仅可以划分C类地址，还可以对A类、B类等地址进行划分，而且除了分成2个子网，还可以分成4个，8个等等（主要取决于主机部分的位数）。这里介绍一个子网划分的网站

• 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，也就是将主机部分划分成不等长的部分，每个部分属于一个网段，还是以上面图中IP为例子，将主机部分划分成这几个网段：