网络基础之网络设备，IP和子网划分

2023-11-30

学习

认识网络设备

1. 常见的网络设备

集线器(HUB)
- 共享带宽的设备，采用广播的形式来传输信息，可以实现多台电脑同时使用一个进线接口来上网或组成局域网；
- HUB不管有多少端口，所有端口都共享一条带宽，同一时刻只能有两个端口传送数据，其它端口只能等待，传输效率低；如果是8口的HUB，那么每个端口得到的带宽就只有1/8的总带宽。
交换机
- 交换机的每一个端口所连接的网络都是独立的，也就是独享带宽；
- 并且能够进行地址学习（源端和目标端的MAC地址），维护一张MAC地址表；
- 隔离冲突域。因为每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时不影响其它端口工作。
路由器
- 一个作用是连接不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路（选路）；
- 选择通畅快捷的近路，能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率。

设备关系

总结：

单从组建局域网来说，交换机的速度最快，其次是路由器，最后是HUB。而价格是路由器最贵，然后是交换机和HUB；
集线器和交换机的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网；但是两者在性能上有区别：集线器采用的式共享带宽的工作方式，而交换机是独享带宽。这样在机器很多或数据量很大时，两者将会有比较明显的区别;
路由器的作用在于连接不同的网络并且找到网络中数据传输最合适的路径；
交换机与路由器的区别在于：
- 交换机属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址；
- 路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。

2. 常见的网络连接介质

双绞线
1. 双绞线俗称网线，每条双绞线通过两端安装的RJ-45连接器（俗称水晶头）将各种网络设备连接起来。多用于主机到集线器或交换机的连接。
2. 双绞线中两种标准：
- 568A标准：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，棕白-7，棕-8
- 568B标准：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8
- 直通线：双绞线两边是一样标准，如568B-568B（常用）
- 交叉线：双绞线两边标准不一样，如568A-568B
1. 网络设备连接
- 直通线：交换机到路由器、计算机到交换机、计算机到集线器等不同设备互联
- 交叉线：交换机到交换机、交换机到集线器、集线器到集线器、路由器到路由器、计算机到计算机、计算机到路由器等相同设备互联
光纤
与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。具有不受外界电磁场的影响，无限制的带宽等特点，可以实现每秒万兆位的数据传送，尺寸小、重量轻，数据可传送几百千米，价格昂贵。

IP地址基础知识

IP和MAC地址简介

以太网上的两台计算机之所以能够交换信息就是因为每个设备都有一块网卡，并且每块网卡拥有唯一的物理地址（称为MAC地址）和唯一的逻辑地址（称为IP地址）。
MAC地址是由生产厂商烧录好的，一般不能改动，并且全球唯一；IP地址需要绑定在网卡上，并且同一个IP地址不能绑定在多个网卡上。
MAC地址和IP地址的区别如下：

MAC地址和IP地址结构长度不一样。
- MAC地址是48位的十六进制数，IPv4地址是32位的二进制数，IPv6地址是128位，通常写成8组，每组为四个十六进制数的形式。
- 0 1 bit 1B=8bit 1KB=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB 1PB EB
- IPv4地址使用”点分十进制“法表示；IPv6地址使用”冒分十六进制“法表示
  
  IPv4地址：192.168.1.1 十进制数
  IPv6地址：FE80:0000:0000:0000:AAAA:0000:00C2:0002
  MAC地址：00-E1-8C-D8-EC-FE 十六进制
MAC地址和IP地址在OSI模型中寻址层不同
- IP地址应用于OSI第三层，即网络层
- MAC地址应用在OSI第二层，即数据链路层
MAC地址和IP地址分配方式不一样
- MAC地址分为前24位(称为组织唯一标志符,是由 1 的注册管理机构给厂商分配)和后24位(称为扩展标识符，由厂家自己分配)
- IP地址是由网络拓扑结构决定分配

IP地址介绍

为了便于根据IP地址寻找到该地址所代表的主机，这个32位的二进制数被分为2个部分：
192.168.10.1——>网络号+主机号
网络ID(网络号) 和主机ID(主机号)
网络号：区分网络是否在同一区域（网段），说明可以划分为几个网络或区域。
主机号：区分同一个网络中的主机，说明网络里有多少台主机。

说明：我们现在所说的互联网就是由两个或者两个以上的网络进行互联。

子网掩码介绍

每个IP地址都分割成网络号和主机号两部分，目的是便于IP地址的寻址操作；那么IP地址的网络号和主机号各是多少
位呢？如何确定？

子网掩码特点：

子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用；
子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分；用来判断两个IP是否在同一网络；
子网掩码是一个32位的二进制数，用”点分十进制”表示；其对应网络地址的所有位置都为1，对应于主机地址的所有位置都为0。

IP地址：192.168.1.254
子网掩码：255.255.255.0
十进制转换二进制：除2取余数，倒叙排列，不够用0补齐
二进制转换十进制： 11000000=192

192=11000000
168=10101000
1=00000001
254=11111110
255=11111111

IP地址分类

范围（公网地址）	分类	私有IP	网络类型	备注
0.0.0.0 ~ 127.255.255.255	A类	10.0.0.0~10.255.255.255	大规模
128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	B类	172.16.0.0~172.31.255.255	中等规模
192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	C类	192.168.0.0~192.168.255.255	小规模
224.0.0.0 ~ 239.255.255.255	D类			组播地址
240.0.0.0 ~ 247.255.255.255	E类			保留

1. A类IP地址由1字节的网络地址和3字节主机地址组成，网络地址的最高位必须是"0"(二进制);
2. 地址的表示范围为：0.0.0.0~127.255.255.255；默认子网掩码为：255.0.0.0或/8;
255.0.0.0=11111111.00000000.00000000.00000000
3. 网络号全为0表示保留不能用;
4. 网络号全为1的IP:127.x.x.x/8表示保留，用于本机回环测试用。
5. 主机号全为0代表本主机所在的网络地址;主机号全为1代表该网络上的所有主机.故不能分配。
113.0.0.0
113.255.255.255

综上所述:
1. A类地址可用的网络数为2^7-2=126个；
2. A类地址每个网络能容纳的主机数为2^24-2=16777214（上千万台）;
3. A类地址一般分配给规模比较大的网络使用。

1. B类IP地址由2个字节的网络地址和2个字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是"10"(二进制);
2. 地址范围是128.0.0.0到191.255.255.255；默认子网掩码为：255.255.0.0或/16;
3. 网络号全为0一般表示保留（老版教材），现在可以用;
4. 主机号全为0代表本主机所在的网络地址;主机号全为1代表该网络上的所有主机.故不能分配。

综上所述:
1. B类地址可用的网络数为2^14-1=16383个；
2. B类地址每个网络能容纳的主机数为2^16-2=65534（上万台）;
3. B类地址一般分配给中型的网络使用。

1. C类IP地址由3字节的网络地址和1字节的主机地址组成，网络地址的最高位必须是"110"(二进制);
2. 地址范围是192.0.0.0到223.255.255.255；默认子网掩码为：255.255.255.0或/24；
3. 网络号全为0表示一般保留（老版教材），现在可以用;
4. 主机号全为0代表本主机所在的网络地址;主机号全为1代表该网络上的所有主机.故不能分配。

综上所述:
1. C类地址可用的网络数为2^21-1=2097151个；
2. C类地址每个网络能容纳的主机数为2^8-2=254台;
3. C类地址一般分配给小型的网络使用。

113.0.0.0 A 255.0.0.0
113.1.1.254 A 255.0.0.0 广播：113.255.255.255

特殊IP说明

IP地址	说明	备注
0.0.0.0	表示整个网络	可表示本机源地址，也可表示某个特定主机
255.255.255.255	一个特殊的广播地址，意味着所有的主机络	x.255.255.255/x.x.255.255/x.x.x.255
127.x.x.x	回环测试地址，默认127.0.0.1	127.0.0.2 127.1.1.1都可以代表本机回环地址

子网划分

子网划分核心

“借用“主机位来”制造“新的网络。
IP地址=网络号+主机号(子网位+主机位)
IP地址=网络位+子网位+主机位

子网划分方法

IP=网络号+主机号
            |
        子网位(n)+主机位(m)

假设子网位为n;主机位为m;则子网数为2^n个，主机数为2^m-2个。
子网掩码都是由一串连续的0和连续的1组成。这里可以将n看做后面有多少个1，m看做后面有多少个0。
由于主机位全0表示本网络，全1留作广播地址，减掉2。

子网掩码：网络位为全为1，主机位全为0

举例说明

根据子网掩码判断主机数

子网掩码为255.255.255.0时，可以容纳多个台设备？

分析：
1. 子网掩码由连续的1和连续0组成；
2. 用于判断IP地址网络位+主机位
255.255.255.0
11111111.11111111.11111111.0000000
主机数：2^8-2

255.255.248.0这个子网掩码可以最多容纳多少台电脑？

1. 将子网掩码转成二进制数
11111111.11111111.11111000.00000000
1. 判断有多少个连续的0
主机数：2^11-2=2046

255.255.128.0
11111111.11111111.10000000.00000000
2^15-2

根据主机和子网判断子网掩码

有一个B类网络145.38.0.0需要划分为20个能容纳200台主机的子网网络，子网掩码设置多少合适？

2^n=子网数=20
2^m-2=主机数=200
子网掩码=n个连续的1和m个连续的0 11111111.11111111.11111000.00000000

分析：
1. B类网络 255.255.0.0 /16
2. 网络数大于等于20个子网；主机数大于等于200个主机
网络数：
11111111.11111111.11111000.00000000=255.255.248.0
2^n>=20 n=5,m=11
主机数：
11111111.11111111.11111111.00000000=255.255.255.0
2^m-2>=200 m=8,n=8

根据IP和子网掩码判断子网数

已知192.168.0.0/255.255.255.128网络，请问最多可以划分几个子网，每个子网范围分别是多少？

思路：
1.根据IP分类和子网掩码判断出向主机号借了几位（子网位）
2.根据所借的子网位数算出子网数和主机IP范围

步骤：
1. 子网掩码转成二进制
C类默认： 11111111.11111111.11111111.00000000
实际掩码：11111111.11111111.11111111.10000000
结果：对比判断，当前IP向主机位借了1位；当前IP最多可以划分2^1个子网

2.判断每个子网的IP范围
x=0
192.168.0.0-------
192.168.0.0~192.168.0.127
有效的IP范围：
192.168.0.1~192.168.0.126/255.255.255.128
广播地址：192.168.0.127
x=1
192.168.0.1-------
192.168.0.128~192.168.0.255
有效的IP范围：
192.168.0.128~192.168.0.254/25
广播地址：192.168.0.255