网络基础

网络基础

一、工单任务背景

• 公司搬迁，需重新规划网络。
• 申请IP地址：B类私有地址 172.25.0.0。
• 部门需求：
  • 共 6个部门
  • 最大部门人数：28人
• 任务要求：
  • 划分 至少6个子网
  • 计算每个子网的 有效IP地址范围

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二、IP地址基础知识

2.1 进制转换

• 十进制 → 二进制：除2取余，倒序排列。
  • 示例：25 → 11001
• 二进制 → 十进制：按位权值相加（从右至左：\(2^0, 2^1, ..., 2^7\)）
  • 示例：01011010 = \(64 + 16 + 8 + 2 = 90\)

✅ 作业示例
IP: 192.168.1.254 → 11000000.10101000.00000001.11111110
子网掩码: 255.255.255.0 → 11111111.11111111.11111111.00000000

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2.2 IP 与 MAC 地址对比

特性	IP 地址	MAC 地址
长度	IPv4: 32位；IPv6: 128位	48位
表示法	点分十进制（如 192.168.1.1）	十六进制（如 00-E1-8C-D8-EC-FE）
分配方式	由网络拓扑决定，可配置	厂商烧录，全球唯一
OSI 层级	第三层（网络层）	第二层（数据链路层）

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2.3 IP 地址结构

• IP = 网络号（Network ID） + 主机号（Host ID）
  • 网络号：标识所属网络
  • 主机号：标识网络内具体设备

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2.4 子网掩码（Subnet Mask）

• 作用：划分网络位与主机位
• 特点：
  • 必须与IP配合使用
  • 由连续的 1（网络位）和连续的 0（主机位）组成
• 示例：
  • IP: 192.168.1.254 / 子网掩码: 255.255.255.0
  • 网络地址 = 192.168.1.0

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2.5 IP 地址分类（IPv4）

类别	范围（十进制）	默认子网掩码	网络位	主机位	适用规模
A 类	0.0.0.0 ~ 127.255.255.255	255.0.0.0 (/8)	1字节	3字节	大型网络
B 类	128.0.0.0 ~ 191.255.255.255	255.255.0.0 (/16)	2字节	2字节	中型网络
C 类	192.0.0.0 ~ 223.255.255.255	255.255.255.0 (/24)	3字节	1字节	小型网络

🔑 快速判断：

• ≤127 → A 类（首位 0）
• 128~191 → B 类（前两位 10）
• ≥192 → C 类（前三位 110）

私有IP地址范围

• A 类：10.0.0.0 ~ 10.255.255.255
• B 类：172.16.0.0 ~ 172.31.255.255
• C 类：192.168.0.0 ~ 192.168.255.255

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2.6 保留IP地址

IP 形式	含义	示例
主机位全为 0	网络地址	192.168.10.0
主机位全为 1	广播地址	192.168.10.255
127.0.0.1	本地回环	测试本机TCP/IP
0.0.0.0	无效/默认路由	监听所有IP

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2.7 求网络地址（IP + 子网掩码）

方法：IP 与子网掩码 按位与（AND）

• 示例：172.16.100.50 /23
  • IP 二进制：10101100.00010000.01100100.00110010
  • 掩码二进制：11111111.11111111.11111110.00000000
  • 网络地址：172.16.100.0

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2.8 判断是否同网段

• 步骤：
  1. 分别计算两个IP的网络地址
  2. 若相同 → 同一网段
• 示例：
  • 192.168.1.33/25 → 网络地址 192.168.1.0
  • 192.168.1.200/25 → 网络地址 192.168.1.128
  • ❌ 不在同一网段

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三、子网划分（Subnetting）

3.1 核心思想

“借用主机位来制造新网络”
IP = 网络位 + 子网位 + 主机位

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3.2 划分公式

• 设：
  • n = 借用的主机位数（子网位）
  • m = 剩余主机位数
• 则：
  • 子网数量：\(2^n\)
  • 每子网主机数：\(2^m - 2\)（减去网络地址和广播地址）

✅ 设计原则：

• \(2^n \geq\) 所需子网数
• \(2^m - 2 \geq\) 所需主机数

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3.3 实战案例：公司子网划分（B类 172.25.0.0）

• 需求：
  • 至少 6 个子网
  • 每子网 ≥ 28 台主机
• 计算：
  • 主机需求：\(2^m - 2 \geq 28\) → \(m = 5\)（\(2^5 - 2 = 30\)）
  • 子网需求：\(2^n \geq 6\) → \(n = 3\)（\(2^3 = 8\) 个子网）
  • 总共借用 3 位 → 新子网掩码 = /19（原B类是/16，16+3=19）
    • 子网掩码：255.255.224.0
• 每个子网信息：
  • 主机数：30 台（满足 28 人）
  • 子网块大小：\(2^{(16 - n)} = 2^{13}\)？→ 更简单：看第三字节变化步长 = \(256 - 224 = 32\)
  • 子网划分（第三字节）：
    • 172.25.0.0/19 → 有效IP: 172.25.0.1 ~ 172.25.31.254
    • 172.25.32.0/19 → 有效IP: 172.25.32.1 ~ 172.25.63.254
    • 172.25.64.0/19
    • 172.25.96.0/19
    • 172.25.128.0/19
    • 172.25.160.0/19
    • （共8个，满足≥6）

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3.4 其他子网划分示例

• C类 192.38.12.0 划5个子网，每网20台主机
  • \(n=3\)（8子网），\(m=5\)（30主机）
  • 子网掩码：255.255.255.224（/27）
  • 子网：.0, .32, .64, .96, .128, .160, .192, .224

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四、关键总结

概念	要点
IP分类	A/B/C类由首字节范围决定，私有地址用于内网
子网掩码	连续1+连续0，用于分离网络/主机位
网络地址	IP & 子网掩码（按位与）
同网段判断	网络地址相同即为同网段
子网划分	借主机位 → 增子网数，减主机数
主机数公式	\(2^{\text{主机位}} - 2\)（去网络/广播地址）

💡 经验法则：子网中主机容量建议为需求的 1.5~2倍，但精确满足亦可。