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歡迎來到網(wǎng)絡(luò)世界，《小白也能看懂的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》系列文章會(huì)從零開始幫助你構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)知識(shí)。如果你完全沒有接觸過網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的內(nèi)容，那我們是一樣的，在學(xué)習(xí)過程中我們肯定遇到了相同的問題！寫下這些文章一方面要記錄自己的學(xué)習(xí)歷程，另一方面也希望幫到同樣想要學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的小伙伴。
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在往后的每一篇文章中，我都會(huì)把看到文章的小伙伴當(dāng)成是完全沒有網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗(yàn)的小白，我的目標(biāo)是和零基礎(chǔ)小白一起建立堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)大神請略過此系列文章。
讓我們開始網(wǎng)絡(luò)之旅吧！
在前面的課程中，我們已經(jīng)見證了「地址」在網(wǎng)絡(luò)中的重要性，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要地址，這也是他們能夠?qū)⑿畔?zhǔn)確無誤送達(dá)目的地的最根本的原因。說到地址，我們就不得不提一下 IP地址。
通過「IP地址」我們可以很輕松的找到一臺(tái)已經(jīng)接入網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備。同時(shí)，我們不僅可以在本地網(wǎng)絡(luò)通過「IP地址」定位到另一臺(tái)設(shè)備。如果可以配合路由器，即便不在同一個(gè)網(wǎng)段的設(shè)備，我們依然能夠輕易找到。
這就是「IP地址」的神奇之處！但，你真的了解「IP地址」嗎？
IP 地址可以分成兩種不同的形式，分別為 IPv4 和 IPv6。它們看起來截然不同，同時(shí) IPv6 屬于比較新的 IP 技術(shù)，暫未普及。而 IPv4 是我們最常見的地址形式，因此，本章節(jié)主要圍繞 IPv4 展開講解。
首先，IPv4 地址是一段由四組數(shù)字組成的整體，每組數(shù)字中間使用點(diǎn)來隔開，每組數(shù)字我們又稱其為八位字節(jié)，原因是，我們把每組數(shù)字都以八位形式的二進(jìn)制來表示，例如 0 = 0000 0000、255 = 1111 1111 等而因?yàn)樗伤慕M數(shù)字組成，因此我們可以將其分成四組獨(dú)立的八位字節(jié)。例如下面這個(gè)IP地址，如果使用八位二進(jìn)制數(shù)來表示，則為：
IP 地址的四組數(shù)字均是由從 0~255 的數(shù)字組成，不可超過這個(gè)范圍，其二進(jìn)制數(shù)表示形式為：00000000~11111111。因此一個(gè)正確的 IP 地址除了可以使用阿拉伯?dāng)?shù)字表示，同樣可以采用二進(jìn)制數(shù)表示。
而 00000000~11111111 或 0~255 這個(gè)地址范圍，我們稱其為 IP 空間。由此可見，二進(jìn)制數(shù)據(jù)對于 IP 地址尋址的重要性，我們要學(xué)會(huì)簡單的十進(jìn)制與二進(jìn)制數(shù)字的轉(zhuǎn)換，這是為了方便后續(xù)的學(xué)習(xí)。
IP 地址可以代表 「兩個(gè)地址」 ，一個(gè)是 Host Address 也就是主機(jī)地址，另一個(gè)是 Network Address 也就是網(wǎng)絡(luò)地址，這是怎么回事兒呢？
這里，我們拿 172.16.0.1 這個(gè)IP地址舉例：其中 172.16 是網(wǎng)絡(luò)地址，而后面的 0.1 是主機(jī)地址，參考下圖可以理解各個(gè)部分的含義。
觀察上圖，我們可以發(fā)現(xiàn)，左側(cè)以 172.16 開頭的主機(jī)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，右側(cè)以 172.17 開頭的主機(jī)在另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。這是兩個(gè)不同的網(wǎng)絡(luò)，它們之間不能直接進(jìn)行溝通！但是在同一網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可以進(jìn)行通信，如果你有新的設(shè)備加入，只需要將地址設(shè)置為 172.16 或 172.17 即可。如果想要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)網(wǎng)段之間的通信，則需要借助路由器來實(shí)現(xiàn)。
你可能想知道，IP 地址的前兩個(gè)位置的數(shù)字是否總是代表網(wǎng)絡(luò)地址呢？答案是否定的，那么問題來了，我們該怎么知道哪一部分是網(wǎng)絡(luò)地址，哪一部分是主機(jī)地址呢？這個(gè)問題答案并不是固定的，它會(huì)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行變化。所以，要想深入了解這兩個(gè)地址，我們就要從 IP 地址的歷史開始進(jìn)行追溯。
我們從 Internet 協(xié)議創(chuàng)立之初說起，在那個(gè)時(shí)候，IP地址的第一組數(shù)字第一個(gè)八位位組，始終代表網(wǎng)絡(luò)地址；而隨后的三個(gè)數(shù)字后三個(gè)八位位組，用于主機(jī)。
這意味著，我們最多只能擁有 0~255 即 256 個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間可以擁有 1600 萬臺(tái)主機(jī)，這種形式的劃分非常不合理！但因?yàn)?Internet 剛開始出現(xiàn)時(shí)并不是國際性的，只有很少的組織使用它，因此這樣劃分也沒有什么不妥。
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，各個(gè)國家、各個(gè)地區(qū)都需要使用到網(wǎng)絡(luò)空間，此時(shí)，256 個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間顯然是不夠的。因此在 1981 年時(shí)，Internet 就引入了一種全新的方法，那就是將整個(gè) IP 空間從 A 到 E 劃分成了五個(gè)類別。
這其中 A、B 和 C 類應(yīng)用于設(shè)備尋址（也就是我們的電腦、打印機(jī)等設(shè)備可通過這類地址發(fā)現(xiàn)彼此）；D 類用于組播（源主機(jī)分發(fā)信息到多臺(tái)其他機(jī)器）；E 類屬于保留地址（特殊使用）。因此，A、B 和 C 類地址屬于我們現(xiàn)在需要考慮的部分。
A 類 IP 地址第一個(gè)八位位組是網(wǎng)絡(luò)空間，后三個(gè)八位位組是地址空間；雖然擁有很少的網(wǎng)絡(luò)空間，但是卻擁有龐大的主機(jī)空間。這里需要注意的是，A 類地址八位位組中的第一位始終為 0 固定位，剩下的 7 位可供給我們進(jìn)行分配，因此，我們只有 0~127 即 128 個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間可供分配，網(wǎng)絡(luò)空間從 0.0.0.0 ~ 127.0.0.0。
另外，由于第一個(gè)八位位組以 0 和 127 開頭的網(wǎng)絡(luò)空間是要用作保留的，所以實(shí)際可供分配網(wǎng)絡(luò)空間為 126 個(gè)，其網(wǎng)絡(luò)空間IP地址為 1.0.0.0 ~ 126.0.0.0。每個(gè)空間可供分配主機(jī)為16777216 臺(tái)（2的24次方=16777216）。
B 類網(wǎng)絡(luò)適用于中等數(shù)量主機(jī)的情況，前兩個(gè)八位位組用于網(wǎng)絡(luò)空間劃分，后面兩個(gè)則用于主機(jī)地址劃分，網(wǎng)絡(luò)的前兩個(gè)位始終為 1 和 0（10000000）即 128，可供我們設(shè)置的有 14 位，也就是 16384 個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間（2 的 14 次方=16384），其網(wǎng)絡(luò)空間 IP 為 128.0.0.0 ~ 191.255.0.0，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間可以擁有 65536 臺(tái)主機(jī)（2 的 16 次方=65536）。
C 類網(wǎng)絡(luò)屬于小型網(wǎng)絡(luò)，這類網(wǎng)絡(luò)IP地址的前三個(gè)數(shù)字為網(wǎng)絡(luò)地址，最后一個(gè)是主機(jī)地址，且第一個(gè)八位位組的前三位固定位110（11000000）即 192，可供我們設(shè)置的有 21 位，也就是 2097152 個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間（2的21次方），其網(wǎng)絡(luò)空間 IP 為 192.0.0.0~223.255.255.0，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間可以有 256 ( 2 的 8 次方）臺(tái)主機(jī)。
A、B 和 C 類 IP 地址的網(wǎng)絡(luò)空間范圍：
A 類 IP 地址：0.0.0.0 ~ 127.0.0.0
B 類 IP 地址：128.0.0.0 ~ 191.255.0.0
C 類 IP 地址：192.0.0.0 ~ 223.255.255.0
請問下面的 IP 分別屬于第幾類 IP 地址，請將答案寫在 IP 地址后方。
9.4.3.47
203.42.62.1
103.88.77.22
151.10.13.55
222.127.16.4
請問下面的IP地址哪一部分是主機(jī)地址？哪一部分是網(wǎng)絡(luò)地址？
9.4.3.47
203.42.62.1
103.88.77.22
151.10.13.55
222.127.16.4
觀察上圖，若 172.16 網(wǎng)段中的 0.1 主機(jī)想要發(fā)送信息給同網(wǎng)段中的 0.2 主機(jī)，0.1 主機(jī)首先就會(huì)查看 0.2 主機(jī)是否與自己在同一網(wǎng)段下，靠什么查看呢？
兩種方式，一種是查看八位位組是否一致；另一種是查看IP地址的前兩組數(shù)是否一致，若一致，則代表在同一網(wǎng)段，因此可以直接發(fā)送信息；
若172.16 網(wǎng)段中的 0.1 主機(jī)想要發(fā)送信息給 172.17 網(wǎng)段中的 0.2 主機(jī)，同樣是根據(jù)上述方法檢測，此時(shí)發(fā)現(xiàn) 0.2 主機(jī)在另一網(wǎng)段，因此需要借助路由器來實(shí)現(xiàn)信息的交互。
這就是 IP 地址的運(yùn)行機(jī)制，你學(xué)會(huì)了嗎？
隨著互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，我們消耗 IP 的速度越來越快，IP 地址漸漸的又不夠用了，因此，在 1993 年，引入了一種新的方法，稱為無類別域間路由（Classless Inter-Domain Routing）簡稱 CIDR。
以前我們通過查看IP的前幾位來識(shí)別 IP 地址類別，知道該 IP 類別后，我們就直到了 IP 中的哪一部分用于網(wǎng)絡(luò)，哪一部分用于主機(jī)；但是現(xiàn)在，我們需要引入一種全新的概念——子網(wǎng)劃分。
子網(wǎng)掩碼同樣由 4 個(gè)八位位組組成，與 IP 地址如出一轍；如圖，255.255.0.0 就是 172.16.3.4 的子網(wǎng)掩碼。
子網(wǎng)掩碼的每一位都與 IP 地址對齊，例如 172 與第一個(gè) 255 對齊，16 與第二個(gè) 255 對齊，通過圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，子網(wǎng)掩碼設(shè)置為 255 的位，即為網(wǎng)絡(luò)地址，設(shè)置位 0 的位，即為主機(jī)地址。
此時(shí)，我相信很多讀者突然恍然大明白了，原來我們在自己電腦上設(shè)置IP地址信息時(shí)的子網(wǎng)掩碼是這個(gè)意思呀，有了這樣一個(gè)概念，我們就可以通過子網(wǎng)掩碼很快的得知 IP 地址屬于哪一類網(wǎng)絡(luò)。
若子網(wǎng)掩碼設(shè)置為 255.0.0.0 則為 A 類網(wǎng)絡(luò)；255.255.0.0 則為 B 類網(wǎng)絡(luò)；255.255.255.0 則為 C 類網(wǎng)絡(luò)，So Easy~
此時(shí)，大家可能會(huì)說，就這？我們的問題是IP地址不夠用的問題，你這不是說了個(gè)寂寞嗎？僅僅能分辨 IP 地址類別有個(gè)卵用？
別急，接下來，咱們就看一下 CIDR 的真正強(qiáng)大之處。
將大型網(wǎng)絡(luò)分解為小型網(wǎng)路的能力，我們稱之為子網(wǎng)劃分，假設(shè)你擁有一個(gè) 172.16.0.0 的網(wǎng)絡(luò)空間，子網(wǎng)掩碼為 255.255.0.0，這意味著我們可以在該網(wǎng)絡(luò)空間布置 6.5 萬臺(tái)主機(jī)，試問，有那個(gè)公司敢說自己的辦公室可以容得下這么多主機(jī)？即便有這么大的辦公室，也沒那么多員工啊？
假如我們只有幾間小辦公室，然后我們擁有 172.16.0.0 這個(gè)網(wǎng)絡(luò)空間，這意味著每個(gè)辦公室要?jiǎng)澐?65000 臺(tái)主機(jī)，如果用不完會(huì)對網(wǎng)絡(luò)地址造成極大浪費(fèi)!
所以，我們需要通過修改子網(wǎng)掩碼來打破現(xiàn)在的這種網(wǎng)絡(luò)劃分結(jié)構(gòu)，將原來的子網(wǎng)掩碼 255.255.0.0 修改為 255.255.255.0，如此一來，我們就擁有了 256 個(gè)不同的子網(wǎng)，每個(gè)子網(wǎng)可以劃分 256 臺(tái)主機(jī)。
這里我們需要強(qiáng)調(diào)一下，同一子網(wǎng)中的設(shè)備必須位于同一 IP 網(wǎng)段中，否則它們將無法進(jìn)行通信；若同一子網(wǎng)中的設(shè)備被路由器隔開，即便是同一 IP 網(wǎng)段，同樣無法進(jìn)行通信。
如果，我們擁有一個(gè) B 類地址，172.16.0.0，子網(wǎng)掩碼為 255.255.0.0，我們使用子網(wǎng)劃分將子網(wǎng)掩碼設(shè)置為 255.255.240.0，請問：
問：我們此時(shí)擁有多少個(gè)子網(wǎng)空間？
答：16 個(gè)，172.16.0.0 打開了八位位組的前 16 位，而【255.255.240.0】打開了八位位組的前 20 位，20-16=4 位，這是子網(wǎng)的另外 4 位，因此 2 的 4 次方=16，因此，我們此時(shí)擁有16個(gè)子網(wǎng)空間。分別為：
172.16.0.0
172.16.16.0
172.16.32.0
172.16.48.0
172.16.64.0
172.16.80.0
172.16.96.0
172.16.112.0
172.16.128.0
172.16.144.0
172.16.160.0
172.16.176.0
172.16.192.0
172.16.208.0
172.16.224.0
172.16.240.0
問：每個(gè)子網(wǎng)空間可以劃分多少 IP 地址？【例如：176.16.0.1 ~176.16.15.255】
答：每個(gè)子網(wǎng)有 16 * 256 = 4096 個(gè) IP 地址。
如果你能夠很快得出答案，祝賀你，你已經(jīng)掌握了子網(wǎng)劃分的技巧，并能夠清晰的了解每個(gè)部分的含義。為了方便我們快速得知子網(wǎng)劃分的個(gè)數(shù)，我們可以使用【CIDR記錄法】來進(jìn)行記錄。
這里，我們拿 192.16.1.0 / 24 來舉例，這個(gè) /24 的意思，就是打開 IP 八位位組的前 24 為，即1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000，其子網(wǎng)掩碼就是 255.255.255.0，因此 /24 = 255.255.255.0。
了解了 CIDR 記錄法，我們來看一個(gè)小練習(xí)，參考下圖
問：為什么網(wǎng)段 A 中的設(shè)備無法通過路由器與網(wǎng)段 B 進(jìn)行通信？
答：問題的重點(diǎn)在中間路由器所在的網(wǎng)段，通過 172.16.2.0/30 得知，八位位組的前30位都打開了，因此只留下 2 位允許劃分空間，根據(jù) 2 的 2 次方=4 可以確定該網(wǎng)段之劃分了 4 個(gè) IP 地址 172.16.2.0~172.16.2.3。右側(cè)的路由器 IP 為 172.16.2.20，很明顯不在正確范圍內(nèi)。
原文作者：Network Direction
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