前言

在上一篇我們聊到了簡單的了解到了計算機的通信方式，并且都是處于同一個網段下的通信，簡要理解（大局觀）計算機之間的通信方式【同一網段】（直接相連，同軸電纜，集線器，網橋，交換機）,今天我們聊聊路由器和MAC地址IP地址的基礎知識

計算機之間連接方式—路由器連接

我們知道如果全世界都用交換機連接網路的話，會導致廣播風暴，即，當在由交換機連接網路的時候，兩臺計算機通信，首先會發ARP廣播得到對方的MAC地址，于此同時交換機就會記錄經過交換機的資料包傳過的MAC，全世界那么多電腦，這樣會導致要詢問全世界的電腦MAC地址，很明顯占用網路資源非常嚴重，所以不適用都是交換機來連接全世界的計算機，再說了，交換機連接是屬于同一網段的網路，這樣也會導致IP地址肯定不夠用的，

總結一下：同軸電纜，集線器，網橋，交換機連接的設備都是處于同一個網段，這也意味著他們連接的設備處于同一個廣播域（一個設備發ARP廣播包，全部連接在同一個網段都可以收到；
網橋和交換機相比集線器同軸電纜來說，可以一定程度的隔絕沖突域，

所以我們引入了一個更實用的路由器，它所連接的網路是處于不同網段的網路，能夠使得資料包在不同網段之間轉換資料，

看橙色的大筐筐和紫色大筐筐，中間有個路由器，橙色的大筐筐就是192.168.1.0網段，紫色大筐筐是192.168.2.0網段，

在有路由器之后，想給對方發送資料時候，就不是直接發送ARP廣播包詢問對方的MAC地址了，而是
先判斷對方計算機的IP地址是否和原IP地址處于同一個網段：
處于同一個網段：就發ARP廣播詢問對方MAC地址；
處于不同網段：就通過路由器經行轉發資料包（此時也會發ARP廣播包，只不過是獲取路由器網關的MAC地址）；

那如何通過路由器轉發資料包呢？其實就是路由器的網關起作用，

網關這個相當于是路由器的介面,類似路由器眾多IP地址中的一個，網關要和它相連的設備處于同一個網段，并且，與路由器相連的計算機需要給他們配置默認網關地址，默認網關就是經過路由器網關（介面）的IP地址，才可以經過這個對應的網關，

比如下圖：路由器有兩個網關，每個網關都只能通過和網關IP處于同一個網段的資料包，
而對于左邊的計算機2計算機3都需要設定默認網關：192.168.3.1，右邊的計算機4和計算機5也需要設定默認網關192.168.4.1；這樣才可以經過路由器網關，

一般網關的主機號都是設定位1，當然設定其他的號也行，只是大家習慣規定而以，

路由器可以隔絕廣播域：即假如計算機2給同一網段的計算機3發送ARP廣播包時候，并不會經過路由器轉發到其他網段去，當路由器接收到這個ARP廣播包時候，發現不是詢問路由器的MAC地址，那么路由器就會丟棄資料包，隔絕兩下圖左右兩邊的廣播域，

在路由器中，連接不同網段的資料，是通過路由器的網關來幫助轉發的，比如假如上圖計算機2和計算機5通信：
（忽略了交換機記錄MAC地址的程序，這里主要關注是路由器不同網段的資料發送程序）

1. 首先判斷不處于同一個網段，所以要路由器轉發資料，由于路由器網關1的地址和計算機2處于同一個網段，所以計算機2首先會發一個ARP廣播包，為了獲取網關1的MAC地址；

2. 然后就可以經過路由器，路由器發現這個資料包是給計算機5，然后就轉發給網關2，轉發給網關2的原因是因為計算機5和網關2處于同一個網段；

3. 再由于還是不知道計算機5的MAC地址，所以網關2會發一個ARP廣播包，詢問得到計算機5的MAC地址后，就可以往計算機5發送資料了；

4. 最后于此同時，計算機5也會回傳一個回應包給計算機2，

假如有路由器，是處于同一個網段的轉發資料包呢？
比如上圖的計算機2和計算機3通信，那么就是簡單的同一個局域網通信了：

1. 首先計算機2而判斷出是處于同一個網段，計算機2就會發廣播包詢問計算機3的MAC地址；
2. 此時經過交換機發送給計算機3和路由器，路由器由于發現不是要自己的MAC地址，那么就丟棄，計算機3發現是需要自己的ＭＡＣ地址就接收；
3. 于此同時計算機3就回傳回應包，告訴計算機2MAC地址是它，此時，經過交換機并不會再次廣播給路由器，因為交換機有記憶每個埠MAC地址功能，能夠準確精確給計算機2發回去回應資料包，
4. 此時計算機2就可根據MAC和IP地址給計算機3發送資料包了，

現在我們再思考多一個場景：我們知道路由器是連接不同網段的網路的，那我假如路由器連接相同的網段，那資料包會發送過去嗎？

答案是不會的，因為資料包發送的時候，會判斷對方的IP地址是否和自己處于同一個網段，假如路由器相連接同一個網段的話，那就發一個ARP廣播，但是我們知道路由器是有網關地址的，你要經過路由器相連的的另一臺設備，那么先經過路由器，路由器的網關，那么資料包就會直接發送給網關了，路由器網關一看資料包，不是詢問自己的MAC地址，那就丟棄啦，都不可能通過路由器轉發到另一個設備中，

MAC地址

首先MAC地址是固化在網卡中的，每個MAC地址都是6個位元組（48個bit），

MAC地址分為兩個部分：第一個部分是組織唯一識別符號；第二個部分是網路介面識別符號，

MAC地址是全球唯一的，由IEEE802標準會規定，標準會給廠家分配前三個位元組，即MAC地址組織唯一識別符號，后三個位元組是廠家自家分配，

查詢廠家的MAC地址前三個位元組的網址：http://standards-oui.ieee.org/oui/oui.txt
我截個圖給你們看看
也可以查看自家的MAC地址，如在cmd敲命令：ipconfig /all

不同作業系統的MAC地址可能表現得形式會有不一樣，

特殊的MAC地址：
當48bit，即6個位元組都是1的時候，表示位廣播地址，即ARP廣播包MAC地址，
由十六進制表示就是全是FF FF FF FF FF FF，

所以以后我們看到一些資料包，都是全1的，或者十六進制表示全F的MAC地址，要反應出這是廣播資料包，

MAC地址的獲取：當我們不知道對方的MAC地址時候，就會發一個ARP廣播包，獲取到對方的MAC地址時候，就會快取對應的IP和MAC地址之間的映射（即對應關系），這就是ARP快取機制，

IP地址

IP地址，互聯網每一臺計算機都有IP地址
IPV4是32位的IP地址，2019年11月25日已經使用完了；
IPV6是32位的IP地址，目前使用的是IPV6的地址，有生之年都夠用，

但是下面我說的都是IPV4,默認條件下，

下圖位IP地址的表現形式

IP地址的組成：IP地址是由兩部分組成，一部分是網路標識，另一部分主機標識，

那如何判斷一個IP地址的網路標識和主機標識部分？

通過子網掩碼結合IP地址去判斷，子網掩碼前面bit位全是1表示對應IP地址部分為網路標識，全為0對應IP地址表示為主機標識，

所以當我們說IP地址時候，是隱藏了IP地址對應的子網掩碼的，只有配合了子網掩碼才可以判斷出一個IP地址的網路標識和主機標識的位置，

而我們通常說的處于統一網段的設備，即處于同一個網路標識的IP地址，

那么網段是如何計算的呢？

網段 = IP地址 & 子網掩碼，即IP地址與子網掩碼按位與，

子網掩碼的主要作用就是用來計算網段的，判斷多個IP地址是否處于同一個網段，它的作用就很重要；于此同時還是可以用來判斷IP地址的網路標識和主機標識，

對于一個IP地址的網路標識可以用來判斷IP地址處于哪一個網段；而對于主機標識，則表示處于這個網段上可以有多數臺主機可以使用這個網段的IP地址，

比如上圖的網段192.168.1.0，我們知道網路標識是192.168.1，而主機標識位有8個bit 即可以表示的資料范圍是 0 ~ 2⁸ - 1 = 0 ~ 255; 即有255 - 0 + 1 = 256 個主機號，

但是這0 ~ 255資料范圍內，要扣去主機位全0，和主機位全1的，因為主機位全0的IP地址，表示網段的IP地址，主機位全1的IP地址，表示這個網段的廣播包IP地址，所以這個192.168.1.0的網段可以有256 - 2 = 254臺設備使用，

要理解這里的主機位全0，全1，這都是對二進制來說的，后面講到子網劃分和超網時候，可能以10進制形式書寫的IP地址上對于IP地址后8位bit轉換10進制寫的時候，不都是0，也可能表示是網段的IP，或者廣播包IP哦，

對比一下MAC地址全為1的廣播包和處于某一個網段IP地址主機位全是1的廣播包：

MAC地址全為1的廣播包是在回應時候，只會得到目標IP地址的回應；
而在某一個網段下，主機位全是1的IP地址廣播包，回傳回應的是，處于同一網段的回應都會回傳；

IP地址的分類

只有A類B類C類的IP才可以分配給主機使用；
以后對于一個IP地址，我們至少可以得到一個資訊，通過IP地址的第一部分的資料判斷它屬于哪類的地址，

A類地址

1. A類地址，前8bit為網路部分，后24bit為主機部分；那子網掩碼自然而然就知道是：255.0.0.0網路部分第一位為0；
2. 所以我們知道網路部分可以表示的范圍是 0 ~ 2⁷ - 1 = 0 ~ 127;對于A類地址來說，網路部分還有一定的限定，網路部分全為0（8bit都為0）的網段不可以用，并且網路部分為127的網段作為保留網段，所以對于A類地址來說：網路部分的表示網段的適用范圍是1~126；
3. 對于主機部分，由于又24bit，分為3個位元組，每個位元組的范圍是0~2⁸-1 = 0~255;所以每個位元組的資料個數又256，有3個位元組，所以對于主機部分：能夠表示主機的數量有256256256臺，但是，由于主機部分也有限定：全0和全1不能給主機分配，所以最終A類地址，對于一個網段來說，主機數最大的容量是256*256*256-2臺

所以當我們看到一個IP地址時候，至少需要有個反應，知道它是哪一類的地址，
比如：123.123.232.1,看前面的8為二進制，也就是第一部分，顯示的是123，屬于1~126的A類地址范圍呢，所以說這是一個A類網路的IP地址

B類地址

B類地址，網路部分為16bit,主機部分為16bit,所以子網掩碼為：255.255.0.0；網路部分是以10開頭，占兩個bit;
所以說網路部分的最小值是：10 000000 00000000；轉化為十進制 128.0；
網路部分的最大值是：10 111111 11111111；轉化為十進制 191.255;
我們這就可以知道第1部分的資料范圍是128~191；第2部分的資料范圍是0 ~ 255；
那么主機ID，16個bit,分為兩部分，對于B類地址的某一網段來說，主機最大數為256*256-2臺；

雖然我們知道B類地址的網路部分是16個bit,但是整個IP地址（32位）區分位4個部分時候，網路部分就占了兩個部分，但是我們可以根據第一部分的資料，判斷IP地址屬于哪一類的地址，

比如：129.124.123.1的IP地址,很明顯看出這IP地址為B類地址，因為129屬于B類地址的第一部分資料范圍：128 ~ 191;

C類地址

D和E類地址

子網掩碼的CIDN表示方法

通過這個方式，我們就可以一下子知道IP地址和子網掩碼與此同時得到網段；

為什么需要子網劃分

假如有個場景需求，我們要求分配200臺計算機的IP地址，但是我希望這來200臺計算機處于同一網段，很好想到，我們可以分配給它們200臺計算機的C類IP地址，因為一個網段下的C類IP地址可以容納主機最大數量是254臺，比如分配：192.168.1.0/24網段下的，那么對于這個C類IP地址的網段：192.168.1.0/24使用200臺后，還剩下54個此網段的IP地址可以用，這其實算是一個合理利用了，

假如我要分配500臺計算機的IP地址處于同一網段下的呢？你發現對于C類地址來說，是不夠用的，因為C類地址的網段最大容納也是254臺；那你可能會想，為了處于同一網段下，必須分配容量更大的IP地址才可以，你就想到B類地址，因為對于某一網段的B類地址可以容納256*256 -2 = 65534 臺主機，比如：128.100.0.0/16網段，但是當你分配500臺計算機給128.100.0.0/16網段的B類地址時候，還剩下65304空閑的該網段的B類IP地址，此時你意識到，這是極大的浪費，

所以為了能夠合理的利用IP地址的資源，我們需要對IP地址進行子網劃分，

什么是子網劃分

子網劃分，我的理解就是把一個大的網段，劃分為多個不同的小的網段，這多個不同的小網段就是大網段的子網；這樣就可以合理利用該網段的IP地址，合理分配計算機的數量了，

至于如何劃分多個不同的網段，也就是說，如何子網劃分呢？

子網劃分的方法就是：借助IP地址的主機位作為子網位，劃分多個子網

而對于子網劃分又分為兩大類：

1. 等長子網劃分：將一個網段，分為多個子網，每個子網的可用IP地址數量是一樣的，
   比如：對于 192.168.100.0/24這個網段，可以用IP地址數量為254，我將它劃分為2個不同的子網，這2個子網的可用IP地址是一樣的，每個子網的可用IP地址數量都是127個，這就是等長子網劃分；
2. 變長子網劃分：劃分一個網段時候，子網的可用IP地址數量是不一樣，
   比如：對于 192.168.100.0/24這個網段，我把它劃分為3個子網，分別給這三個子網分配的可用IP地址數量不一致就行了，

等長子網劃分——劃分兩個子網

我們以C類地址192.186.0.0/24這個網段來說明這個問題，劃分兩個子網的程序，

等長子網劃分——劃分4個網段

其實很容易發現規律的：劃分n段就用主機位的范圍數除以 n；

比如這個C類地址，主機位8個bit，資料范圍是0~255；有256個數字；劃分4段；256 / 4 = 64;
然后加個輔助的數軸，分4個64的資料在數軸畫起來來，然后在每一段排除掉全是 0 和全是 1的，剩下的每一段就表示該網段的IP地址可用數量；

其實分類還有變長子網劃分，還有超網等概念，其實我不打算寫，這些只要自己有了等長子網劃分的基礎，可以百度，或者看書去了解，如果你感興趣的話，

網段計算的注意事項

反正明白兩個點：對于一個IP地址：IP地址第一部分可以知道它屬于什么型別的IP地址，IP地址加上子網掩碼按位與可以算出網段，不要看到同一IP地址的十進制數的子網掩碼個數相同，還有十進制的IP表現形式相同，就判斷它們屬于用以網段，還要結合IP地址和子網掩碼的按位于去計算

這個就是C類地址，你以為前面24個位的IP地址形式一樣就是同一網段了嘛？當然不是，網段是需要結合子網掩碼算的，經過計算很明顯上面的網段是不一樣的，