计算机网络

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一、计算机网络组成

1.1 资源子网

• 计算机网络中面向用户的部分，负责全网络面向应用的数据处理工作。

1.2 通信子网

• 计算机网络中负责数据通信的部分。

1.3 通信协议

• 通信双方必须共同遵守的规则和约定。
• 它的存在与否是计算机网络与一般计算机互连系统的根本区别。

二、IP地址与子网掩码

参考教程：IP地址与子网掩码划分的心得 (opens new window)

1.1 子网

1.1.1 子网的定义

• 子网就是把一个大网划分为几个小网，每个小网的IP地址数目都是一样多的。这个小网就叫做这个大网的子网。

1.1.2 网络的总个数和可用个数

• A类网络的个数有2的7次方个，即128个。根据网络规范的规定，应该再去除128个中的第一个和最后一个，那么可用的A类网络的个数是126个。
• B类网络的个数有2的14次方个，即16384个。根据网络规范的规定，应该再去除16384个中的第一个和最后一个，那么可用的B类网络的个数是16382个。
• C类网络的个数有2的21次方个，即2097152个。根据网络规范的规定，应该再去除16384个中的第一个和最后一个，那么可用的C类网络的个数是2097150个。

1.1.3 网络的总IP数和可用IP地址数

• 每个A类大网(A类网络)中容纳2的24次方个IP地址，即16777216个IP地址；每个B类大网中容纳着2的16次方个IP地址，即65536个IP地址；每个C类大网中容纳着2的8次方个IP地址，即256个IP地址。可用的IP地址数是在总IP地址数的基础上减2得到。
• 如果把一个B类大网划分为32个小网，那么每个小网的IP地址数目就是65536/32=2048；如果把C类大网划分为32个小网，那么每个小网的IP地址数目就是256/32=8。

1.2 掩码

1.2.1 掩码的意义

• 掩码的作用就是用来告诉电脑把“大网”划分为多少个“小网”，即掩码是用来确定子网数目的依据。

• 根据掩码来确定子网的数目做法

  1. 确认是对A类还是B类还是C类大网来划分子网。

     • 比方说202.117.12.36/30，我们先把/30这种另类的掩码表示法转换为我们习惯的表示法： 11111111.11111111.11111111.11111100，转为十进制是255.255.255.252。

     • 255.255.255.252这个掩码是在C类默认掩码的范围之内的，意味着我们将对C类网络进行子网划分，因为C类网络的默认掩码是255.255.255.0。

  2. 确认对应大网的IP地址。

     • 将C类默认掩码转换为二进制是11111111.11111111.11111111.00000000。

     • 这里的8个0表示可以用8位二进制数来表示IP地址，也就是说C类大网中可有2的8次方个IP地址，也就是256个IP地址。

  3. 确认对应大网的子网数目。

     • 此掩码的最后一节是252，转换为二进制是11111100，因为1表示网络号，所以111111就表示将C类大网划分为（111111）2进制个子网。将111111转换为十进制是64，所以就表示将C类大网划分为64个子网。

  4. 确认子网可分配的子网IP地址数目。

     • 每个子网的IP地址数目是256/64=4。
     • 去除子网中的第一个表示子网号的IP地址和最后一个表示广播地址的IP地址，子网中的可分配的IP地址数目就是子网中的总的IP地址数目再减去2，也就是4-2=2个。

1.2.2 十进制转二进制

• 能够在心中将255以内的十进制数转换为对应的二进制数。

  下标	7	6	5	4	3	2	1	0
  二进制	1	1	1	1	1	1	1	1
  十进制	128	64	32	16	8	4	2	1

  • 将十进制的133转二进制，则128+4+1，即10000101。
  • 255=128+64+32+16+8+4+2+1，故对应的二进制为8个1，11111111。

1.2.3 各类网络的默认掩码

1.2.3.1 A类网络

• 默认掩码是255.0.0.0，换算成二进制就是 11111111.00000000.00000000.00000000。
• 默认掩码意味着没有将A类大网(A类网络)再划分为若干个小网。
• 掩码中的1表示网络号，24个0表示在网络号确定的情况下（用二进制表示的IP地址的左边8位固定不变），用24位二进制数来表示IP地址的主机号部分。（IP地址是由网络号+主机号两部分构成）

1.2.3.2 B类网络

• 默认掩码是255.255.0.0，换算成二进制就是 11111111.11111111.00000000.00000000。
• 默认掩码意味着没有将B类大网再划分为若干个小网。
• 16个0表示在网络号确定的情况下（用二进制表示的IP地址的左边16位固定不变）可以用16位二进制数来表示IP地址的主机号部分。（可以把B类默认掩码理解为是将A类大网(A类网络)划分为2的8次方(即256）个小网）。

1.2.3.3 C类网络

• 默认掩码是255.255.255.0，换算成二进制就是 11111111.11111111.11111111.00000000。
• 默认掩码意味着没有将C类大网再划分为若干个小网。
• 这里的8个0表示在网络号确定的情况下（用二进制表示的IP地址的左边24位固定不变），可以用8位二进制数来表示IP地址的主机部分。（可以把C类默认掩码理解为是将A类大网(A类网络)划分为2的16次方(即65536）个小网，是将B类大网划分为2的8次方（即256）个小网）。

1.2.4 正确有效的掩码

• 把十进制掩码换算成二进制后，掩码的左边部分一定要是全为1且中间不能有0出现。

// 有效掩码
255.255.248.0 -> 11111111.11111111.11111000.00000000
  
// 无效掩码
254.255.248.0 -> 11111110.11111111.11111000.00000000

1.2.5 子网掩码的另类表示法

• 子网掩码除了可以255.255.248.0这样表示，还可以以IP地址/数字的形式中的/数字表示。
  • 255.255.248.0转为二进制的形式是 11111111.11111111.11111000.00000000，可以看到左边是有21个1，所以可以将255.255.248.0这个掩码表示为/21。
  • 反过来，看到/21时，就把32位二进制的左边填上21个1，将这个32位二进制数每8位做为一节用句点隔开，再转换为十进制，就是255.255.248.0了。

1.2.6 网络中有两个IP地址不可用

• 不管是A类还是B类还是C类网络，在不划分子网的情况下，有两个IP地址不可用：网络号和广播地址。比如在一个没有划分子网的C类大网中用202.203.34.0来表示网络号，用202.203.34.255来表示广播地址，因为C类大网的IP地址有256个，现在减去这两个IP地址，那么可用的IP地址就只剩下256-2=254个了。
• 把一个C类大网划分为4个子网，会增加多少个不可用的IP地址？
  • 在C类大网不划分子网时，有两个IP地址不可用；现在将C类大网划分为4个子网，那么每个子网中都有2个IP地址不可用，所以4个子网中就有8个IP地址不可用
  • 用8个IP地址减去没划分子网时的那两个不可用的IP地址，得到结果为6个。

1.3 综合实例

已知172.31.128.255/18，试计算：子网数、网络号、主机号、广播地址、可分配IP的起止范围。

• 子网数目：4
• 网络号：将IP地址的二进制和子网掩码的二进制进行“与”（and）运算，“与运算”的规则是1和1得1，0和1得0，1和0得0。

	十进制	二进制
IP地址	172.31.128.255	10101100.00011111.10000000.11111111
子网掩码	/18	11111111.11111111.11000000.00000000
网络号	172.31.128.0	10101100.00011111.10000000.00000000

• 主机号

  • 用IP地址的二进制和（子网掩码的二进制的反码）进行“与”运算，反码就是将原本是0的变为1，原本是1的变为0。
  • 计算得00000000.00000000.00000000.11111111，转换为十进制是0.0.0.255，我们将左边的0去掉，只留右边的数字，所以我们说这个IP的主机号是255。主机号是表示网络号再加上255就是这个IP地址了。

• 广播地址

  • 将网络号右边的表示IP地址的主机部分的二进制位全部填上1，再将得到的二进制数转换为十进制数就可以得到广播地址。
    • 因为本题中子网掩码是11111111.11111111.11000000.00000000，网络号占了18位，所以本题中表示IP地址的主机部分的二进制位是14位，我们将网络号172.31.128.0，转换为二进制是10101100.00011111.10000000.00000000，然后从右边数起，将14个0全部替换为1，即：10101100.00011111.10111111.11111111，这就是这个子网的广播地址的二进制表示法。
    • 将这个二进制广播地址转换为十进制就是172.31.191.255。

• 可用IP地址范围

  • 因为网络号是172.31.128.0，广播地址是172.31.191.255，所以子网中可用的IP地址范围就是从网络号+1 到广播地址-1，所以子网中的可用IP地址范围就是从172.31.128.1-172.31.191.254。