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外观

MAC、IP、子网 ​

MAC地址 ​

每一个网卡都有一个 6 字节（48 bit）的 MAC 地址（Media Access Control Address）

  • 全球唯一，固化了网卡在 ROM 中，由 IEEE802 标准规定

  • 前 3 个字节：OUI（Organizationally Unique Identifier），组织唯一标识符

    由 IEEE 的注册管理机构分配给厂商

  • 后 3 个字节：网络接口标识符

    由厂商自行分配

OUI 查询

组织唯一标识符网络接口标识符
40-55-820A-8C-6D

表示格式 ​

  • Windows

    40-55-82-0A-8C-6D

  • Linux、Android、Mac、IOS

    40:55:82:0A:8C:6D

  • Packet Tracer

    4055.820A.8C6D

  • 当 48 位全为 1 时，代表广播地址

    FF-FF-FF-FF-FF-FF

地址操作与获取 ​

  • mac 地址查询：ipconfig /all

修改 MAC 地址：更改适配器选项-属性-配置-高级-网络地址

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当不知道对方主机的 MAC 地址时，可以通过发送 ARP 广播获取对方的 MAC 地址

  • 获取成功后，会缓存 IP 地址、MAC 地址的映射信息，俗称：ARP 缓存

  • 通过 ARP 广播获取 MAC 地址，属于动态（dynamic）缓存

    存储时间比较短（默认是 2 分钟），过期了就自动删除

ARP ​

相关命令

  • arp -a [主机地址]：查询ARP缓存
  • arp -d [主机地址]：删除ARP缓存
  • arp -s 主机地址 MAC地址：增加一条缓存信息（这是静态缓存，存储时间较久，不同系统的存储时间不同）

IP地址 ​

IP 地址（Internet Protocol Address）：互联网上的每一个主机都有一个 IP 地址

  • 最初是 IPv4 版本，32bit（4字节），2019 年 11 月 25 日，全球的 IP 地址已经用完
  • 后面推出了 IPv6 版本，128bit（16字节）

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IP 组成 ​

IP 地址由 2 部分组成：网络标识（网络 ID）、主机标识（主机 ID）

  • 通过子网掩码（subnet mask）可以得知网络 ID、主机 ID

主机所在的网段 = 子网掩码 & IP地址

计算机和其他计算机通信前，会先判断目标主机和自己是否在同一网段

  • 同一网段：不需要由路由器进行转发
  • 不同网段：交由路由器进行转发
bash
IP 地址：192.168.1.10
子网掩码：255.255.255.0
  
  1100 0000.1010 1000.0000 0001.0000 1010
& 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000
--------------------
  1100 0000.1010 1000.0000 0001.0000 0000
  192.168.1.0

该网段最多有 256 * 256 - 2 个 IP 地址

  • -2 是因为：全 0 代表网段，全 1 代表广播。网段和广播无法分配 IP 地址
  • 网段和广播无法分配 IP 地址

IP 地址分类 ​

  • A 类地址：默认子网掩码是 255.0.0.0

    全 0 不能用，127 作为保留网段。其中 127.0.0.1 是本机环回地址（Loopback），代表本机地址

    • 第 1 部分的取值范围是 1~126
    • 每个 A 类网络能容纳的最大主机数是：256 * 256 * 256 - 2 = 2^24 - 2 = 16777214

    image-20230612162614539

  • B 类地址：默认子网掩码是 255.255.0.0

    • 第 1 部分的取值范围是 128~191
    • 每个 B 类网络能容纳的最大主机数是：256 * 256 - 2 = 2^16 - 2 = 65534

    image-20230612162646317

  • C 类地址：默认子网掩码是 255.255.255.0

    • 第 1 部分的取值范围是 192~223
    • 每个 B 类网络能容纳的最大主机数是：256 - 2 = 2^8 - 2 = 254

    image-20230612162708576

  • D 类地址：以 1110 开头，多播地址

    • 第 1 部分取值范围是：224~239

  • E 类地址：以 1111 开头，保留今后使用

    • 第 1 部分取值范围是：240~255

只有 A/B/C 类地址才能分配给主机

  • 主机 ID 为全 0，表示主机所在的网段
  • 主机 ID 为全 1，表示主机所在的网段的全部主机（广播）

CIDR ​

CIDR（Classless Inter-Domain Routing）：无类别域间路由

  • 192.168.1.100/24，代表子网掩码有 24 个 1，也就是 255.255.255.0
  • 123.210.100.200/16，代表子网掩码有 16 个 1，也就是 255.255.0.0

网络和IP地址计算器

子网划分 ​

如果需要让 200 台主机在同一个网段内，可以分配一个 C 类网段，比如：192.168.1.0/24

  • 共 254 个可用 IP 地址：192.168.1.1 ~ 192.168.1.254
  • 多出 54 个空闲的 IP 地址，这种情况并不算浪费资源

如果需要让 500 台主机在同一个网段内，那就分配一个 B 类网段，比如：191.100.0.0/16

  • 共 65534 个可用 IP 地址：191.100.0.1 ~ 191.100.255.254
  • 多出 65034 个空闲的 IP 地址，这种情况属于极大的浪费资源

如何尽量避免浪费 IP 地址资源？

  • 合理进行子网划分

子网划分：借用主机位作子网位，划分出多个子网

  • 等长子网划分：将一个网段等分成多个子网，每个子网的可用IP 地址数量是一样的
  • 变长子网划分：每个子网的可用 IP 地址数量可以是不一样的

子网划分的步骤：

  • 确定子网的子网掩码长度
  • 确定子网中第 1 个，最后 1 个主机可用的 IP 地址

等长子网划分-C类 ​

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192.168.0.0/24 划分成两个子网后:

A子网:   192.168.0.0/25
子网掩码: 255.255.255.128
可用IP地址: 192.168.0.1 ~ 192.168.0.126 共 126 个

B子网:   192.168.0.128/25
子网掩码: 255.255.255.128
可用IP地址: 192.168.0.129 ~ 192.168.0.254 共 126 个

等分成 2 个子网：

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等分成 4 个子网：

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等分成 8 个子网：

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等长子网划分-A、B类 ​

A 类子网划分：

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B 类子网划分：

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变长子网划分 ​

如果一个子网地址的长度是原网段的 (1/2)^n 那么

  • 子网的子网掩码，就是在原网段的子网掩码基础上增加 n 个 1
  • 不等长的子网，它们的子网掩码也不同

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思考题 ​

双方子网掩码不同，计算对方所处网段

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计算机 0 想要发送数据包，先判断计算机 1 是否和自己处于同一个网段，计算网段的方法是：IP地址 & 子网掩码

  • 计算机 0 判断计算机 1 的网段为 192.168.10.10 & 255.255.255.0 = 192.168.10.0
  • 而计算机 0 判断自身所处网段为 192.168.0.10 & 255.255.255.0 = 192.168.0.0
  • 双方不处于同一网段，所以计算机 0 无法将数据包发给计算机 1

解决方案：利用路由器

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超网 ​

超网：跟子网反过来，它是将多个连续的网段合并成一个更大的网段

需求：原本有 200 台计算机使用 192.168.0.0/24 网段，现在希望增加 200 台设备到同一个网段

  • 200 台在 192.168.0.0/24 网段，200 台在 192.168.1.0/24 网段
  • 合并 192.168.0.0/24、192.168.1.0/24 为一个网段：192.168.0.0/23（子网掩码往左移动 1 位）

192.168.0.255/23 这个 IP 地址，可以分配给计算机使用吗？

  • 192.168.0.255/24 是广播，不能分配给计算机
  • 192.168.0.255/23 主机部分并不全为 1，可以分配给计算机使用

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合并4个网段 ​

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合并网段规律 ​

假设 n 是 2 的 k 次幂（k ≥ 1）

  • 如果第一个网段的网络号能被 n 整除，那么由它开始连续的 n 个网段，能通过左移 k 位子网掩码进行合并

比如：

  • 第一个网段的网络号以二进制 0 结尾，那么由它开始连续的 2 个网段，能通过左移 1 位子网掩码进行合并
  • 第一个网段的网络号以二进制 00 结尾，那么由它开始连续的 4 个网段，能通过左移 2 位子网掩码进行合并
  • 第一个网段的网络号以二进制 000 结尾，那么由它开始连续的 8 个网段，能通过左移 3 位子网掩码进行合并

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子网还是超网 ​

首先看该网段的类型，是 A 类网络、B 类网络、C 类网络？

  • A 类子网掩码的位数是 8（255.0.0.0）
  • B 类子网掩码的位数是 16（255.255.0.0）
  • C 类子网掩码的位数是 24（255.255.255.0）

如果该网段的子网掩码位数比默认子网掩码多，就是子网

如果该网段的子网掩码位数比默认子网掩码少，则是超网

例如：

  • 25.100.0.0/16
    • 根据 25 判断这个是个 A 类网络，默认子网掩码 8 位
    • 由于该网段子网掩码 16 位，比默认多，所以是子网
  • 200.100.0.0/16
    • 根据 200 判断这个是 C 类网络，默认子网掩码 24 位
    • 由于该网段子网掩码 16 位，比默认少，所以是超网

常备不懈，才能有备无患