TCPIP基础.docx

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TCPIP基础

网络基础（TCP/IP篇）

1.IP地址与MAC地址的区别

IP地址是指Internet协议使用的地址，而MAC地址是Ethernet协议使用的地址。

IP地址与MAC地址之间并没有什么必然的联系，MAC地址是Ethernet网卡上带的地址，长度为48位。

每个Ethernet网卡生产厂家必须向IEEE组织申请一组MAC地址，在生产网卡时在网卡的串行EEPROM中写入一个唯一的MAC地址。

任何两个Ethernet网卡的MAC地址，不管是哪一个厂家生产的都不应相同。

Ethernet芯片厂家不必负责MAC地址的申请，MAC地址存在于每一个Ethernet包中，是Ethernet包头的组成部分，Ethernet交换机根据Ethernet包头中的MAC源地址和MAC目的地址实现包的交换和传递。

IP地址是Internet协议地址，每个Internet包必须带有IP地址，每个Internet服务提供商（ISP）必须向有关组织申请一组IP地址，然后一般是动态分配给其用户。

IP地址现是32位长，正在扩充到128位。

IP地址与MAC地址无关，因为Ethernet的用户，仍然可通过Modem连接Internet，取得一个动态的IP地址，这个地址每次可以不一致。

IP地址通常工作于广域网，路由器处理的就是IP地址。

MAC地址工作于局域网，局域网之间的互连一般通过现有的公用网或专用线路，需要进行网间协议转换。

可以在Ethernet上传送IP信息，此时IP地址只是Ethernet信息包数据域的一部分，Ethernet交换机或处理器看不见IP地址，只是将其作为普通数据处理。

2.IP地址与子网掩码

IP地址与网络分类

（1）IP地址

不同的物理网络技术有不同的编址方式；不同物理网络中的主机，有不同的物理网络地址。

网间网技术是将不同物理网络技术统一起来的高层软件技术。

网间网技术采用一种全局通用的地址格式，为全网的每一网络和每一主机都分配一个网间网地址，以此屏蔽物理网络地址的差异。

IP协议提供一种全网间网通用的地址格式，并在统一管理下进行地址分配，保证一个地址对应一台网间网主机（包括网关），这样物理地址的差异被IP层所屏蔽。

IP层所用到的地址叫做网间网地址，又叫IP地址。

它由网络号和主机号两部分组成，统一网络内的所有主机使用相同的网络号，主机号是唯一的。

IP地址是一个32为的二进制数，分成4个字段，每个字段8位。

（2）三类主要的网络地址

　　我们知道，从LAN到WAN，不同种类网络规模相差很大，必须区别对待。

因此按网络规模大小，将网络地址分为主要的五类，如下：

IP地址有5类，A类到E类，各用在不同类型的网络中。

地址分类反映了网络的大小以及数据包是单播还是组播的。

A类到C类地址用于单点编址方法，但每一类代表着不同的网络大小。

A类地址（1.0.0.0-126.255.255.255）用于最大型的网络，该网络的节点数可达16,777,216个。

B类地址（128.0.0.0-191.255.255.255）用于中型网络，节点数可达65,536个。

C类地址（192.0.0.0-223.255.255.255）用于256个节点以下的小型网络的单点网络通信。

D类地址并不反映网络的大小，只是用于组播，用来指定所分配的接收组播的节点组，这个节点组由组播订阅成员组成。

D类地址的范围为224.0.0.0-239.255.255.255。

E类（240.0.0.0-255.255.255.254）地址用于试验。

按照目前使用的IPv4的规定，对IP地址强行定义了一些保留地址，即：

“网络地址”和“广播地址”。

所谓“网络地址”就是指“主机号”全为“0”的IP地址，如：

125.0.0.0（A类地址）；而“广播地址”就是指“主机号”全为“255”时的IP地址，如：

125.255.255.255（A类地址）。

而子网掩码，则是用来标识两个IP地址是否同属于一个子网。

它也是一组32位长的二进制数值，其每一位上的数值代表不同含义：

为“1”则代表该位是网络位；若为“0”则代表该位是主机位。

和IP地址一样，人们同样使用“点式十进制”来表示子网掩码，如：

255.255.0.0。

如果两个IP地址分别与同一个子网掩码进行按位“与”计算后得到相同的结果，即表明这两个IP地址处于同一个子网中。

也就是说，使用这两个IP地址的两台计算机就像同一单位中的不同部门，虽然它们的作用、功能、乃至地理位置都可能不尽相同，但是它们都处于同一个网络中。

子网掩码计算方法自从各种类型的网络投入各种应用以来,网络就以不可思议的速度进行大规模的扩张，目前正在使用的IPv4也逐渐暴露出了它的弊端，即：

网络号占位太多，而主机号位太少。

目前最常用的一种解决办法是对一个较高类别的IP地址进行细划，划分成多个子网，然后再将不同的子网提供给不同规模大小的用户群使用。

使用这种方法时，为了能有效地提高IP地址的利用率，主要是通过对IP地址中的“主机号”的高位部分取出作为子网号，从通常的“网络号”界限中扩展或压缩子网掩码，用来创建一定数目的某类IP地址的子网。

当然，创建的子网数越多，在每个子网上的可用主机地址的数目也就会相应减少。

要计算某一个IP地址的子网掩码，可以分以下两种情况来分别考虑。

第一种情况：

无须划分成子网的IP地址。

一般来说，此时计算该IP地址的子网掩码非常地简单，可按照其定义就可写出。

例如：

某个IP地址为12.26.43.0，无须再分割子网，按照定义我们可以知道它是一个A类地址，其子网掩码应该是255.0.0.0；若此IP地址是一个B类地址，则其子网掩码应该为255.255.0.0；如果它是C类地址，则其子网掩码为255.255.255.0。

其它类推。

第二种情况：

要划分成子网的IP地址。

在这种情况下，如何方便快捷地对于一个IP地址进行划分，准确地计算每个子网的掩码，方法的选择很重要。

下面我介绍两种比较便捷的方法：

当然，在求子网掩码之前必须先清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。

方法一：

利用子网数来计算。

1.首先，将子网数目从十进制数转化为二进制数；2.接着，统计由“1”得到的二进制数的位数，设为N；3.最后，先求出此IP地址对应的地址类别的子网掩码。

再将求出的子网掩码的主机地址部分（也就是“主机号”）的前N位全部置1，这样即可得出该IP地址划分子网的子网掩码。

例如：

需将B类IP地址167.194.0.0划分成28个子网：

1）（28）10=（11100）2；2）此二进制的位数是5，则N=5；3）此IP地址为B类地址，而B类地址的子网掩码是255.255.0.0，且B类地址的主机地址是后2位（即0-255.1-254）。

于是将子网掩码255.255.0.0中的主机地址前5位全部置1，就可得到255.255.248.0，而这组数值就是划分成28个子网的B类IP地址167.194.0.0的子网掩码。

方法二：

利用主机数来计算。

1．首先，将主机数目从十进制数转化为二进制数；2．接着，如果主机数小于或等于254（注意：

应去掉保留的两个IP地址），则统计由“1”中得到的二进制数的位数，设为N；如果主机数大于254，则N>8，也就是说主机地址将超过8位；3．最后，使用255.255.255.255将此类IP地址的主机地址位数全部置为1，然后按照“从后向前”的顺序将N位全部置为0，所得到的数值即为所求的子网掩码值。

例如：

需将B类IP地址167.194.0.0划分成若干个子网，每个子网内有主机500台：

1）（500）10=（111110100）2；2）此二进制的位数是9，则N=9；3）将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1，得到255.255.255.255。

然后再从后向前将后9位置0，可得：

11111111.11111111.11111110.00000000即255.255.254.0。

这组数值就是划分成主机为500台的B类IP地址167.194.0.0的子网掩码。

（3）TCP/IP规定网络地址

　　除了一般地标识一台主机外，还有几种具有特殊意义的特殊形式。

　　*广播地址

　　TCP/IP规定，主机号全为“1”的网络地址用于广播之用，叫做广播地址。

所谓广播，指同时向网上所有主机发送报文。

　　*有限广播

　　前面提到的广播地址包含一个有效的网络号和主机号，技术上称为直接广播（directedboradcasting）地址。

在网间网上的任何一点均可向其他任何网络进行直接广播，但直接广播有一个缺点，就是要知道信宿网络的网络号。

有时需要在本网络内部广播，但又不知道本网络网络号。

TCP/IP规定，32比特全为“1”的网间网地址用于本网广播，该地址叫做有限广播地址（limitedbroadcastaddress）。

*“0”地址

　　TCP/IP协议规定，各位全为“0”的网络号被解释成“本”网络。

*回送地址

　　A类网络地址127是一个保留地址，用于网络软件测试以及本地机进程间通信，叫做回送地址（loopbackaddress）。

无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回之，不进行任何网络传输。

TCP/IP协议规定，一、含网络号127的分组不能出现在任何网络上；二、主机和网关不能为该地址广播任何寻径信息。

由以上规定可以看出，主机号全“0”全“1”的地址在TCP/IP协议中有特殊含义，不能用作一台主机的有效地址。

二、子网掩码

（1）子网TCP/IP网间网技术产生于大型主流机环境中，它能发展到今天的规模是当初的设计者们始料未及的。

网间网规模的迅速扩展对IP地址模式的威胁并不是它不能保证主机地址的唯一性，而是会带来两方面的负担：

第一，巨大的网络地址管理开销；第二，网关寻径急剧膨胀。

其中第二点尤为突出，寻径表的膨胀不仅会降低网关寻径效率（甚至可能使寻径表溢出，从而造成寻径故障），更重要的是将增加内外部路径刷新时的开销，从而加重网络负担。

因此，迫切需要寻求新的技术，以应付网间网规模增长带来的问题。

仔细分析发现，网间网规模的增长在内部主要表现为网络地址的增减，因此解决问题的思路集中在：

如何减少网络地址。

于是IP网络地址的多重复用技术应运而生。

通过复用技术，使若干物理网络共享同一IP网络地址，无疑将减少网络地址数。

子网编址（subnetaddressing）技术，又叫子网寻径（subnetrouting），英文简称subnetting，是最广泛使用的IP网络地址复用方式，目前已经标准化，并成为IP地址模式的一部分。

一般的，32位的IP地址分为两部分，即网络号和主机号，我们分别把他们叫做IP地址的“网间网部分”和“本地部分”。

子网编址技术将本地部分进一步划分为“物理网络”部分和“主机”部分，如图：

网间网部分物理网络主机

　　|←网间网部分→|←────本地部分─────→|

其中“物理网络”用于标识同一IP网络地址下的不同物理网络，既是“子网”。

（2）子网掩码IP协议标准规定：

每一个使用子网的网点都选择一个32位的位模式，若位模式中的某位置1，则对应IP地址中的某位为网络地址（包括网间网部分和物理网络号）中的一位；若位模式中的某位置0，则对应IP地址中的某位为主机地址中的一位。

例如位模式：

11111111111111111111111100000000中，前三个字节全1，代表对应IP地址中最高的三个字节为网络地址；后一个字节全0，代表对应IP地址中最后的一个字节为主机地址。

这种位模式叫做子网模（subnetmask）或“子网掩码”。

为了使用的方便，常常使用“点分整数表示法”来表示一个IP地址和子网掩码，例如B类地址子网掩码（11111111111111111111111100000000）为：

　　255.255.25.0IP协议关于子网掩码的定义提供一种有趣的灵活性，允许子网掩码中的“0”和“1”位不连续。

但是，这样的子网掩码给分配主机地址和理解寻径表都带来一定困难，并且，极少的路由器支持在子网中使用低序或无序的位，因此在实际应用中通常各网点采用连续方式的子网掩码。

像255.255.255.64和255.255.255.160等一类的子网掩码不推荐使用。

（3）子网掩码与IP地址子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。

例如：

有一个C类地址为：

　　192．9．200．13其缺省的子网掩码为：

255．255．255．0则它的网络号和主机号可按如下方法得到：

①将IP地址192．9．200．13转换为二进制11000000000010011100100000001101

②将子网掩码255．255．255．0转换为二进制11111111111111111111111100000000

③将两个二进制数逻辑与（AND）运算后得出的结果即为网络部分11000000000010011100100000001101AND1111111111111111111111110000000011000000000010011100100000000000结果为192.9.200.0，即网络号为192.9.200.0。

④将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果即为主机部分11000000000010011100100000001101AND0000000000000000000000001111111100000000000000000000000000001101结果为0.0.0.13，即主机号为13。

（4）子网掩码与IP地址子网掩码与IP地址结合使用，可以区分出一个网络地址的网络号和主机号。

例如：

有一个C类地址为：

192．9．200．13其缺省的子网掩码为：

255．255．255．0则它的网络号和主机号可按如下方法得到：

①将IP地址192．9．200．13转换为二进制11000000000010011100100000001101

②将子网掩码255．255．255．0转换为二进制11111111111111111111111100000000

③将两个二进制数逻辑与（AND）运算后得出的结果即为网络部分11000000000010011100100000001101AND1111111111111111111111110000000011000000000010011100100000000000结果为192.9.200.0，即网络号为192．9．200．0。

④将子网掩码取反再与IP地址逻辑与（AND）后得到的结果即为主机部分11000000000010011100100000001101AND0000000000000000000000001111111100000000000000000000000000001101结果为0.0.0.13，即主机号为13。