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计算机网络基础知识（二）—— 什么是Ip地址、Mac地址、网关、子网掩码、DNS

article 2024/11/15 12:20:40

文章目录

01 | Ip地址
02 | Mac地址
03 | 网关
04 | 子网掩码
05 | DNS
06 | 总结

初次接触网络时，只知道电脑连接网线，就可以打开4399玩小游戏，可以登录QQ和朋友聊天；
再次接触网络时，知道了怎么查看自己电脑的网络情况（Windows终端下敲入ipconfig），但是对于其中的一串串数字完全一头雾水，现在来看下这些数字都代表着什么意思吧🤓

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01 | Ip地址

$\color{pink}{IP 地址是网络通信中至关重要的基础性概念，是设备进行互联网通信的必要前提。}$

当我们使用计算机或者其他网络设备进行互联网通信时，每一个设备都需要一个唯一的标识符来进行通信。这个标识符被称为 IP 地址。IP（Internet Protocol）地址是一个由32位二进制表示的数字，通常被分为四个数字组成的点分十进制的形式表示，例如：192.168.1.1。

组成

IP 地址是由两个部分组成的：网络号和主机号。网络号用于标识主机所在的网络，而主机号则是在这个网络中唯一标识一个主机。
分类

IP地址根据其所占的网络位和主机位的数目，可以分为五类，分别是A、B、C、D、E类。

其中，A、B、C类的IP地址用于一般的TCP/IP通信，D类和E类的IP地址则有特殊用途，其中D类地址用于组播通信，而E类地址是保留地址，目前未被使用。

下面是每个IP地址类的范围：
- A类地址：一个A类地址由1个网络位和3个主机位组成，全球共有126个A类地址，范围在1.0.0.0~126.0.0.0之间；
- B类地址：一个B类地址由2个网络位和2个主机位组成，全球共有16,384个B类地址，范围在128.0.0.0~191.255.0.0之间；
- C类地址：一个C类地址由3个网络位和1个主机位组成，全球共有2,097,152个C类地址，范围在192.0.0.0~223.255.255.0之间；
- D类地址：D类地址的第一位为“1110”，全球共有224~239的IP地址段分配给广泛的组播使用；
- E类地址：E类地址的第一位为“1111”，全球共有240~255的IP地址段被保留，用于研究和特殊用途。
需要注意的是，在实际使用中，由于IP地址的分配方式不同，每类IP地址所能用于的主机数量也不尽相同，具体情况需要通过网络计算来确定。
公网IP && 私网IP

IP 地址可以分为公网 IP 地址和私网 IP 地址。公网 IP 地址是一个全球唯一的地址，用于标识一个设备在公共互联网上的位置，例如：用于访问网络资源或访问互联网；私网 IP 地址则用于内部网络间的通信，主要使用在企业内部局域网中。

简单来说：IP地址就好比自己家在地图上的位置

02 | Mac地址

$\color{pink}{当你在连接网络的时候，计算机需要一种方法来唯一地标识自己}$ 。这就是MAC（Media Access Control）地址的作用。MAC地址是一种硬件地址，是由网络适配器制造商预先设定的，用于在计算机网络中识别物理设备。

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MAC地址的格式一般以十六进制数的形式表示，由6组2位16进制数构成，中间以冒号隔开，例如：00:0c:29:28:fd:b1。前三组数是厂商识别码，后三组数是设备序号。其中，第一组数最高位为0或1，0表示使用“统配地址”（broadcast），1则表示使用“单一地址”（unicast），如果是单一地址，则第二位必须为0。剩下的四个字节中，前三个字节是厂商编号，后三个字节是该厂商的网卡流水号，厂商编号是由IEEE分配给厂商的，具有唯一性。

了解MAC地址对于网络调试和安全性非常重要。在网络调试中，我们可以通过查看网络数据流中的源MAC或目的MAC地址来确定通讯设备的唯一标识，有助于排查网络问题。而在网络安全中，我们可以通过MAC地址来限制网络设备的访问权限，避免未经授权的设备访问网络。

03 | 网关

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$\color{pink}{网关地址是指在一台计算机或网络中，充当连接两个不同网络的桥梁的设备的 IP 地址}$ 。简单来说，网关就是连接两个不同子网的设备或者软件，实现数据传输的桥梁。网关可以是路由器、交换机、防火墙等设备，也可以是运行有特定网络服务的主机或服务器。

当一台计算机需要连接到网络的其他子网时，它需要通过网关才能访问这些子网。换句话说，网关地址就是目标网络的默认出口地址，将数据包从本地网络发送到目标网络。例如，当你连接到一个无线路由器时，这个无线路由器就是你计算机的网关。

举个具体的例子。假设你的家庭网络是一个局域网，包括多台计算机和多个智能设备。你想连接到因特网上的某个网站，但是因特网与你的家庭网络不在同一个子网内，也就是说，你的家庭网络无法直接访问因特网上的这个网站。这时，你需要通过网关连接到因特网上。

一种常见的情况是，你家里的网络使用路由器来连接到因特网上，路由器充当着家庭网络和因特网之间的桥梁，有一个公共IP地址和一个或多个私有IP地址。在这种情况下，路由器的私有IP地址就是家庭网络中的网关地址，你的计算机需要知道这个地址才能访问因特网上的网站。当你在浏览器中输入网址时，计算机会将数据包发送到网关地址，由路由器将数据包转发到因特网上的对应服务器上，从而实现网络通信。

04 | 子网掩码

$\color{pink}{在计算机网络中，子网掩码是用于划分IP地址的网络部分和主机部分的一种机制}$ 。它通常与IP地址一起使用，用于确定网络中的主机数量以及将网络地址划分为若干个子网。子网掩码是一个32位二进制数，与IP地址在二进制下进行逐位运算，以区分网络位和主机位。

子网掩码中，有一段连续的1表示网络位，一段连续的0则表示主机位。例如，一个标准的Ipv4地址是32位二进制数，如果我们设置24位作为网络地址，那么这时候就有8位作为主机地址。这样的子网掩码是一个24位的十六进制数字 255.255.255.0，它的二进制形式为 11111111 11111111 11111111 00000000。

对于A类地址来说，其默认子网掩码为255.0.0.0/8
对于B类地址来说，其默认子网掩码为255.255.0.0/16
对于C类地址来说，其默认子网掩码为255.255.255.0/24

这里引入一个概念“子网”：主机号中相对于网络类型主机号为1的部分（问题：子网跟子网掩码的关系是什么？）

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以上图为例，已知B类网络中，以前两个字节为网络号，后两个字节为主机号，那么对于172.240.0.0/22这个IP地址来说，它属于B类型，但是他的网络位数为22位，那么这个IP的子网就是22-16=6位，也就是B类网络主机号中的前4位。相应的，这个网络就可以划分2^6个子网数

网络位数由子网掩码决定，通过将IP地址与子网掩码进行位与操作，就能得到“网络”的值。比如192.168.78.118与子网掩码255.255.255.0进行位与操作后，得到的192.168.78.0就是该IP地址的“网络”，剩余部分就是该IP地址的主机号

子网掩码并不是只有上面三种，它可以接受任意个位，如255.255.255.252也是一个子网掩码，这个子网掩码能分割出30位的网络和2位的主机，对于这个子网掩码的网络，最多只有四台主机，因为主机号部分的位数就决定了网络中可存在主机数量，当然一般来说实际可用的主机数还要减去广播地址（全为1），不可用地址（全为0）两个。

再回看上面A/B/C三类地址的子网掩码，会发现后面有数字8/16/24，这其实是为了快速辨认该网络的“网络”位数是多少位（即子网掩码前面全为1的个数）

主机数

一个网络中所能包含的主机数量取决于主机部分的位数，也就是由子网掩码中连续的0表示的位数决定。例如，在上述24位网络地址中，有8位作为主机地址部分，因此，这个网络最多可以连接2的8次方个主机，即256台主机。

掌握子网掩码的概念非常重要，因为它是计算机网络中网络划分和通信的关键。子网掩码的正确设置，可以使网络通信更加高效和稳定，同时也可以提高网络的安全性。

05 | DNS

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当我们想要通过互联网访问一个网站时，我们通常会在浏览器的地址栏输入该网站的网址。但是，我们不能直接通过这个网址来连接到网络上的目标服务器，因为计算机只知道如何根据 IP 地址来定位服务器。因此，我们需要 Domain Name System (DNS) 来将这个网址转换为相应的 IP 地址。

$\color{pink}{DNS 是一种分布式数据库系统，它存储了互联网上所有域名和相应的 IP 地址之间的映射关系}$ 。当我们访问一个网站时，我们的计算机会向本地 DNS 服务器发送请求，询问相应的域名所对应的 IP 地址。如果本地 DNS 服务器没有相应的映射关系，它会向较高级别的 DNS 服务器发送请求，一直向上追溯直到找到所需的 IP 地址并返回给我们的计算机。

DNS 的优点是可以使人们更轻松地记住和使用域名，同时使管理和更改 IP 地址更加方便。但是，DNS 也存在一些安全风险，例如 DNS 劫持和 DNS 缓存投毒。为了保护 DNS 的安全，我们可以采取一些措施，例如使用可信的 DNS 服务器和 DNSSEC (DNS Security Extensions) 等安全技术。