一、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型
為了更好地促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的研究和發(fā)展，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO在1985年制定了網(wǎng)絡(luò)互連模型：OSI參考模型，具有7層結(jié)構(gòu)
請(qǐng)求過程
二、計(jì)算機(jī)之間的通信
計(jì)算機(jī)之間通信的基礎(chǔ)
- 需要得知對(duì)方的ip地址
- 最終是根據(jù)MAC地址（網(wǎng)卡地址），輸送數(shù)據(jù)到網(wǎng)卡，被網(wǎng)卡接收
- 如果網(wǎng)卡發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的目標(biāo)MAC地址是自己，就會(huì)將數(shù)據(jù)傳遞給上一層進(jìn)行處理
- 如果網(wǎng)卡發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的目標(biāo)MAC地址不是自己，就會(huì)將數(shù)據(jù)丟棄，不會(huì)傳遞給上一層進(jìn)行處理
關(guān)于ARP協(xié)議
- 廣播，在同一網(wǎng)段中傳播
- 在計(jì)算機(jī)第一次建立連接的時(shí)候，通過發(fā)廣播的形式獲取對(duì)方的MAC地址
- 目標(biāo)mac地址全為1（FFFF.FFFF.FFFF）時(shí)，代表廣播地址
計(jì)算機(jī)之間的通信方式
1. 網(wǎng)線直接連接（使用的是交叉線）
2. 同軸電纜（Coaxial）
- 半雙工通信
- 容易沖突
- 不安全
- 中間斷了，整個(gè)都癱了
![]()
Snip20200924_2.png
3. 集線器（Hub）
- 半雙工通信
- 容易沖突
- 不安全
- 和同軸電纜一樣，沒有智商
4. 網(wǎng)橋（Bridge）
- 能夠通過自學(xué)習(xí)得知每個(gè)接口那側(cè)的MAC地址
-
從而起到隔絕沖突的作用
當(dāng)網(wǎng)橋已經(jīng)記錄目標(biāo)mac地址，并且確定在源mac地址的同一側(cè)時(shí)，而且另一組數(shù)據(jù)目標(biāo)mac地址和源mac地址都在另一側(cè)時(shí)，左側(cè)和右側(cè)可以同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)
例如：mac已經(jīng)記錄計(jì)算機(jī)6、計(jì)算機(jī)7、計(jì)算機(jī)3、計(jì)算機(jī)2的mac地址，此時(shí)如果計(jì)算機(jī)6給計(jì)算機(jī)7發(fā)送消息，計(jì)算機(jī)3給計(jì)算機(jī)2發(fā)送消息，他們可以同時(shí)發(fā)送
Snip20200924_4.png
5. 交換機(jī)（Switch）
- 相當(dāng)于接口更多的網(wǎng)橋
- 全雙工通信
- 比集線器安全
-
但是，如果設(shè)備過多的話，ARP獲取MAC地址階段也會(huì)發(fā)送給所有設(shè)備，產(chǎn)生廣播風(fēng)暴；由于交換機(jī)連接的是同一網(wǎng)段的設(shè)備，ip地址會(huì)不夠用
Snip20200924_5.png
網(wǎng)線直連、同軸電纜、網(wǎng)橋、交換機(jī)的局限性
- 連接的設(shè)備必須在同一網(wǎng)段
- 連接的設(shè)備處在同一廣播域
6. 路由器（Router）
計(jì)算機(jī)和其他計(jì)算機(jī)通信前，會(huì)先判斷目標(biāo)主機(jī)和自己是否在同一網(wǎng)段，在同一網(wǎng)段，則不需要由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，不在同一網(wǎng)段，交給路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)
路由器的作用：
- 可以在不同網(wǎng)段之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)
- 隔絕廣播域
路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的過程
發(fā)數(shù)據(jù)之前，首先會(huì)判斷目標(biāo)主機(jī)的ip地址是否在同一網(wǎng)段
- 在同一網(wǎng)段：發(fā)送ARP廣播，通過交換機(jī)/集線器傳遞數(shù)據(jù)
- 不在同一網(wǎng)段：通過路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)
- 給路由器的網(wǎng)關(guān)配置ip，給計(jì)算機(jī)配置網(wǎng)關(guān)ip
- 主機(jī)發(fā)送ARP廣播獲取網(wǎng)關(guān)的mac地址，并且傳數(shù)據(jù)到網(wǎng)關(guān)
- 路由器會(huì)找到目標(biāo)主機(jī)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)，并發(fā)送ARP廣播，獲取目標(biāo)主機(jī)的mac地址
- 網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)傳給目標(biāo)主機(jī)
三、MAC地址
簡(jiǎn)介
- 每一個(gè)網(wǎng)卡都有一個(gè)6字節(jié)（48bit）的MAC地址
- 全球唯一，固化在了網(wǎng)卡的ROM中，由IEEE802標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定
- 前3個(gè)字節(jié)：OUI，組織唯一標(biāo)識(shí)符，由IEEE的注冊(cè)管理機(jī)構(gòu)分配給廠商
- 后3個(gè)字節(jié)： 網(wǎng)絡(luò)接口標(biāo)識(shí)符，由廠商自行分配
- OUI查詢
表示格式
- Windows：40-55-82-0A-8C-6D
- Linux、Android、Mac、iOS：40:55:82:0A:8C:6D
- Packer Tracer：4055.820A.8C6D
- 當(dāng)48位全為1時(shí)，代表廣播地址
FF:FF:FF:FF:FF:FF
MAC地址操作
- 查看MAC地址：
Windows：ipconfig /all
unix：ifconfig
MAC地址的獲取
當(dāng)不知道對(duì)方主機(jī)的MAC地址時(shí)，可以通過發(fā)送ARP廣播獲取對(duì)方的MAC地址
- 獲取成功后，會(huì)緩存IP地址、MAC地址的映射信息，俗稱：ARP緩存
- 通過ARP廣播獲取的MAC地址，屬于動(dòng)態(tài)緩存，存儲(chǔ)的時(shí)間比較短（默認(rèn)是2分鐘），過期了就自動(dòng)刪除
相關(guān)命令
-
arp -a [主機(jī)地址]：查詢ARP緩存 -
arp -d [主機(jī)地址]：刪除ARP緩存 -
arp -s 主機(jī)地址 MAC地址：增加一條緩存信息（靜態(tài)緩存，存儲(chǔ)時(shí)間較久，不同系統(tǒng)的存儲(chǔ)時(shí)間不同）
四、IP地址
IP地址：互聯(lián)網(wǎng)上的每一個(gè)主機(jī)都有一個(gè)IP地址
-
最初是IPv4版本，32bit（4字節(jié)），2019年11月25日，全球的IP地址已經(jīng)用完
Snip20201014_13.png 后面推出IPv6版本，128bit（16字節(jié)）
IP地址的組成
IP地址（Internet Protocol Address）由2部分組成：網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（網(wǎng)絡(luò)ID）、主機(jī)標(biāo)識(shí)（主機(jī)ID）
通過子網(wǎng)掩碼可以得知網(wǎng)絡(luò)ID、主機(jī)ID
同一個(gè)網(wǎng)段的計(jì)算機(jī)，網(wǎng)絡(luò)ID相同
通過子網(wǎng)掩碼可以計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)ID：子網(wǎng)掩碼 & IP地址
主機(jī)ID為全0，表示主機(jī)所在的網(wǎng)段；主機(jī)ID為全1，表示主機(jī)所在網(wǎng)段的全部主機(jī)（廣播）
可以嘗試用ping給某個(gè)網(wǎng)段的全部主機(jī)發(fā)數(shù)據(jù)，如
ping 192.168.1.255-
示例：
- IP地址：192.168.1.10 ，子網(wǎng)掩碼：255.255.255.0 ，那么網(wǎng)絡(luò)ID就是 192.168.1.10 & 255.255.255.0 ，即192.168.1.0，主機(jī)ID就是10。192.168.1..0網(wǎng)段共有 256 - 2個(gè)ip地址。
- IP地址：130.168.1.10，子網(wǎng)掩碼：255.255.0.0，那么網(wǎng)絡(luò)ID就是130.168.0.0，主機(jī)ID就是1.10；130.168.0.0網(wǎng)段共有 256 * 256 - 2個(gè)ip地址，130.168.0.0代表廣播ip地址，130.168.255.255代表130.168.0.0這一網(wǎng)段內(nèi)的所有IP地址
IP地址的分類
只有A、B、C類地址才能分配給主機(jī)
1. A類地址
默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.0.0.0，主機(jī)ID占24bit，網(wǎng)絡(luò)ID占8bit，網(wǎng)絡(luò)ID以0開頭
- 網(wǎng)絡(luò)ID
0不能用，127作為保留網(wǎng)段（其中127.0.0.1）是本地環(huán)回地址，代表本機(jī)地址，因此可以分配給主機(jī)的第1部分 的取值范圍是1～126 - 主機(jī)ID
第2、3、4部分的取值范圍是0～255，因此每個(gè)A類網(wǎng)絡(luò)能容納的最大主機(jī)數(shù)是：256 * 256 * 256 - 2 = 2^24 - 2 = 16777214
2. B類地址
默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0，主機(jī)ID占16bit，網(wǎng)絡(luò)ID占16bit，網(wǎng)絡(luò)ID以10開頭
- 網(wǎng)絡(luò)ID
可以分配給主機(jī)的第1部分取值范圍是：128～191，第2部分的取值范圍是：0～255 - 主機(jī)ID
第3、4部分的取值范圍是：0～255，每個(gè)B類網(wǎng)絡(luò)能容納的最大主機(jī)數(shù)是：256 * 256 - 2 = 2^16 - 2 = 65534
3. C類地址
默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0，主機(jī)ID占8bit，網(wǎng)絡(luò)ID占24bit，網(wǎng)絡(luò)ID以110開頭
- 網(wǎng)絡(luò)ID
可以分配給主機(jī)的第1部分的取值范圍是：192～223，第2、3部分的取值范圍是：0～255 - 主機(jī)ID
第4部分的取值范圍是：0～255，因此每個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)能容納的最大主機(jī)數(shù)是：256-2 = 254
4. D類地址
沒有子網(wǎng)掩碼，網(wǎng)絡(luò)ID以1110開頭，多播地址
第1部分取值范圍是：224～239
5. E類地址
網(wǎng)絡(luò)ID以1111開頭，保留為今后使用
第1部分取值范圍是：240～255
子網(wǎng)掩碼的CIDR表示方法
CIDR：無(wú)類別域間路由
示例：
- 192.168.1.100/24 ，代表子網(wǎng)掩碼有24個(gè)1，也就是255.255.255.0
- 123.210.100.200/16，代表子網(wǎng)掩碼有16個(gè)1，也就是255.255.0.0
計(jì)算工具：https://www.sojson.com/convert/subnetmask.html
五、子網(wǎng)劃分
為什么要進(jìn)行子網(wǎng)劃分
- 如果需要讓200臺(tái)主機(jī)在同一網(wǎng)段內(nèi)
可以分配一個(gè)C類網(wǎng)段，比如192.168.1.0/24，共254個(gè)可用的IP地址：192.168.1.1～192.168.1.254，多出54個(gè)空閑的IP地址，這種情況并不算浪費(fèi)資源 - 如果需要讓500臺(tái)主機(jī)在同一網(wǎng)段內(nèi)
那就分配一個(gè)B類網(wǎng)段，比如191.100.0.0/16，共65534個(gè)可用的IP地址：191.100.0.1～191.100.255.254，多出65034個(gè)空閑的IP地址，這種情況屬于極大的浪費(fèi)資源
那么如何避免浪費(fèi)IP地址資源？
合理的進(jìn)行子網(wǎng)劃分
子網(wǎng)劃分
借用 主機(jī)位作子網(wǎng)位，劃分出多個(gè)子網(wǎng)
- 等長(zhǎng)子網(wǎng)劃分：將一個(gè)網(wǎng)段等分成多個(gè)子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)的可用IP地址數(shù)量是一樣的
- 變長(zhǎng)子網(wǎng)劃分：每個(gè)子網(wǎng)的可用IP地址數(shù)量可以是不一樣的
子網(wǎng)劃分器：http://www.ab126.com/web/3552.html
1. 等長(zhǎng)子網(wǎng)劃分
等分成2個(gè)子網(wǎng)
- A子網(wǎng)
網(wǎng)段：192.168.0.0/25
子網(wǎng)掩碼：255.255.255.128/25
主機(jī)可用IP地址：192.168.0.1～192.168.0.126 - B子網(wǎng)
網(wǎng)段：192.168.0.128
子網(wǎng)掩碼：255.255.255.128/25
主機(jī)可用IP地址：192.168.0.129～192.168.0.254
等分成4個(gè)子網(wǎng)
- 4個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼都是：255.255.255.192/26
- A子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.1～192.168.0.62
- B子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.65～192.168.0.126
- C子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.129～192.168.0.190
- D子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.193～192.168.0.254
等分成8個(gè)子網(wǎng)
- 8個(gè)子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼都是：255.255.255.224/27
- A子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.1～192.168.0.30
- B子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.33～192.168.0.62
- C子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.65～192.168.0.94
- D子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.97～192.168.0.126
- E子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.129～192.168.0.158
- F子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.161～192.168.0.190
- G子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.193～192.168.0.222
- H子網(wǎng)的主機(jī)可用IP地址：192.168.0.225～192.168.0.254
B類子網(wǎng)劃分
A類子網(wǎng)劃分
等分成4個(gè)子網(wǎng)的廣播地址
2. 變長(zhǎng)子網(wǎng)劃分
如果一個(gè)子網(wǎng)地址塊的長(zhǎng)度是原網(wǎng)段的(1/2)^n，那么
- 子網(wǎng)的子網(wǎng)掩碼，就是在原網(wǎng)段的子網(wǎng)掩碼基礎(chǔ)上增加n個(gè)1
-
不等長(zhǎng)的子網(wǎng)，它們的子網(wǎng)掩碼也不同
Snip20201015_6.png
假設(shè)上圖是對(duì)192.168.0.0/24進(jìn)行變長(zhǎng)子網(wǎng)劃分
C網(wǎng)段：子網(wǎng)掩碼是255.255.255.128/25
B網(wǎng)段：子網(wǎng)掩碼是255.255.255.192/26
A網(wǎng)段：子網(wǎng)掩碼是255.255.255.224/27
D網(wǎng)段：子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252/30
E網(wǎng)段：子網(wǎng)掩碼是255.255.255.252/30
思考題
這2臺(tái)設(shè)備能正常通信么？
答案：不能
解析：當(dāng)一臺(tái)主機(jī)給另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)消息的時(shí)候，要判斷另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)和自己是否在同一網(wǎng)段，即利用自己的子網(wǎng)掩碼和另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)的ip地址進(jìn)行&操作
當(dāng)計(jì)算機(jī)0給計(jì)算機(jī)1發(fā)送消息時(shí)
計(jì)算機(jī)0的網(wǎng)段：192.168.0.10 & 255.255.255.0 = 192.168.0.0
計(jì)算機(jī)1的網(wǎng)段：192.168.10.10 & 255.255.255.0 = 192.168.10.0
得知計(jì)算機(jī)1和自己并不在同一網(wǎng)段，因此不能直接通信當(dāng)計(jì)算機(jī)1給計(jì)算機(jī)0發(fā)送消息時(shí)
計(jì)算機(jī)1的網(wǎng)段：192.168.10.10 & 255.255.0.0 = 192.168.0.0
計(jì)算機(jī)0的網(wǎng)段：192.168.0.10 & 255.255.0.0 = 192.168.0.0
得知計(jì)算機(jī)0和自己在同一網(wǎng)段，可以給計(jì)算機(jī)0發(fā)送消息，但是計(jì)算機(jī)0在給計(jì)算機(jī)1回復(fù)消息的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)1和自己不在同一網(wǎng)段，不能回復(fù)消息，因此也無(wú)法正常通信
六、超網(wǎng)
跟子網(wǎng)反過來(lái)，它是將多個(gè)連續(xù)的網(wǎng)段合并成一個(gè)更大的網(wǎng)段
1. 合并兩個(gè)網(wǎng)段
需求：原本有200臺(tái)計(jì)算機(jī)使用192.168.0.0/24網(wǎng)段，現(xiàn)在希望增加200臺(tái)設(shè)備到同一網(wǎng)段
- 200臺(tái)在192.168.0.0/24網(wǎng)段，200臺(tái)在192.168.0.0/23網(wǎng)段
-
合并192.168.0.0/24、192.168.1.0/24為一個(gè)網(wǎng)段：192.168.0.0/23（子網(wǎng)掩碼往左移動(dòng)1位）
Snip20201015_8.png
思考
192.168.0.255/23這個(gè)IP地址，可以分配給計(jì)算機(jī)使用么？
答：可以
解析：
192.168.0.255/23，主機(jī)部分2進(jìn)制值為011111111，不是全0（網(wǎng)段），也不是全1（廣播），因此可以分配給計(jì)算機(jī)使用
另，廣播ip地址為192.168.1.255，不能給計(jì)算機(jī)使用
2. 合并4個(gè)網(wǎng)段
子網(wǎng)掩碼向左移動(dòng)2位，可以合并4個(gè)網(wǎng)段
將192.168.0.0/24、192.168.1.0/24、192.168.2.0/24、192.168.3.0/24合并為192.168.0.0/22網(wǎng)段
思考
下面2個(gè)網(wǎng)段，能通過子網(wǎng)掩碼向左移動(dòng)1位進(jìn)行合并么？
答：不可以
合并網(wǎng)段的規(guī)律
-
假設(shè)n時(shí)2的k次冪（k>=1），子網(wǎng)掩碼左移k位能夠合并n個(gè)網(wǎng)段
Snip20201015_12.png 假設(shè)n時(shí)2的k次冪（k>=1），如果第一個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)號(hào)能被n整除，那么由它開始連續(xù)的n個(gè)網(wǎng)段，能夠通過左移k位子網(wǎng)掩碼進(jìn)行合并
例如：
- 第一個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)號(hào)以二進(jìn)制0結(jié)尾，那么由它開始連續(xù)的2個(gè)網(wǎng)段，能通過左移1位子網(wǎng)掩碼進(jìn)行合并
- 第一個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)號(hào)以二進(jìn)制00結(jié)尾，那么由它開始連續(xù)的4個(gè)網(wǎng)段，能通過左移2位子網(wǎng)掩碼進(jìn)行合并
- 第一個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)號(hào)以二進(jìn)制000結(jié)尾，那么由它開始連續(xù)的8個(gè)網(wǎng)段，能通過左移3位子網(wǎng)掩碼進(jìn)行合并
判斷一個(gè)網(wǎng)段是子網(wǎng)還是超網(wǎng)
- 判斷該網(wǎng)段的類型，是A類網(wǎng)絡(luò)、B類網(wǎng)絡(luò)、C類網(wǎng)絡(luò)，默認(rèn)情況下，A類網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼的位數(shù)是8，B類網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼的位數(shù)是16，C類網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼的位數(shù)是24
- 如果該網(wǎng)段的子網(wǎng)掩碼位數(shù)比默認(rèn)子網(wǎng)掩碼多，就是子網(wǎng)
如果該網(wǎng)段的子網(wǎng)掩碼位數(shù)比默認(rèn)子網(wǎng)掩碼少，則是超網(wǎng)
例
25.100.0.1/16是一個(gè)A類子網(wǎng)
200.100.0.1/16是一個(gè)C類超網(wǎng)
