網絡基礎知識整理
一．IP地址
IP地址是因特網上的每個網絡節點在全球範圍內的唯一標識符，對每個節點來說，IP地址是一個32位的二進制代碼，如11111111111111111111111111111111。爲了提高可讀性，我們常常把32位IP地址中的每8位轉換爲對應的十進制，並在兩個十進制數之間插入一個點，即255.255.255.255，這種記法就是常用的點分十進制記法。
IP地址的編址經歷了三個歷史階段，分類的IP地址、子網的劃分以及構成超網。
1.1分類的IP地址
分類的IP地址中是將IP劃分爲幾種固定的類，每一類地址都有兩個固定長度的字段組成–網絡號和主機號。網絡號是標誌網絡節點所連接到的網絡，主機號標誌該節點。IP地址主要分爲5大類，A類、B類和C類都是單播地址，即一對一通信，最常用。D類地址用於多播，即一對多通信。E類地址保留爲以後用。如圖可見這幾類IP：
A類地址規定網絡號字段爲1字節，第一位固定爲0來標識該類別，只有7位可供使用，有=126個可指派的網絡號。其中有2個特殊的網絡號，一個是網絡號字段爲全0，它是保留地址，意思是“本網絡”，如0.0.0.35代表“在這個網絡上主機號爲35的主機”；另一個是127字段，保留用於環回測試，例，常見的127.0.0.1代表本地主機。所以A類地址的網絡號範圍爲1～126。主機號3字節，最大主機數爲，這裏也要減去2。一個是主機號全0，表示網絡的地址，如，一主機IP爲5.6.7.8，則該主機所在的網絡地址就是5.0.0.0。另一個是全1，表示該網絡內的所有主機，如，125.255.255.255代表了125.0.0.0這個網絡上的所有主機。
B類地址網絡號字段爲2字節，前兩位固定爲10，有14位可用來分配，有個可指派的網絡號。這裏減1的原因是一般128.0.0.0是不指派的，B類可指派的網絡地址是128.1.0.0。
C類地址網絡號字段爲3字節，前3位固定爲110，有21爲可用來分配。
由上我們可以簡單看出，整個IP地址空間共有個地址，Ａ類地址有個，佔有整個IP地址空間的50%，B類佔有25%，C類佔有12.5%。
1.2劃分子網
上一節中介紹的分類的IP地址是二級IP地址，是由網絡號和主機號組成的，而現在常用的是三級IP地址，添加了一個子網號。二級的IP不夠靈活且造成了浪費。如，我們辦公室假如有300臺電腦，使用C類地址，最多可接入=256臺主機，顯然不夠，若使用B類地址，則可接入=65536臺主機，造成了極大的浪費。此時，我們可以申請一個B類的網絡，如網絡地址爲172.16.0.0，同時可以把這65536個地址劃分成一個個局域網，相互之間互不干擾，劃分過的局域網可以稱爲這個B類網絡的一個個子網，而相對於本單位外的網絡仍然表現爲一個網絡。網絡號是需要申請和指派的，它一般是固定的，所以想要進行子網的劃分，劃分的方法是將二級IP的主機號字段借用若干位來表示子網號，這樣就變成了三級IP地址：網絡號、子網號和主機號。記爲：
IP地址：：={<網絡號>，<子網號>，<主機號>}
但一個數據報到達公司的路由器後，路由器並不知道該發給哪個子網，因爲子網號並不一定存在，就算存在位數也並不是固定的，所以此時就需要子網掩碼。
子網掩碼這個概念主要爲了確定IP地址的網絡號，這裏所說的網絡號不再是二級IP中的網絡號，而是指的是三級IP地址中網絡號和子網號兩者的總和。這樣，總的來說子網掩碼將三級IP地址分成了兩部分，即網絡號和主機號（注意這裏的網絡號和主機號與二級IP的網絡號和主機號的異同）。
我們知道二進制中任何數逐位與1進行“與”操作後還是本身，和0進行“與”操作後都是0。其實一個子網掩碼的實質是指定了一個IP地址中網絡號的長度，如一IP地址爲01110110.10110110.11010101.00101011，子網掩碼是11111111.11100000.00000000.00000000，它的前11位就設置爲1，後21位設置爲0，IP地址和子網掩碼進行“與”操作後，該IP地址的前11位就保留了下來，後21位就變爲了全0，即01110110.10100000.00000000.00000000。
如果一個網絡不劃分子網，那麼該網絡的子網掩碼使用默認子網掩碼，這種默認子網掩碼其實就三個。即A類地址的默認子網掩碼，255.0.0.0，B類地址的默認子網掩碼255.255.0.0，C類地址的默認子網掩碼255.255.255.0。
順便說一下，有一種IP表示方法，如192.168.1.0/24，它指的是IP地址是192.168.1.0，子網掩碼中1的個數是24個，即255.255.255.0，很容易看出這個就是一個C類的網絡。再如，我們辦公室網絡中有172.16.0.X和172.16.1.X這兩種IP，簡單分析，172即B類地址，默認網絡號是16位，即172.16，但只出現過0.X和1.X的IP說明第三個八位中前七位應該是固定的，只有最後一位在0和1之間變化，所以我們辦公室網絡的網絡號應該是23位，子網掩碼是255.255.254.0。
二．網關
網關是一個網段的出入口。一個網絡想要和這個網絡外的網絡進行通信，必須通過網關。如我們要登錄百度頁面，主機發現數據包的目的主機不在本地網絡中，就把數據包轉發給自己的網關，再由網關轉發給百度的網關，百度的網關再轉發給百度中的某個服務器上，這樣，百度就收到了我們的登錄請求，它就把數據包傳給我們，百度的網關要先找到我們本地的網關，網關收到數據包後再轉發給我們。
一個網段是可以沒有網關，也可以沒有DHCP服務器，即設置爲靜態IP，由交換機、集線器等連接設備就可相互訪問。但沒有網關就意味着只能在這個局域網內互相訪問，不能訪問局域網外的任何網絡。很多局域網中都採用了路由來接入網絡，路由器的WAN口連接到外部網絡上，LAN口IP設置爲網關。網關的地址可以是局域網段內主機地址的任意一個，不一定是設置爲192.168.1.0，它只是用來標識網關。
三．幾種常用網絡設備
3.1中繼器
信號在雙絞線中傳輸的過程中信號的功率會逐漸衰減，當信號衰減到一定程度時將造成信號失真，所以爲了方便較遠距離的兩計算機進行通信，就在這兩個計算機之間安裝一箇中繼器，讓信號能傳的更遠。中繼器的作用就是整理已經衰減的信號，重新產生完整的信號再繼續傳送。中繼器工作在物理層，只是起到了擴展傳輸距離的作用，對高層是透明的。
3.2集線器
集線器實際上就是一種多端口的中繼器，一般有4、8、16、24、32等數量的接口。如一臺集線器有8個接口，連接了8臺計算機，那集線器就位於這8臺計算機的“中心”，每臺計算機想與其他計算機進行通信時，計算機首先要將數據包通過雙絞線送到集線器上，而集線器是用廣播的方式將包同時發給8個端口，8個端口的計算機收到廣播信息後對信息進行檢查，是發給自己的就接收，不是的話就不理睬。正是因爲廣播的這種機制，我們將我們自己的電腦連在集線器上，才能抓到ucm和話機等進行通信的數據包。同樣，集線器也是工作在物理層。
3.3網橋
網橋是早期的兩端口的二層網絡設備，網橋像是一個聰明的中繼器，如前所說，中繼器只是簡單的連接了兩個網絡，任何數據都可以通過中繼器發出，但網橋有所不同。網橋除了擴展網絡的距離或範圍，還能提高網絡的性能和安全性。
網橋可以連接兩個網絡，網橋A端口連接A子網，B端口連接B子網。網橋中有一個信息表，我們可以把這個信息表看作兩部分，一部分記錄了A子網中設備的MAC地址，另一部分記錄了B子網中的MAC地址，當Ａ發出一個包，網橋可以查看目的地址到底是Ａ中的還是B中的，若是Ａ中的就不進行轉發，是B中的才進行轉發。所以網橋與中繼器不同的是隔離了兩個子網，而不是任意的轉發，擁有了學習功能。
3.4交換機
網橋只有兩個端口，有着侷限，所以爲了實現多對多通信，產生了交換機。集線器同樣也是多對多通信，但集線器是廣播的方式將數據包發到目的主機上，交換機卻不一樣，交換機與網橋一樣具有學習功能。
交換機也有一個表，它記錄着每個端口對應的主機的MAC地址。當交換機收到數據包後，可以解析出該數據包目的地址的MAC地址。然後根據該MAC地址將包轉發到對應的端口去。
交換機有很多的類型，我們常說的交換機一般指的是傳統的交換機，它工作在二層。但隨着交換機的發展，出現了三層交換機，它除了擁有二層交換機的交換技術外，還在三層實現了數據包的高速轉發及路由功能。
3.5路由器
子網劃分中我們介紹到經常將一個網絡劃分成一個個的子網，每個子網擁有不同的網段。二層交換機只能實現連在它上面的同一個網段的主機之間的通信，如果是不同的網段就算連在同一個交換機上仍相互不能進行通信。而路由器就可以實現不同網段之間的通信，它是一種連接多個網絡或網段的設備，能將不同網絡或網段之間的數據進行“翻譯”，並可以識別出一個數據包應該轉發到哪個網絡中。
路由器中一般有個路由表來實現學習和翻譯的功能。如圖，我們UCM在作爲路由器時的路由表，記錄了目的地、網關、子網掩碼和接口等。如路由表中的第二條代表的意思是：如果目的地是172.16.0.0網段，那就把數據包轉發到eth1端口上去。第一條是默認路由，就是如果目的地不在這個路由表中，那就走這條默認路由。
3.6調制解調器
還有一種家中常用的設備，那就是調制解調器，也就是俗稱的“貓”。我們都知道，網線中一般傳輸的數字信號，0和1，而電話線中傳輸的是模擬信號，這兩種信號並不能直接進行通信，就需要調制解調器進行“翻譯”。
