网络中的一些基本概念（一）

1. IP 地址

IP地址是网络中标识设备的唯一地址；

• IPV4：32位，常以点分十进制形式表示（192.168.1.10）。IPv4地址分为A、B、C三类，还有D类（多播地址）和E类（未来使用）。
  • A类：0.0.0.0~127.255.255.255，前8位为网络号，后24位为主机号。
  • B类：128.0.0.0~191.255.255.255，前16位为网络号，后16位为主机号。
  • C类：192.0.0.0~223.255.255.255，前24位为网络号，后8位为主机号。
• IPV6：128位，以8组四位十六进制数表示（如2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334）。IPv6解决了IPv4地址不足的问题，并提供了更大的地址空间。

IP地址包含网络段和主机段，以下为IPV4的网络分类；

# A类地址，默认子网掩码为255.0.0.0，127.0.0.1为特殊地址，表示主机本身，用于本地机器的测试
|0-------||--------|--------|--------|
网络号8位，主机号24位

# B类地址
|10------|--------||--------|--------|
网络号16位，主机号16位

# C类地址，192.0.0.0和223.255.255.0为保留IP
|110-----|--------|--------||--------|
网络号24位，主机号8位

# D类地址 多播地址，224.0.0.0 ~ 239.255.255.255用于多点广播，一次寻址一组网络设备
|1110----|--------|--------|--------|
# E类地址，255.255.255.255用于广播地址
|1111----|--------|--------|--------|

2. 子网掩码

子网掩码（Subnet Mask）用于区分IP地址中的网络部分和主机部分。它是一个32位的二进制数，通常以点分十进制形式表示。

• 作用：
  • 通过子网掩码，可以判断两个IP地址是否属于同一个子网。
  • 子网掩码中，网络部分为“1”，主机部分为“0”。例如，255.255.255.0表示前24位是网络号，后8位是主机号。
• 计算方法：
  • 假设IP地址为192.168.1.100，子网掩码为255.255.255.0。
  • 将IP地址和子网掩码分别转换为二进制：
    • IP地址：11000000.10101000.00000001.01100100
    • 子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000
  • 通过“与”运算，可以得到网络地址：192.168.1.0。

3. 广播地址

广播地址（Broadcast Address）是一个特殊的IP地址，用于向网络中所有主机发送数据包。对于一个IP子网来说，广播地址是该子网范围内所有主机的地址。例如，对于192.168.1.0/24子网，广播地址是192.168.1.255，它可以被用来将数据发送给子网中的所有设备。

广播地址是子网中所有主机位都为1的地址。计算广播地址，可以将网络地址的主机部分（子网掩码中为0的那部分）都设置为1。

4. 网关

网关（Gateway）是网络中不同子网或网络之间的通信接口。它通常是一个路由器或交换机，用于在不同网络之间转发数据。

• 作用：
  • 当设备需要访问其他子网或外部网络时，数据会先发送到网关，然后由网关转发到目标网络。
  • 例如，家庭网络中的路由器通常作为网关，连接家庭内部网络和外部互联网。
• 配置：
  • 在设备的网络设置中，需要配置网关地址。例如，家庭网络中网关地址通常是192.168.1.1或192.168.0.1。
  • **通常情况下，子网的网关地址被设置为该子网的第一个可用地址。这是一种常见的网络配置惯例，但并不是绝对的规则。**网关地址的选择可以根据实际需求和网络设计进行调整，只要它位于该子网的地址范围内即可。

# 假设有一个C类网络地址 192.168.1.0，需要划分为5个子网，每个子网有30台机器。怎么划分?
# 首先C类网络默认子网掩码是255.255.255.0，即/24。因此需要增加子网掩码的长度，来划分更多子网。
# 每个子网30台机器，由于2^5 -2 = 30 （减去网络地址 和 广播地址），因此每个子网至少需要5位来表示主机部分。
# 原始的C类地址有8位主机号，因此需要将其中3位用于子网划分，剩余5位用于主机号。
# 因此新的子网掩码长度为/27（即255.255.255.224）
# 因为 网络号新增了3位用于子网划分，实际上这种方案可以划分出8个子网，但我们只使用前5个；
# 255.255.255.224 中 224 -> 111 00000
# 000 00000 -> 0,    对应子网192.168.1.0，   广播地址：000 11111 -> 192.168.1.31
# 001 00000 -> 32,   对应子网192.168.1.32，  广播地址：001 11111 -> 192.168.1.63
# 010 00000 -> 64,   对应子网192.168.1.64，  广播地址：010 11111 -> 192.168.1.95
# 011 00000 -> 96,   对应子网192.168.1.96，  广播地址：011 11111 -> 192.168.1.127
# 100 00000 -> 128,  对应子网192.168.1.128， 广播地址：100 11111 -> 192.168.1.159
# 101 00000 -> 160,  对应子网192.168.1.160
# 110 00000 -> 192,  对应子网192.168.1.192
# 111 00000 -> 224,  对应子网192.168.1.224

# 子网1：
# 网关：    192.168.1.1
# 网络地址：192.168.1.0
# 可用地址：192.168.1.1 ~ 192.168.1.30
# 广播地址：192.168.1.31
# 
# 子网2：
# 网关：    192.168.1.33
# 网络地址：192.168.1.32
# 可用地址：192.168.1.33 ~ 192.168.1.62
# 广播地址：192.168.1.63
#
# 子网3：
# 网关：    192.168.1.65
# 网络地址：192.168.1.64
# 可用地址：192.168.1.65 ~ 192.168.1.94
# 广播地址：192.168.1.95
#
# 子网4：
# 网关：    192.168.1.97
# 网络地址：192.168.1.96
# 可用地址：192.168.1.97 ~ 192.168.1.126
# 广播地址：192.168.1.127
#
# 子网5：
# 网关：    192.168.1.129
# 网络地址：192.168.1.128
# 可用地址：192.168.1.129 ~ 192.168.1.158
# 广播地址：192.168.1.159
#

5. 网段

网段（Subnet）是指一个网络中具有相同网络号的IP地址范围。网段是基于IP地址和子网掩码划分的。IP地址由网络部分和主机部分组成，子网掩码用于区分这两部分。通过子网掩码，可以确定一个IP地址属于哪个网段。

• 划分网段的目的：
  • 提高网络管理效率。
  • 减少广播流量，提高网络性能。
  • 提高IP地址的利用率。
• 示例：
  • IP地址：192.168.1.100，子网掩码：255.255.255.0。
  • 网段范围：192.168.1.0~192.168.1.255。

如上面子网划分的示例，划分出了5个网段：192.168.1.1 ~ 192.168.1.30， 192.168.1.33 ~ 192.168.1.62， 192.168.1.65 ~ 192.168.1.94， 192.168.1.97 ~ 192.168.1.126， 192.168.1.129 ~ 192.168.1.158

6. DNS

DNS (Domain Name System) 域名系统，是互联网中用于将人类可读的域名（如 www.example.com）转换为机器可读的IP地址（如 192.0.2.1）的系统，以下是DNS的详细介绍：

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1. DNS的作用

• 域名解析：
  • 将域名转换为IP地址，使设备能够定位和访问目标服务器。
• 反向解析：
  • 将IP地址转换为域名，通常用于日志分析和安全验证。
• 负载均衡：
  • 通过返回多个IP地址，DNS可以将流量分散到多个服务器，实现负载均衡。
• 邮件路由：
  • DNS中的MX记录用于指定邮件服务器的地址，确保电子邮件能够正确传递。

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2. DNS的工作原理

DNS是一个分布式数据库系统，其工作过程如下：

（1）递归查询

• 当用户在浏览器中输入域名时，操作系统会向递归DNS服务器（通常由ISP提供）发起查询。
• 递归DNS服务器负责从根域名服务器开始，逐级查询，直到找到目标域名的IP地址。

（2）迭代查询

• 递归DNS服务器向各级域名服务器（根域名服务器、顶级域名服务器、权威域名服务器）发起查询，直到获得最终结果。

（3）缓存机制

• DNS服务器会缓存查询结果，以减少重复查询的开销并提高响应速度。

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3. 常见的公共DNS服务器

以下是一些常用的公共DNS服务器地址：

DNS服务提供商	首选DNS	备用DNS	特点
Google Public DNS	8.8.8.8	8.8.4.4	全球覆盖，速度快，稳定性高
Cloudflare DNS	1.1.1.1	1.0.0.1	隐私保护，响应速度快
114 DNS（中国电信）	114.114.114.114	114.114.115.115	国内节点，适合中国用户
OpenDNS	208.67.222.222	208.67.220.220	提供家长控制和安全过滤功能
AliDNS（阿里云）	223.5.5.5	223.6.6.6	国内节点，适合中国用户

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4. 选择DNS服务器的考虑因素

• 速度：选择离你地理位置较近的DNS服务器，以减少延迟。
• 隐私：某些DNS服务（如Cloudflare）承诺不记录用户查询日志。
• 安全性：一些DNS服务提供恶意网站过滤功能（如OpenDNS）。
• 国内访问：国内用户可以选择 114.114.114.114 或 223.5.5.5，以确保对国内域名的快速解析。

7. 总结

• IP地址：用于标识网络中的设备。
• 子网掩码：用于区分IP地址的网络部分和主机部分。
• 网段：由子网掩码划分的IP地址范围。
• 网关：不同网络之间的通信接口。
• 广播地址：用于向整个网段发送数据。

这些概念是网络通信的基础，理解它们有助于更好地管理网络和解决网络问题。