教程1：IP地址和路由基本概念

时间 2020-08-05

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0.说明bash

在学习下面的内容以前，应该对TCP/IP有一个最基本的认识，这个咱们在前面也已经屡次提到过，其实在不涉及网络数据的结构分析上，咱们只须要在内心对TCP/IP有以下一个概念便可：
网络

TCP/IP层次	重点
应用层	各类应用，如Web应用、QQ等
传输层	两种链接协议：TCP、UDPide 传输层端口号学习
网络层	IP地址（用于寻找不一样的网络）
数据链路层	MAC地址（用于局域网中寻找不一样的主机）
物理层	二进制数据串

这个表格的内容很重要，能够说，对于TCP/IP协议栈，是很是基础的，所以务必要记住。

spa

1.回顾与引言：为何须要IP地址计算机网络

咱们在前面说过，路由器它是一个三层的网络设备（交换机是二层网络设备，转发器是物理层网络设备），经过路由器，咱们能够把不一样的网络（局域网）链接起来，而这些不一样的局域网，可能有以太网、令牌环网等，以下：
3d

（须要注意的是，实际上令牌环网的结构确定不是像右边这样的，这里只是为了方便画图）blog

就像上面图所示，正是借助于路由器，咱们才可以将两个不一样的局域网络链接起来，而所谓的不一样的局域网络，指的是，这两个局域网络上的主机配置的IP地址的网络号是不同的，关于这个概念，咱们下面会慢慢提到，如今先有个认识就能够了。
接口

可是，到了21世纪的今天，令牌环网早已经被淘汰，现在咱们能够看到的绝大多数局域网的类型都是以太网，因此，在没有特别说明的状况下，之后咱们提到“局域网”这个名词时，指的都是“以太网”，因此，上面的图能够更改成以下：
ip

可是如今的一个疑问就是，既然都是以太网，那又为何说这两个局域网是不一样的局域网的呢？这到底哪里不一样呢？这其实在上面已经有简单的提过，也就是这两个局域网络上的主机配置的IP地址的网络号是不同的（如今不理解这句话也没有关系，由于尚未真正开始讲IP地址）。能够这么理解：有两我的，他们都是人，可是他们的身份标识不同，因此咱们说这是两个不一样的人，但本质上他们都是人；一样的道理，所谓两个不一样局域网，他们本质上都是局域网，只是这两个局域网的身份标识不同而已。

对于人，咱们能够用姓名、×××号等来做为身份标识，那么对于局域网，又该以什么来做为身份标识呢？

OK！也许你已经猜到了，就是IP地址！IP地址的其中一个重要功能就是能够区分不一样的局域网，固然，它还有另一个功能，那就是能够区分同一个局域网中的不一样主机（亲，一个局域网能够有不少主机的啊，固然要加以区分了）。

2.IP地址

（1）IP地址与点分十进制记法

计算机所能识别的都是二进制数，因此实际上的IP地址都是32位的二进制数，只不过是为了咱们人看起来比较容易区分，咱们就把它写成十进制的形式，这种方法咱们称之为点分十进制，以下：

应该很是好理解了，其实这一点懂不懂，就是考察你二进制到底有没有学好。OK，若是以为能够理解的话，请尝试作下面的几个转换：

二进制IP地址	点分十进制记法
11000000\|10100011\|00000001\|00000001
	10.10.120.16
01111111\|00000000\|00000000\|00000001

用点分十进制的方法来表示IP地址是很是重要的一个知识点，务必掌握好，尤为是其中的转换关系，其实只要把二进制和十进制的转换关系弄清楚了，相信也不难。

（2）IP地址网络号与主机号

咱们前面已经提到，IP地址能够用来标识不一样的局域网，其实这是利用了IP地址中网络号的功能，而要标识局域网中的不一样主机，咱们须要使用IP地址的主机号来进行标识，那么也就是说，一个IP地址由两部分组成：网络号和主机号。咱们下面就举例来讲明。

一个IP地址，好比192.168.1.1/24，实际上它包含了两个方面的含义，一个是它表明了这个IP地址处在哪一个局域网中，而另外一个是它表明了这个局域网中的哪一个主机。在这里，分析以下：

能够看到上面的IP地址后面还有一个/24，这是什么意思呢？这是表示192.168.1.1这个IP地址的前24位表示的是网络号，在这里就是192.168.1，192.168.1（11000000|10101000|0000001）这24位就表明了一个局域网络，而最后的8位（00000001）就表明一台主机，经过这两种方式的结合，咱们就能够用一个IP地址来惟一标识一个局域网络中的一台主机，因此在不考虑其它通讯技术的前提下（如NAT技术等，后面会有课程介绍），互联网上全部主机的IP地址必定是惟一的。

继续来做一下拓展，对于192.168.1.1/24这个IP地址，还能够写成这样的形式：192.168.1.1 255.255.255.0。这样一表示的话，咱们能够把255.255.255.0称为掩码，它就是用来限定一个IP地址的网络号究竟是前面哪几位。这样来讲，255.255.255.0其实也是用点分十进制的方法来表示的，若是把它表示把二进制的话，那就是11111111.11111111.11111111.000000000，若是位是1，就表示所对应的IP地址的那些位就表示网络号，好比这里，255.255.255.0的前24位都是1，因此192.168.1.1这个IP地址的前24位就是用来表示网络号，而剩下的8位就用来表示主机号。

因此日后当咱们看到两个IP地址时，若是没有给出掩码，咱们是没有办法判断它们是否同属于一个局域网的，好比192.168.1.1和192.0.1.1，就这样给出两个IP地址，没有什么做用，由于根本就没有给出掩码！

关于网络号和主机号，是很是重要的概念，下面再来总结一下：

网络号：用来区分不一样的局域网，能够用来判断不一样的主机是否同属于一个网络
主机号：用来区分同一局域网上的不一样主机

（3）网络地址和广播地址

网络地址

前面咱们用192.168.1.1/24这个IP地址来给出网络号和主机号的概念，再次强调，它表明了两种不一样的含义（这里要提问，其实答案上面已经有）。其实对于网络号192.168.1，这样看起来彷佛不太好看，因此习惯性的，咱们会把网络号后面的位数所有补0，而后再用来表示一个网络，好比192.168.1，二进制就是11000000|10100011|00000001，为了跟32位的IP地址表示方法相一致，咱们会习惯性地把后面的八位补0，也就是变成11000000|10100011|00000001|00000000，用点分十进制表示就是192.168.1.0，但正常状况下，咱们还须要再加上一个掩码，即192.168.1.0/24，OK，咱们如今就是用这样的方式来表示一个网络，是的，再强调一遍，192.168.1.0/24就表示一个网络，咱们就把这个地址称为网络地址。

提示：

网络地址=网络号+后面补0+掩码

若是这时我再给出一个网络地址192.168.2.0/24，咱们要判断192.168.1.0/24和192.168.2.0/24是否是同一个网络，只须要比较它们的前24位便可，显然它们表明了两个不一样的网络。很明显，用网络地址的方式就能够很是清晰地描述一个网络。

提示1：

网络地址是一种特殊的IP地址，它表示的不是一个主机，而是一个网络，因此在局域网中，网络地址是不容许分配给一台主机的。咱们能够作一个简单的实验。

课堂实验：尝试给一台主机或一个配置一个网络地址

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：

这里须要强调的是，其实咱们在给一个主机或一台设备配置IP地址的时候，其实确切地说，是给这台主机或这台设备的网络接口，也就是网卡接口（专业名词：网络适配器）配置一个IP地址，所以，在之后咱们提到要给一台设备配置一个IP地址时，指的是给这台设备的接口配置一个IP地址，这点尤为注意。

另外，咱们经常使用专业名词“网络节点”来描述一台网络设备，其实这个节点指的仅仅是这台设备的一个接口而已。（你能够看到，咱们给路由器的不一样接口配置了不一样的IP地址）

广播地址

a.广播

以太网的发展有其丰富的历史背景，“广播”一词从以太网诞生之初就注定要跟随以太网一辈子，即使是到了以太网飞速发展的今天（速度已经上千兆、上万兆），但广播依然存在于以太网中。很显然，广播广泛存在于咱们目前的局域网中（由于如今的局域网几乎都是以太网），那么，所谓的广播是什么呢？

小学初中高中的时候，学校发放通知会经过广播（其实就是一个大喇叭，而后再有一个大大的扬声器）的形式发放，这样的话，全校的师生均可以听到广播的消息（其实这也是数据通讯方式的一种方式，只不过传递信息是以声波的形式进行的）。

那么以太网有没有相似这样的状况呢？就是在一台主机上发送数据，局域网中的全部主机均可以收到这个数据。以下：

其实只要发送一个广播包，局域网中的全部主机均可以收到这个数据。那么广播包又是怎么定义的呢？

提示：广播包

所谓的广播包，其实就是目的IP地址为广播地址的数据包（很好理解嘛，广播包，就是目的地址为广播地址的数据包）。

关于数据包中目的地址的知识，能够复习以往讲过的数据封装和解封装的知识。

b.广播地址

好了，如今来讲一下什么是广播地址。前面咱们提到192.168.1.0/24这个网络地址，广播地址，只要把网络号后面的0所有都变为1便可，也就是192.168.1.255/24，这个地址就是192.168.1.0/24这个网络中的广播地址。很显然，一个局域网中有且仅有一个广播地址。在192.168.1.0/24这个局域网中，只要咱们把数据发送给192.168.1.255/24这个IP地址，那么本局域中的全部主机都会收到这个数据。

实验：

演示广播包的发送

要求你们也要亲自演示一遍。

（4）分类的IP地址

IP地址习惯上能够分为下面几类：

咱们只须要记住A类、B类、C类便可，即这些IP地址的掩码分别为255.0.0.0、255.255.0.0和255.255.255.0。

（5）VLSM（变长子网划分）

所谓VLSM，就是子网划分，不必弄得过高深，那么什么子网划分？

任务1：假定给你一个网段192.168.1.0/24（注意，咱们使用了网段这个词，这也是没有问题的），要你架设一个局域网，问你能够在你的局域网放置多少台主机？OK，很是好办，方案以下：

192.168.1.0/24这个局域网，除了192.168.1.0/24（网络地址）和192.168.1.255（广播地址）这两个地址不能够用外，其他均可以用，那么也就能够把2^8-2=254个IP地址分配给主机，也就是说，这个局域网中能够有254台主机。IP地址范围以下：

192.168.1.1~192.168.1.254

任务2：假定给你一个网段192.168.1.0/24，要你架设两个局域网，问你能够在你的局域网放置多少台主机？

提示：网络位向主机位借位

这下有点meng了吧！怎么架设呢？哈哈，其实这时候咱们只须要增长一位网络号便可，即原来是24位，如今变成25位，那么就至关于如今我把一个大的网段192.168.1.0/24分红了两个较小的网段192.168.1.0/25和192.168.1.128/25这两个较小的网段。每个网段就能够构建一个局域网，而每个局域网同时拥有本身的网络地址和广播地址。

所以，对于任务2，咱们把192.168.1.0/24分红192.168.1.0/24和192.168.1.128/25这两个网段，IP地址的分配方案以下：

网段

网络地址

广播地址

IP总数

可用IP地址范围

可用IP地址数

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

上面这些内容很是重要，务必要掌握！其实若是看一些书籍的话，可能还会有更种各样的公式和各类各样的所谓技巧，其实说实在的，你只要把这些原理理解了，实在是没有必要是刻意记住这些公式和技巧，随着技术的慢慢积累，你会发现你天然而然地就在用这些技巧，可是你历来没有去刻意记过。（PS：但愿你们能够慢慢达到这种水平）

其实我本人以为，是否对计算机网络中的局域网（或者就说网络）有一个较为深入的理解，就看你会不会划分子网，若是会了，那么我相信你对局域网的理解会有一个很大的提高，不须要怀疑太多，接触的知识越多，你会发现若是你不懂子网划分，你会发现什么也作不了。

实验：把192.168.1.0/24划分为两个子网，并使用PT搭建一个网络拓扑，完成相关配置

（5）CIDR

VLSM是网络号向主机号借位，而CIDR是主机号向网络号借位，前者能够造成各多的子网（局域网），但同时，每一个子网中的主机数据必然会减小；然后者则偏偏相反，即经过减小子网的数目来让一个局域网拥有更多的主机。

关于CIDR，不做要求，有兴趣能够本身查阅书籍或向我了解。

IP地址的内容到这里就算结束了，固然实际上IP地址的知识还有不少不少，但其实做为入门，能够理解这些内容就很是不错了。（PS：博主本人以前加了不少H3C的网络工程师群，经过交流发现，不少正在工做中的所谓工程师，连最基本的子网划分都不会！当须要划分子网时，他们居然要使用软件！！！难以想象吧？）

3.基本路由概念

在同一个局域网进行数据通讯，交换机只会把数据解封装到第二层，即数据链路层，而后查看其中的目的MAC地址，并从相应的接口发送出去。

而在两个不一样的局域网中，若是局域网1中的主机A要想把数据发送到局域网2中的主机B，那么这个数据必需要经过路由器（固然三层或多层交换机也能够，可是先不要考虑这种状况），由于咱们说，路由器是用来链接不一样的局域网的（一个接口链接一个局域网，不一样的接口链接不一样的局域网）。那么路由器怎么就知道要把数据从哪里发送出去呢？也许咱们都会想固然地觉得，路由器它这么聪明，它本身会选择呀！亲，路由器的确是很聪明，可是，若是咱们不告诉它数据应该往哪里发送，它是不知道下一步要作什么的。

路由器把一个网络中的数据交给另外一个网络，这一个过程，咱们就称之为路由，注意这里的“路由”是动词，而不是日常所说的那种所谓的家用小型路由器。

关于路由的概念，会在课堂上经过实验来进行说明。

实验：经过搭建一个简单的网络环境来理解网络通讯中的路由

4.下一步要作什么

经过对IP地址的学习，下一步咱们就须要了解数据在不一样的网络中究竟是如何转发的，也就是说路由器究竟是怎么帮咱们选路的（即路由），这也就是咱们要讨论的内容。

后面的课程，咱们将会以各类各样的实验来较为深刻地学习下面的这些技术：

静态路由技术
动态路由技术
RIP协议、RIPv2协议、OSPF路由协议

敬请关注！