计算机网络知识总结：有关IP地址、子网掩码、网络号、主机号、网络地址、主机地址以及ip段/数字的概念及笔试题
有关知识背景及概念
参考书籍：《图解TCP/IP》
1.IP地址（Internet Protocol Address）
IP地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址，属于网络层地址。IP地址是IP协议（在网络层）提供的一种统一的地址格式，它为互联网上的每一个网络和每一台主机分配一个逻辑地址，以此来屏蔽物理地址的差异
IP地址有IP协议而来，计算机系统要遵循IP协议，那么每一台计算机也有自己的IP地址，计算机系统的IP地址相当于我们人的“身份证号”，每个人的都不同，由于IP地址各不相同，才能保证了IP协议能让各个计算机之间能够正常通信
注：主机的定义是有IP地址但是不进行路由控制的设备，因此既有IP地址有具有路由控制能力的设备叫做路由器
IP地址的地址类型
- 先后分成了A,B,C,D，E五种类型
- 其中A,B,C类为常用地址类型,由InternetNIC在全球范围内统一分配
- D,E类型为特殊类型
网络地址与主机地址
- IP地址=网络地址+主机地址
1.网络地址： - 网络地址主要是取决于地址掩码
- 如果有一个在C段的192地址，那么它的网络地址就是192.168.1.0，那么地址掩码为255.255.255.0
- 如果地址掩码是255.255.0.0，那么网络地址就是192.168.0.0
2.主机地址 - 如果IP地址：192.168.1.137 ，掩码：255.255.255.224
- 则网络地址为：192.168.1.128
- 子网号：128
- 主机地址==IP地址
- 关于IP地址分配的注意事项：
在分配IP地址时关于主机标识有一点需要注意。即要用比特位标识主机地址时，不可以全部为0或1，因为全部为0在表示对应的网络地址或IP地址不可获知的情况下才使用。而全部为1主机地址同通常作为广播地址，因此这也就是C类地址每个网段最多只能有254(2^8-2=254)个主机地址的原因
2.子网与子网掩码
子网背景：
子网的引入，让IP地址有了两种识别码，一个是IP地址本身，另一个是表示网络部的子网掩码。
子网掩码：
子网掩码用二进制表示，是一个32位的数字，将IP地址网络标识部分全部为‘1’，主机标识部分全部为‘0’。
因此IP地址可也不再受限于自己的类别，而是可以用这样的子网掩码自由地定位自己的网络表示长度。
通过子网掩码，就可以判断两个IP在不在一个局域网内部。
子网掩码可以看出有多少位是网络号，有多少位是主机号。
子网掩码的表现形式：
计算过程：
3.网关
- 网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。
- 网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。
- 设置网关的必要：实现网络A与B之间的连接
- 假设有网络A和网络B，网络A的IP：168.10.1.1 ~ 254；网络B的IP：168.10.2.1 ~ 254，在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩码（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。要实现两个网络之间的通信，必须通过网关，当目的地址不在本地网络下，网络A就会将数据包发送给网络A的网关，在由网络A的网关发送给网络B的网关，网络B的网关会将数据包发送给网络B的某个主机。
- 网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址，具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器（实质上相当于一台路由器）、代理服务器（也相当于一台路由器）
4.默认网关和路由器的区别
- 网关是一个广泛的概念，不具体特指一类产品，只要连接两个不同的网络的设备都可以叫网关。
-默认网关：一个用于 TCP/IP 协议的配置项，是一个可直接到达的 IP 路由器的 IP 地址。配置默认网关可以在 IP 路由表中创建一个默认路径。 一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。现在主机使用的网关，一般指的是默认网关。 一台电脑的默认网关是不可以随随便便指定的，必须正确地指定，否则一台电脑就会将数据包发给不是网关的电脑，从而无法与其他网络的电脑通信。默认网关的设定有手动设置和自动设置两种方式。 - 路由器一般是特指能够实现路由寻找和转发的特定类产品，路由器很显然能够实现网关的功能。当然电信行业说的‘路由器’又和家用的‘路由器’两个概念，
- 默认网关事实上不是一个产品而是一个网络层的概念，PC本身不具备路由寻址能力，所以PC要把所有的IP包发送到一个默认的中转地址上面进行转发，也就是默认网关。这个网关可以在路由器上，可以在三层交换机上，可以在防火墙上，可以在服务器上，所以和物理的设备无关。
5.广播地址(Broadcast Address)
广播地址(Broadcast Address)是专门用于同时向网络中所有工作站进行发送的一个地址。
在使用TCP/IP 协议的网络中，主机标识段host ID 为全1 的IP 地址为广播地址，广播的分组传送给host ID段所涉及的所有计算机。例如，对于168.10.100.52的IP地址，其广播地址为168.10.100.63(主机标识段全为1，111111)，当发出一个目的地址为168.10.100.63 的分组（封包）时，它将被分发给该网段上的所有计算机
6.计算题：
1.根据子网掩码分割主机号和网络号
255.255.255.224
转二进制：
11111111 11111111 11111111 11100000
主机号：0的个数，所以主机号5位
网络号: 1的个数，所以网络号27位
2.根据IP地址和MASK计算网络地址&广播地址&主机数：
解题步骤：
将IP地址和子网掩码地址转化为二进制地址
网络地址=IP地址&子网掩码
广播地址=网络地址+为屏蔽的主机标识全为1
主机数量=2^二进制位数的主机-2 (**注：**减2是因为主机不包括网络地址和广播地址)
具体步骤如图例如主机号有5位，则主机数量有2^5-2=30当给定主机数，求需要的主机号时，需要将主机数量+3 ，因为还需要网关地址
例如：主机数有13个，则IP地址为:13+3=16
根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码
将主机数量+3计算子网需要的IP地址
通过计算后的IP地址确定主机号
子网掩码=254-主机号
**!!! 重点，**：计算IP地址时，一定要加上网关地址
如题：在某子网下一共有14台主机，求子网掩码：
- 主机号：14+3 =17 、
- 由于32>17>16,所以主机号有5位
- 则子网掩码的网络号有27位
- 子网掩码：255.255.255.224
将某网段划分成n个划分子网，求子网掩码？
子网划分的目的是为了缓解网络IP不够用
子网划分的实质就是将一部分的主机号转化为网络号
例题1： 200.200.200.0是一个C类地址。要求划分一个子网100主机，另外四个子网20主机
我们可以先把该网络划分成两个子网。一个给100主机的子网，一个给另外20主机的四子网。
解题步骤如下：
解题前提：了解网络地址的分类和默认掩码的格式
- 根据主机数确定主机号：子网内主机数=2的x次方-2（x是主机号的位数）
- 先划分100主机的子网，所以可以解出，x=7
- 主机号为7，C类中主机号有8位，因此，我们可以将主机号划分一位去网络号
- 子网掩码地址 ，MASK：255.255.255.10000000；
- 网络地址：200.200.200.0(1)0000000；由于100主机只划分一个子网，所以这个子网的IP可以有两种表示方式
- 划分完100主机后，需要对20主机的四个子网进行划分
- 我们可以根据第一个子网IP：200.200.200.10000000继续进行划分，也可以用另一个子网IP
- 根据上述公式：20=2^x-2,x=5时符合要求，因此主机号为5，当前主机号为7，因此剩余的主机号划分到网络号当中。
- 子网掩码地址，MASK：255.255.255.11100000
- 划分后的网络地址为：200.200.200.10000000 ~ 200.200.200.11100000
- 各个地址之间的关系：
主机号全0是网络地址；
网络地址+1是第1个主机地址；
主机号全1是广播地址；
广播地址-1是最后的主机地址
例题2.如果将网络IP段40.15.128.0/17划分成2个子网,则第一个子网IP段为40.15.128.0/18,则第二个子网为:
- 由题意可知，原IP地址有17位为网络号，划分后有18位为网络号，第一个子网为40.15.10000000.0/18，第二个子网就是改变地址的子网号，所以为40.15.11000000.0/18
- 就是40.15.192.0/18
例题3.来自牛客网的选择题
以下几条路由，10.1.193.0/24,10.1.194.0/24,10.1.196.0/24,10.1.198.0/24，如果进行路由汇聚，则能覆盖这几条路由地址的是（）
A. 10.1.192.0/22
B.10.1.200.0/22
C.10.1.192.0/21
D.10.1.224.0/20
- 这道题其实就是求解能让这些IP处在同一个网段里即可
- 因此可以将所有的IP地址二进制转换中的同为与操作
- 显然，将四个都进行与操作后，会形成255.255.240.0的子网掩码
- 也就是当网络号为21时，这几个地址将能被覆盖
- 因此忽略A，B答案，再看D答案，D答案的网络地址与题干路由地址不再一个网段中，因此只有C符合题意
对于这类题的统一做题步骤:
- 求出子网掩码
- 求出网络地址和主机地址
- 子网号由主机号前四位决定，主机号由IP地址后地位决定
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