【计算机网络】网络基础（二）

本章主要对TCP/IP模型的网络层的初阶内容进行概括性讲述。

1、IP地址

当我们在配置计算机的IP地址时，是否会遇到下面的情形：

这是由于IP地址配置不正确造成的。在网络通信中，IP地址用来识别终端主机及网元设备，为了保障互联网正常通信，必须确保入网设备的IP地址配置正确，否则无法发送/接收数据报文。

IP地址（IPv4）主要由32bit整数组成，由于二进制数不符合我们的日常生活习惯，我们采用点分十进制的方式将32位的IP地址以每组8bit，分成4组，并以"."分隔开，再转换成十进制，如192.168.1.1。此外，近年来随着5G的全球推广，入网的终端设备爆发式增加，原有的IPv4地址最大容量43亿台越来越不够使用。
$$2^{32}=4294967296$$
在windows命令终端中arp -a指令就能查询本网段连接的终端设备数量：

1.1 IP地址分类

IP地址分为五类，分别位A、B、C、D和E类。具体下图所示，32bit二进制数，转换成点分十进制数，192.168.1.1即 X.X.X.X 其中X占8bit，取值范围在 0~255：

A类地址，二进制最高位以“0”开始，第一个分隔点内的八位都是它的网络位，转十进制位0.0.0.0~127.0.0.0，这个网段容纳终端上限位2^24 =16777216 台。

B类地址，二进制最高的两位“10”开始，前两个分隔点内的十六位都是它的网络位，转十进制128.0.0.0~191.255.0.0，B类后的十六位是主机位。这个网段容纳上限是2^16 = 65534台。

C类地址，依然是在第一个间隔点内的最高位为“110”，前三个间隔点内的24位是它的网络位，转换十进制为192.168.0.0~223.255.255.0，C类后的八位是主机位。这个网段容纳上限是2^8=254台。

D类地址，第一个间隔内最高位“1110”，剩余都是它的网络位，转换十进制为224.0.0.0~239.255.255.255，D类没有主机位，常用于组播。

D类地址，剩下的转换成十进制的240~255为科研地址。

1.2 子网掩码

子网掩码可以灵活指定网络位的长度，其由连续的"1"，连续“0”组成；“1”对应的IP为网络位，“0”对应的IP为主机位；必须与IP地址结合使用。

子网掩码的作用：区分网络位、主机位；如下图所示：网络号192.168.21.0，主机号0.0.0.180：

网络位：规定了网络属于的范围；

主机位：该范围的某一台终端设备；

本网广播地址：网络号+主机号全为“1”， 192.168.21.255。

全网广播地址：255.255.255.255

总结：在有类网络A~C中，网络号越来越长，主机号越来越短；分的网络可以越来越细，每个网络支持的主机数量越来越少。

另外，分配地址是，主机位不能全为“0”或“1”，这是因为全“1”是本网络广播地址，全“0”一般表示对应得网络地址（网络号）或IP地址不可获知得情况下使用，详见下图得1、2、3：

上图中，本地网络号192.168.0.0/24，本网广播地址192.168.0.255。那么什么叫广播地址？

2、广播地址

广播地址在同一个网络段中，互相连接得主机之间发送数据报文，主机位IP地址全部设置为“1”。

广播地址分为：直接广播和本地广播：

直接广播：能够跨越不同网络的广播叫直接广播，如192.168.0.0/24终端向192.168.1.255/24终端发送数据包，三层路由设备接收后将该数据转发给192.168.1.0/24网段中的192.168.1.1~192.168.1.254的设备。

本地广播：在本网中的广播地址即本地广播，上图所示的192.168.0.255，该广播地址不被192.168.0.0/24网段以外的网络接收。

子网掩码有两种表示方式，依然上图为例，IP地址192.168.0.0，子网掩码255.255.255.0，这是一种表现形式，也可以写成192.168.0.0/24。

由于IPv4地址将要枯竭，人们对无类网络的呼声越来越高，目前主要有VLSM （可变长子网掩码）和CIDR（无域间路由）这部分会单独博客详细说明。

3、网络层通信

在eNSP中，搭建一个三台路由的设备，并构建13.1.1.0/24和12.1.1.0/24网段：

在择设备并启动

打开设备的终端能够查看各个设备的启动进程，红点变绿后表示设备启动完成：

接下来分别再三台设备的命令终端中配置端口的IP地址：

R1

<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname R1
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/0
[R1-GigabitEthernet0/0/0]ip add 13.1.1.1 24
[R1-GigabitEthernet0/0/0]
Dec  2 2022 22:06:35-08:00 R1 %%01IFNET/4/LINK_STATE(l)[2]:The line protocol IP 
on the interface GigabitEthernet0/0/0 has entered the UP state. 
[R1-GigabitEthernet0/0/0]q
[R1]interface GigabitEthernet 0/0/1
[R1-GigabitEthernet0/0/1]ip add 12.1.1.1 24
Dec  2 2022 22:07:09-08:00 R1 %%01IFNET/4/LINK_STATE(l)[3]:The line protocol IP 
on the interface GigabitEthernet0/0/1 has entered the UP state. 
[R1-GigabitEthernet0/0/1]q
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

R2

<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname R2
[R2]interface GigabitEthernet 0/0/0
[R2-GigabitEthernet0/0/0]ip add 12.1.1.2 24
Dec  2 2022 22:07:40-08:00 R2 %%01IFNET/4/LINK_STATE(l)[1]:The line protocol IP 
on the interface GigabitEthernet0/0/0 has entered the UP state. 
[R2-GigabitEthernet0/0/0]q
1
2
3
4
5
6
7
8

R3

<Huawei>system-view 
Enter system view, return user view with Ctrl+Z.
[Huawei]sysname R3
[R3]interface GigabitEthernet 0/0/0
[R3-GigabitEthernet0/0/0]ip add 13.1.1.3 24
Dec  2 2022 22:08:12-08:00 R3 %%01IFNET/4/LINK_STATE(l)[1]:The line protocol IP 
on the interface GigabitEthernet0/0/0 has entered the UP state. 
[R3-GigabitEthernet0/0/0]q
1
2
3
4
5
6
7
8

直接在设备中查看路由表：

接下来通过ping 13.1.1.3来达成R1路由器ping通R2路由器，检测R1与R2之间的网络链路的连通性是否正常，并通过Wireshark抓包查看详细转发情况：

上图可知，华为的路由器ping测试默认发送5个ICMP数据包:

具体的来自R1的数据包下图所示：

亦可以通过查看R3接口g0/0/0数据的收发情况，接收/发送数据的动态变化：

R3回ping发送的源网元设备：

查看R3中的路由表：

虽然概念简单，但一定要多动手实操，检验自己是否真正理解相关协议的旁枝7细节，不积跬步无以至千里，不积细流无以成江海，学习是日积月累的一个过程，不是一蹴而就的，加油IT打工人。