前端网络基础-网络层IP协议和路由协议

蔚落 2023-10-01 10:22 36阅读 0赞

上一节中，我们知道两台主机如果想要通信，则主机A必须要知道主机B的ip地址和mac地址，如果不知道，则主机A会广播一条arp协议请求给同一子网下的所有主机。

那么什么叫同一子网下呢？

我们知道主机A的ip地址是 192.168.0.118

主机B的ip地址是 192.168.0.101

那么它们属于同一子网吗？

首先我们需要知道IP地址的组成：

在类别上，ip地址分为 ipv4 和 ipv6 ，我们这里只讨论ipv4。

在形式上，ipv4地址分为四部分，各部分之间以点号分隔，

各部分本质上是8位二进制数，即ipv4整体是32位二进制数，加三个点来分隔

我们知道8位二进制数最大值位 1111 1111,对应十进制就是 2^8 - 1 = 255

所以用十进制表示ipv4地址范围的话：

0.0.0.0 到 255.255.255.255

我们将ipv4所有地址分为A,B,C,D,E类，分类标准是ipv4 32位二进制数 前四位必须以

A类地址：0开头，

> 起始地址 00000000.\*.\*.\* 对应十进制 0.\*.\*.\*
> 
> 末尾地址 01111111.\*.\*.\* 对应十进制 2^7 - 1 = 127 ， 即 127.\*.\*.\*

B类地址：10开头

> 起始地址 10000000.\*.\*.\* 对应十进制 128.\*.\*.\*
> 
> 末尾地址 10111111.\*.\*.\* 对应十进制 128 + 63 ， 即 191.\*.\*.\*

C类地址：110开头

> 起始地址 11000000.\*.\*.\* 对应十进制 192.\*.\*.\*
> 
> 末尾地址 11011111.\*.\*.\* 对应十进制 128+64+31 = 223 ， 即 223.\*.\*.\*

D类地址：1110开头

> 起始地址 11100000.\*.\*.\* 对应十进制 224.\*.\*.\*
> 
> 末尾地址 11101111.\*.\*.\* 对应十进制 128+64+32+15 = 239 ， 即 239.\*.\*.\*

E类地址：1111开头

> 起始地址 11110000.\*.\*.\* 对应十进制 240.\*.\*.\*
> 
> 末尾地址 11111111.\*.\*.\* 对应十进制 2^8 - 1 = 255 ， 即 255.\*.\*.\*

IP地址四部分可以继续分组，用来表示IP地址的网络号和主机号，那么如何划分呢？此时需要借助子网掩码。

什么是子网掩码？

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

总结一下子网掩码：

表现形式上：和IP地址类型，32位二进制数，以点号分隔为四部分，每部分占八位。

使用上： 不单独使用，必须配合IP地址使用

作用： 用于为IP地址划分子网

IP地址结合子网掩码如何来划分出子网？

将IP地址和子网掩码的二进制数进行按位与运算，得到的就是子网。

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

比如我的IP地址是 192.168.0.118 ，我的子网掩码是 255.255.255.0

由于255是8位全1，和任何二进制数按位与计算，得到的还是其本身，因为0和1按位与结果为0， 1和1按位与结果为1。

由于0是8位全0，和任何二进制数按位与计算，得到还是0，因为无论0还是1和 0按位与结果都是0

所以我的子网就是 192.168.0.0，而118就是我的主机号

那么划分子网有什么作用呢？

节省IP地址，一个IP地址可以划分为多个子网，每个子网可以有多台主机。

减少网络通信量。

同一子网下所有主机可以互相之间直接通信，不同子网下主机无法直接通信。

而IP协议的作用就是判断两个IP是否在同一子网下，依据的规则就是IP地址和子网掩码按位与结果是否相同。

那么不同子网下主机应该如何通信？

需要通过路由协议。

以及不同子网下主机间通信路径如何选择最短最优查找？

也是根据路由协议。

所以路由协议的作用就是 帮助子网A下主机a 找到 子网B下主机b，且可以实现最优路径查找。

而路由协议不是单个协议，而是一组协议，可以分为两类：静态路由协议 和 动态路由协议。

静态路由协议会手动将路由信息添加到路由表中

动态路由协议可以自动将路由信息添加到路由表中

静态路由协议指定的路由信息，也叫静态路由，最常见的静态路由就是默认网关。

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

路由表

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3][]

1.  先看第1行：目标ip如果没有记录在本路由表中，都通过接口192.168.0.118（本机），发往网关192.168.0.1（路由器）
2.  再看第5行：如果目标ip的前缀为192.168.\*.\*，都通过接口192.168.0.118（本机），直接访问。在链路上：表示目标ip和本机ip属于同一网段
3.  再看第6行：如果目标ip为192.168.0.118，都通过接口192.168.0.118（本机），直接访问。这条路由比上一条路由更详细，所以优先使用。自己访问自己当然和其他情况不一样，自己访问自己不会真的在网络上发信息，而是内部知己访问。
4.  再看第7行：ip末尾为255，这条路由为本地广播，即给192.168.0.\*的主机发送广播。
5.  再看第9行：组播。
6.  再看第11行：广播。当主机没有获得ip地址时，通过本条路由广播；当主机获得IP地址后通过第7行的本地广播路由发送广播。
7.  其他行：127...\* 和上面介绍同理，只不过是因为某些原因的方便单独保留了127ip段。

我们发现除了第一行的网关是192.168.0.1，其他行的网关都是“在链路上”，而192.168.0.1又是默认网关（路由器）

即表示访问如下IP都不需要经过路由器，而是直接访问

![watermark_type_d3F5LXplbmhlaQ_shadow_50_text_Q1NETiBA5LyP5Z-O5LmL5aSW_size_7_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

192.168.0.1 在本网络环境中其实就是 路由器设备，即当本主机访问非上面IP时，都需要路由器帮我们寻找路由。

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