鳥哥私房菜-IP 觀念：IP,network,netmask,broadcast,gateway,ARP協(xié)議

鳥哥私房菜——IP觀念：IP,network,netmask,broadcast,gateway,ARP協(xié)議?一、IP概述IP（InternetProtocol）即網(wǎng)際協(xié)議，是用于在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的基本協(xié)議。它為網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備提供了一個(gè)唯一的標(biāo)識，使得數(shù)據(jù)能夠在不同的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間準(zhǔn)確地傳輸。

在互聯(lián)網(wǎng)中，每個(gè)設(shè)備都有一個(gè)IP地址。IP地址就像是設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的"門牌號"，通過它其他設(shè)備可以找到并與之通信。IP地址由32位二進(jìn)制數(shù)組成，通常以點(diǎn)分十進(jìn)制的形式表示，例如192.168.1.1。

IP協(xié)議主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的封裝、尋址和路由。當(dāng)一臺設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，IP協(xié)議會將數(shù)據(jù)封裝成IP數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包中包含源IP地址和目的IP地址等信息。然后，根據(jù)目的IP地址，IP協(xié)議通過路由算法確定數(shù)據(jù)包的傳輸路徑，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，直到到達(dá)目的設(shè)備。

二、network（網(wǎng)絡(luò)地址）網(wǎng)絡(luò)地址是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的起始地址。它用于標(biāo)識一個(gè)特定的網(wǎng)絡(luò)范圍。

例如，對于一個(gè)常見的C類網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0/24，其中192.168.1.0就是該網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)地址。網(wǎng)絡(luò)地址的主機(jī)位全為0。

網(wǎng)絡(luò)地址在網(wǎng)絡(luò)通信中起著重要的作用。它用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)包是否屬于本地網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)一臺設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先會檢查目的IP地址與本地網(wǎng)絡(luò)地址是否相同。如果相同，則說明目的設(shè)備在本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，可以直接通過局域網(wǎng)進(jìn)行通信；如果不同，則需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)關(guān)，由網(wǎng)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

三、netmask（子網(wǎng)掩碼）子網(wǎng)掩碼用于確定IP地址中哪些位表示網(wǎng)絡(luò)地址，哪些位表示主機(jī)地址。

子網(wǎng)掩碼也是一個(gè)32位的二進(jìn)制數(shù)，通常也以點(diǎn)分十進(jìn)制的形式表示。例如，對于C類網(wǎng)絡(luò)，子網(wǎng)掩碼通常是255.255.255.0。

在子網(wǎng)掩碼中，1表示網(wǎng)絡(luò)位，0表示主機(jī)位。當(dāng)將IP地址與子網(wǎng)掩碼進(jìn)行按位與運(yùn)算時(shí)，得到的結(jié)果就是網(wǎng)絡(luò)地址。

例如，IP地址192.168.1.100與子網(wǎng)掩碼255.255.255.0進(jìn)行按位與運(yùn)算：

192.168.1.10011000000.10101000.00000001.01100100255.255.255.011111111.11111111.11111111.00000000結(jié)果為：192.168.1.0

子網(wǎng)掩碼的作用不僅僅是確定網(wǎng)絡(luò)地址，它還可以用于劃分子網(wǎng)。通過改變子網(wǎng)掩碼中1和0的分布，可以將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)較小的子網(wǎng)，從而提高網(wǎng)絡(luò)的管理效率和安全性。

四、broadcast（廣播地址）廣播地址用于向網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備發(fā)送消息。

對于一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，廣播地址是網(wǎng)絡(luò)地址的主機(jī)位全為1的地址。例如，對于C類網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0/24，廣播地址就是192.168.1.255。

當(dāng)一臺設(shè)備發(fā)送廣播消息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都會接收到該消息。廣播消息通常用于一些網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)、配置等操作，比如ARP廣播用于解析IP地址對應(yīng)的MAC地址。

不過，過多地使用廣播會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞，因?yàn)樗性O(shè)備都需要處理廣播消息。所以在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)該盡量減少不必要的廣播。

五、gateway（網(wǎng)關(guān)）網(wǎng)關(guān)是不同網(wǎng)絡(luò)之間通信的橋梁。

當(dāng)一臺設(shè)備要與另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通信時(shí)，如果目的IP地址不在本地網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，就需要將數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)通常是一個(gè)路由器設(shè)備，它連接著多個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)關(guān)會接收來自本地網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包，根據(jù)目的IP地址查找路由表，確定數(shù)據(jù)包的下一跳地址，然后將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)。

在配置網(wǎng)絡(luò)時(shí)，需要正確設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址。例如，在一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)中，路由器的IP地址通常就是網(wǎng)關(guān)地址，設(shè)備通過設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址來實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的通信。

六、ARP協(xié)議（地址解析協(xié)議）ARP（AddressResolutionProtocol）即地址解析協(xié)議，用于將IP地址解析為MAC地址。

在網(wǎng)絡(luò)通信中，數(shù)據(jù)鏈路層使用MAC地址進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)絡(luò)層使用IP地址進(jìn)行尋址。當(dāng)設(shè)備要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先需要知道目的設(shè)備的MAC地址，以便在數(shù)據(jù)鏈路層封裝數(shù)據(jù)包。

ARP協(xié)議的工作過程如下：1.當(dāng)主機(jī)A要向主機(jī)B發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先會檢查自己的ARP緩存表中是否有主機(jī)B的IP地址對應(yīng)的MAC地址。2.如果ARP緩存表中沒有，則主機(jī)A會發(fā)送一個(gè)ARP請求廣播包，該廣播包中包含主機(jī)A的IP地址和MAC地址以及主機(jī)B的IP地址，向本地網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備詢問主機(jī)B的MAC地址。3.本地網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都會接收到這個(gè)ARP請求廣播包，只有主機(jī)B會識別出其中的目的IP地址是自己的，于是主機(jī)B會發(fā)送一個(gè)ARP響應(yīng)包給主機(jī)A，響應(yīng)包中包含主機(jī)B的IP地址和MAC地址。4.主機(jī)A接收到主機(jī)B的ARP響應(yīng)包后，會將主機(jī)B的IP地址和MAC地址添加到自己的ARP緩存表中，以便下次通信時(shí)直接使用。

ARP緩存表中的條目有一定的生存時(shí)間，過了生存時(shí)間后，相應(yīng)的條目會被刪除。這樣可以保證ARP緩存表中的信息始終是最新的。

ARP協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)通信中起著至關(guān)重要的作用，它確保了IP地址和MAC地址之間的正確映射，使得數(shù)據(jù)能夠在不同層次的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間順利傳輸。

七、IP地址分類1.A類地址第一個(gè)字節(jié)的范圍是0127，默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.0.0.0。A類地址的網(wǎng)絡(luò)位有8位，主機(jī)位有24位。它適用于大型網(wǎng)絡(luò)，理論上可以容納2^242=16777214個(gè)主機(jī)。2.B類地址第一個(gè)字節(jié)的范圍是128191，默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.0.0。B類地址的網(wǎng)絡(luò)位有16位，主機(jī)位有16位。可容納2^162=65534個(gè)主機(jī)，適用于中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)。3.C類地址第一個(gè)字節(jié)的范圍是192223，默認(rèn)子網(wǎng)掩碼是255.255.255.0。C類地址的網(wǎng)絡(luò)位有24位，主機(jī)位有8位。能容納2^82=254個(gè)主機(jī)，常用于小型網(wǎng)絡(luò)，如家庭網(wǎng)絡(luò)等。4.D類地址第一個(gè)字節(jié)的范圍是224239，D類地址用于組播。組播是一種一對多的通信方式，多個(gè)接收者可以同時(shí)接收發(fā)送到D類地址的數(shù)據(jù)包。5.E類地址第一個(gè)字節(jié)的范圍是240255，E類地址保留用于研究和實(shí)驗(yàn)等特殊用途。

八、子網(wǎng)劃分子網(wǎng)劃分是通過改變子網(wǎng)掩碼來將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)較小的子網(wǎng)。

例如，對于一個(gè)C類網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0/24，默認(rèn)情況下可以容納254個(gè)主機(jī)。如果需要將其劃分為兩個(gè)子網(wǎng)，可以將子網(wǎng)掩碼改為255.255.255.128，即/25。

新的子網(wǎng)掩碼下，網(wǎng)絡(luò)位增加了1位，主機(jī)位減少了1位。原來的網(wǎng)絡(luò)192.168.1.0被劃分為兩個(gè)子網(wǎng)：192.168.1.0/25，網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.1.0，廣播地址為192.168.1.127，可容納2^72=126個(gè)主機(jī)。192.168.1.128/25，網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.1.128，廣播地址為192.168.1.255，可容納2^72=126個(gè)主機(jī)。

通過子網(wǎng)劃分，可以更好地管理網(wǎng)絡(luò)資源，提高網(wǎng)絡(luò)的安全性和可擴(kuò)展性。比如可以將不同部門的設(shè)備劃分到不同的子網(wǎng)中，減少廣播域，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。

九、IP地址配置1.靜態(tài)IP地址配置在Linux系統(tǒng)中，可以通過編輯網(wǎng)絡(luò)配置文件來配置靜態(tài)IP地址。例如，對于CentOS系統(tǒng)，可以編輯/etc/sysconfig/networkscripts/ifcfgeth0文件。在文件中設(shè)置如下參數(shù)：TYPE=Ethernet網(wǎng)絡(luò)類型為以太網(wǎng)BOOTPROTO=static啟用靜態(tài)IP配置IPADDR=192.168.1.100設(shè)置IP地址NETMASK=255.255.255.0設(shè)置子網(wǎng)掩碼GATEWAY=192.168.1.1設(shè)置網(wǎng)關(guān)地址DNS1=8.8.8.8設(shè)置DNS服務(wù)器地址保存文件后，重啟網(wǎng)絡(luò)服務(wù)使配置生效：servicenetworkrestart2.動態(tài)IP地址配置在Linux系統(tǒng)中，可以使用DHCP（DynamicHostConfigurationProtocol）來獲取動態(tài)IP地址。安裝DHCP客戶端軟件，如dhclient。執(zhí)行命令：dhclienteth0（eth0為網(wǎng)絡(luò)接口名稱），系統(tǒng)會向DHCP服務(wù)器發(fā)送請求，獲取動態(tài)分配的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)、DNS等信息。在Windows系統(tǒng)中，在網(wǎng)絡(luò)連接屬性中選擇"自動獲取IP地址"和"自動獲取DNS服務(wù)器地址"，系統(tǒng)會自動從DHCP服務(wù)器獲取相關(guān)配置信息。

十、IP網(wǎng)絡(luò)故障排查1.檢查IP地址配置確認(rèn)設(shè)備的IP地址、子網(wǎng)掩碼、網(wǎng)關(guān)等配置是否正確。在Linux系統(tǒng)中可以使用ifconfig命令查看網(wǎng)絡(luò)接口的配置信息，在Windows系統(tǒng)中可以使用ipconfig命令。例如，在Linux系統(tǒng)中執(zhí)行ifconfigeth0可以查看eth0網(wǎng)絡(luò)接口的IP地址、子網(wǎng)掩碼等信息。2.檢查網(wǎng)絡(luò)連接檢查網(wǎng)線是否插好，無線設(shè)備的WiFi連接是否正常。對于有線連接，可以檢查網(wǎng)線兩端是否插緊，網(wǎng)絡(luò)接口指示燈是否正常閃爍。3.測試網(wǎng)絡(luò)連通性在Linux系統(tǒng)中可以使用ping命令測試與其他設(shè)備的連通性。例如，ping192.168.1.1，如果能收到回復(fù)說明網(wǎng)絡(luò)連接正常。在Windows系統(tǒng)中同樣可以使用ping命令進(jìn)行測試。4.檢查ARP緩存表在Linux系統(tǒng)中可以使用arpa命令查看ARP緩存表。如果ARP緩存表中沒有目標(biāo)設(shè)備的正確映射信息，可能會導(dǎo)致通信問題。可以通過執(zhí)行arpd[IP地址