IP地址,MAC地址,计算机连接方式

IP地址,MAC地址,计算机连接方式

计算机之间的通信基础

• 需要得知对方的 IP地址

• 最终是根据MAC地址(网卡地址),输送数据到网卡，被网卡接收

  • 如果网卡发现数据的目标MAC地址是自己，就会将数据传递给上一层进行处理
  • 如果网卡发现数据的目标MAC地址不是自己，就会将数据丢弃，不会传递给上一层

• 假设 计算机0 知道计算机1 的 IP地址，此时1 ping 2，步骤如下 :

  • 0 发送 ARP 广播，此广播是为了获取到 2 的MAC地址

    • 0 发送 Broadcast 广播

    

    • 1 接收到广播，发现 0 的目标IP地址是自己，此时 1 将 自己的MAC地址通过 ARP协议回传

    

    • 0 接收到 1 的MAC 地址，可以通过ICMP协议发送数据包

    

  • 然后通过 ICMP 协议发送数据.

计算机之间的连接方式

• 网线直连

  • 需要用交叉线 (不是直通线)

• 同轴电缆

  • 半双工通信
  • 容易冲突
  • 不安全
  • 中间如果断了，所有都瘫了

• 集线器(Hub)

  • 半双工通信
  • 容易冲突
  • 不安全
  • 跟同轴电缆一样，没有智商
  • 对比同轴电缆的好处：
    • 中间一台机器断了，对其他机器通信没有影响

• 网桥(Bridge)

  • 能够通过自学习得知每个接口那侧的MAC地址
    • 从而得到隔绝冲突域的作用

• 交换机(Switch)

  • 相当于多个接口的网桥, 集线器和网桥结合.
  • 全双工通信
  • 比集线器安全
  • 是局域网的最终方案
  • 但是如果跨网段，需要使用路由器Router

• 路由器(Router)

  • 网线直连，同轴电缆，集线器，网桥，交换机
    • 连接的设备必须在同一网段
    • 连接的设备必须处于同一广播域
  • 路由器
    • 可以在不同网段之间转发数据
    • 隔绝广播域
  • 主机发送数据之前，首先会判断目标主机的IP地址跟他是否在同一个网段
    • 同一个网段
      • 通过交换机，集线器等 发送ARP广播
    • 不在同一个网段
      • 通过路由器转发数据

网关

• 跨网段发送数据，需要用网关，一个网关连接一个网段

MAC地址

• 每个网卡都有一个6字节(48bit) 的 MAC 地址(Media Access Control Address)
• 全球唯一，固化在网卡的ROM中，由IEEE802标准规定
  • 前3个字节： OUI (Orgnizationally Unnique 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

MAC地址的表示格式

• Windows
  • 50-55-82-0A-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

MAC地址的获取

• 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广播获取的MAC地址，属于动态缓存
    • 存储时间比较短(默认是2分钟)，过期自动删除

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地址, 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)

IP地址的组成

• IP地址由两部分组成 : 网路标识(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 : 不需要由路由器转发
  • 不同网段 : 交由路由器进行转发

IP地址的分类

• A类地址 : 默认子网掩码是 255.0.0.0
  • 8bit 网络ID 0开头
  • 24bit 主机ID
• B类地址 : 默认子网掩码是 255.255.0.0
  • 16bit 网络ID 10开头
  • 16bit 主机ID
• C类地址 ：默认子网掩码是 255.255.255.0
  • 24bit 网络ID 110开头
  • 8bbit 主机ID
• D类地址 ： 以1110开头，多播地址
• E类地址 ： 以1111开头，保留为今后使用
• 只有A/B/C类地址才能分配给主机
  • 主机ID为全0，表示主机所在网段
  • 主机ID为全1，表示主机所有网段的全部主机(广播)

子网掩码的CIDR表示方法

• CIDR(Classless Inter-Domain Routing) : 无类别域间路由。
• 子网掩码的CIDR表示方法
  • 123.168.1.100/24 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

为什么要进行子网划分？

• 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，这种情况并不算浪分
• 如果需要500台主机在同一个网段内，那就分配一个B类网段，比如 192.100.0.0/16
  • 共65534 个 可用的IP地址：191.100.0.1 ~ 191.100.255.254
  • 多出 650034 个空闲的IP地址，这种情况属于极大的资源浪费

子网划分

• 借用主机位作为子网位，划分出多个子网
• 可以分为
  • 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
  • 变长子网话费 ： 每个子网的可用IP地址数量可以是不一样的

题目

这两个机器可以正常通信吗？

• 根据IP地址 和 子网掩码计算 网段
  • 192.168.0.10/24 –> 192.168.0.0
  • 192.168.10.10/16 –> 192.168.0.0
• 计算出网段，两台机器是一样的，所以理论上应该是可以通信的
• 但是通过Packet Tracer测试后，发现不通

为什么不通呢？

• 因为计算机0 在给 计算机1 发消息时, 只知道 1 的IP，不知道 1 的 子网掩码
  • 所以计算机0 在判断 1是否跟自己在同一网段时，是用 1 的IP地址，和自己的子网掩码计算网段
  • 所以计算机0计算出的 1 的网段：
    • 192.168.10.10/24 –> 192.168.10.0
  • 跟0 不在同一网段
  • 不在同一网段，没有路由器不能通信

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

思考

• 192.168.0.255/23这个 IP地址，可以分配给计算机使用吗？
• 回答这个问题之前，先看另一个问题，192.168.0.255/24可以分配个计算机使用吗？
  • 不可以，全1的地址为广播地址
• 192.168.0.255/23可以分配给计算机使用，因为主机位不是全为1，后边8位为1，前边有一位0.
• 192.168.1.255/23 可以分配给计算机使用吗？
  • 不可以，因为后边主机位都为1(后边9位)， 为广播地址

判断一个网段是子网还是超网

• 一
  • 看看该网段的类型，是A类网络，B类网络，C类网络？
  • 默认情况下A类子网掩码的位数是8，B类子网的掩码的位数是16，C类子网的掩码的位数是24
• 二
  • 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，就是超网
• 例
  • 25.100.00.0/16 就是一个A类子网
  • 200.100.0.0/16 就是一个C类超网

路由

• 在不同网段之间转发数据，需要有路由器的支持
• 默认情况下，路由器只知道跟它直连的网段，非直连的网段需要通过静态路由，动态路由告诉它
  • 静态路由
    • 管理员手动添加路由信息
    • 适用于小规模网络
  • 动态路由
    • 路由器通过路由选择协议（RIP，OSPF）自动获取路由信息
    • 适用于大规模网路

练习

两路由器，四台机器之间通信

四路由四主机通信