网络原理(6)——IP协议

目录

一、网段划分

现在的网络划分：

1、一般情况下的家庭网络环境

2、IP地址

3、子网掩码

4、网关

以前的网络划分：

二、特殊IP

1、环回 IP

2、主机号为全 0 的IP

3、广播地址IP

三、路由选择（路线规划）

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一、网段划分

现在的网络划分：

——通过子网掩码区分网络号和主机号

如图是Windows系统控制平台下网络IP的设置界面，下面也会介绍这些内容

1、一般情况下的家庭网络环境

下面介绍一下家庭网络的一般的部署情况：

        1、如果在一个局域网中，网络号和主机号都相同，就不能上网，因为每个主机都是单独的个体，如果两个主机的主机号都一样，则不能辨别这两个主机谁是谁，网络数据也自然不知道传给谁。

        2、如果是相邻的局域网，则他们的网络号不能相同，否则上不了网，这里的相邻是指上下相邻，如运营商的光猫下接我们的路由器，路由器下接我们的电脑设备，这里的路由器和电脑设备就是相邻的。如图：

        如图：在一个局域网内，网络号要一样，但主机号不能一样；而且相邻的局域网的网络号不能一样，如上图，你买的路由器的LAN口IP不能和光猫上的LAN口IP一样，也就是说，你的电脑上的IP不能和光猫上的LAN口IP一样，这就是相邻的意思。

        还有，在同一个局域网中，我们可以通过这局域网内的一个设备访问另一个设备，比如上图的设备A就能访问设备C。

        如果想要我们家电脑设备断网，防止熊孩子沉迷游戏，就可以把路由器上的LAN口IP和WAN口IP设置成一样，这样相邻的局域网的IP网络号一样，就不能上网了。

2、IP地址

        在局域网中，我们的设备的IP地址（IPv4）分成两部分：网络号 + 主机号，如图：

        网络号（同一个局域网内前半部分都是相同的）：192.168.83        主机号（同一个局域网内后半部分都是不同的）：63

        这里的网络号是路由器LAN口的IP，同一个局域网上的设备，网络号都是一样的，主机号就是区分同一局域网的不同设备，所有主机号要不一样。

        网络号要和路由器的LAN口IP一样，才能上网。

3、子网掩码

        我们怎么知道哪几位是网络号呢？就是看子网掩码，如图是子网掩码：

        前三部分都是255，二进制表示是8个1，如果写出二进制的话，前24位都是1，后8位都是0，这就说明：前三部分是网络号，最后一部分是主机号。

4、网关

        可以把网关理解成上网的关卡，这个关卡就是路由器，是局域网网络数据的进出口。所以网关写的就是路由器的LAN口IP。

        但是要设置这么多东西，我们连网就能上网，也没有配置这些东西啊，原因就是路由器帮我们自动配置了，如图：

        只要你一连上路由器，路由器的DHCP功能，就可以自动的帮你分配一个IP，这也意味着，每次重启路由器，可能会有不同的IP地址。

        如果要手动配置的话，要对网络环境很清楚，不然容易出问题，上不了网。

以前的网络划分：

        把时间往前推移个20~30年，当时的网络划分不是像现在这种，不过也是按网络号和主机号进行划分，如下图这种：

        这时上古时期的网段划分了，并没有子网掩码区分网络号和主机号；上面的这种网段划分也是因为浪费了太多IP地址，给放弃使用了，如A类，有24位的主机号，要知道，24是一个很大的数字：2^16 * 2^8 = 65535 * 2^8 = 65535 * 255 大于120万，而一个局域网内真的可能会有120万个设备吗，答案肯定是NO！这就导致，浪费了很多IP地址，而且在这个网络划分出来后，网络迅速发展，就连B类也很快就满了，后来就想出来现如今的网络划分，使用子网掩码的方式辨别网络号。

        其中我们如今的IP：192.168.0.1不是上面的C类，我们是用子网掩码可以设置网络号和主机号，完全可以把前两段设为网络号，后两位设为主机号，所以，上面这种IP不是以前的C类。

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二、特殊IP

——这里使用的是现如今子网掩码的网络划分

1、环回 IP

        环回IP（loopback）是127.0.0.1，表示自己本机。

        我们程序员写完代码，肯定是要对代码进行测试的，而测试就是要在本机上测试，所以就设置一个这样的IP供我们程序员使用。

        其实，换回IP不是就仅仅只有一个（127.0.0.1）。127.* ，以127开头的IP地址，都是环回IP

2、主机号为全 0 的IP

        IP地址的主机号为全0，例如：192.168.1.0，最后一部分是主机号，主机号为全0，表示 “这个网段”，这个IP比较特殊，不能分配给某个主机。

3、广播地址IP

        广播地址IP是主机号为全 1 的的IP，注意，这里不是10进制的全1，而是二进制的全1，例如：192.168.1.255，前三部分是网络号，后一部分是主机号，主机号的二进制是全1，8个1，也就是255。其中有以下几种情况：

单播：一对一

组播：一对多（多是有限制的，是整体的一部分）

广播：一对多（这里的多是整体全部，比组播的多还大）

        上面的广播：往广播的IP地址发送消息，局域网内的所有设备都能收到。（广播只能发UDP协议的消息，TCP的则不行）

广播的经典应用场景：手机投屏 / 电脑投屏，以下简单介绍投屏的流程：

        在家里的场景，家里的通信设备 / 电视.....都会连接你家的网，多个设备连同一个网，这也就是你家的局域网了；这时，我们想把手机的视频投屏到家里的电视中，就要点击手机的投屏功能。

        手机上点击完投屏后，你手机就会广播一个查询数据包，查询有多少个设备是连接了你家网的，这时候你家连网的设备就会给你返回响应，返回响应到你手机后，你手机就要判断哪些设备是支持投屏的，这时候选择可以投屏功能的设备（电视），就可以在电视上看你手机上的视频了。

        这个投屏播放视频，传输数据的过程是直接传输的，因为在同一个局域网中，里面的设备都是可以互相访问、通信的。

        学校中的机房，学生机和讲台上的机器，这种一般不是广播，而是：学生机是客户端，讲台上的机器是服务器，客户端从服务器中拉去画面（这里如果有办法关闭学生机中的客户端进程，你就可以自由控制电脑了）。

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三、路由选择（路线规划）

        因为网络结构太复杂，每个路由都无法掌握全局的信息，只能掌握一部分局部的信息（周围的），所以数据进行网络传输的路线不能一开始就规划好全局路线。

        当一个数据刚进行网络传输时，从此时的起始IP到目的IP，这个数据走的路线，并不能从全局的角度就给它规划好路线（像如今的地图功能），因为网络结构复杂，且网络环境难以预料，是一直在变化的，所以进行网络传输网络数据时，它只能走一步看一步，走到当前节点（路由），就看看周围的节点哪些适合这个数据传输，是从局部的角度，看离自己近的节点，选择下个合适的节点，传输给它。

        这里是探索式 / 启发式 / 渐进式的路线规划，类似以前没有手机地图的时候，去别的陌生地方要不停的向路人问路，因为这个路人如果是住在附近的人，就对这里不会陌生，附近的地方也大概率会知道；而路由就类似路人，它虽然不能知道网络全局的信息，但能知道相邻的路由（“附近的网络环境”）有一定了解，网络数据就可以根据这个路由来确认下一个的节点，应该是哪个。

        路由能够知道附近的路由设备的网络环境，是因为路由器内部有一个数据结构：路由表，大概结构如图：

       这里的数据拿着目的 IP，路由表这里就会告诉你，应该往哪走（对应的网络接口，这里的接口和物理上的接口不同）；但是这了数据有时候目的IP去找出口，可能查询不到结果（应该往哪走），这里就要靠这里特殊的表项，里面有default，表示默认的，虽然此时数据不知道怎么走，但是可以往一个大概方向走，特殊表项就是这种原理（像我从北京去广东，虽然不知道咋走吗，但主体方向是往南走，肯定不会错）。

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