IP地址、MAC地址、子网、子网掩码、默认网关、网络地址解析

    上面的这个图片您是否在哪里见过？这是什么呢？

    查过自己电脑IP地址和MAC地址的人应该看得眼熟，这就是我们电脑中的IP地址和MAC地址的存储地方。那如何查自己电脑的IP地址和MAC地址呢。

    1、使用Windows+R键打开“运行”窗口，然后输入CMD进入命令提示窗口

    2、进入命令窗口之后，输入：ipconfig/all 回车即可看到整个电脑的详细的IP配置信息

    IP地址是指互联网协议地址（Internet Protocol Address），是IP Address的缩写。IP地址是IP协议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地址是一种在Internet上的给主机编址的方式，常见的IP地址，分为IPv4与IPv6为两大类。

举例：

    IP地址就像是我们的家庭住址一样，如果你要写信给一个人，你就要知道他（她）的地址，这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息就好比是邮递员，它必须知道唯一的“家庭地址”才能不至于把信送错人家。只不过我们的地址使用文字来表示的，计算机的地址用二进制数字表示。

    在电话通讯中，电话用户是靠电话号码来识别的。同样，在网络中为了区别不同的计算机，也需要给计算机指定一个连网专用号码，这个号码就是“IP地址”。

    MAC地址（Media Access Control Address），直译为媒体访问控制地址，也成为局域网地址，以太网地址，或物理地址，它是一个用来确认网上设备位置的地址。在OSI模型中，第三层网络层负责IP地址，第二层数据链路层负责MAC地址。MAC地址用于在网络中唯一标识一个网卡，一台设备若有一个或多个网卡，则么个网卡都需要并会有一个唯一的MAC地址。

举例：

    IP地址就如同一个职位，而MAC地址则好像是去应聘这个职位的人才，职位既可以让甲坐，也可以让乙坐，同样的道理一个结点的IP地址对于网卡是不做要求，基本上什么样的厂家都可以用，也就是说IP地址与MAC地址并不存在着绑定关系。本身有的计算机流动性就比较强，正如同人才可以给不同的单位干活的道理一样的，人才的流动性是比较强的。职位和人才的对应关系就有点像是IP地址与MAC地址的对应关系。比如，如果一个网卡坏了，可以被更换，而无须取得一个新的IP地址。如果一个IP主机从一个网络移到另一个网络，可以给它一个新的IP地址，而无须换一个新的网卡。

    1、对于网络上的某一设备，如一台计算机或一台路由器，其IP地址是基于网络拓扑设计出的，同一台设备或计算机上，改动IP地址是很容易的（但必须唯一），而MAC则是生产厂商烧录好的，一般不能改动。我们可以根据需要给一台主机指定任意的IP地址，如我们可以给局域网上的某台计算机分配IP地址为192.168.0.112 ，也可以将它改成192.168.0.200。而任一网络设备（如网卡，路由器）一旦生产出来以后，其MAC地址不可由本地连接内的配置进行修改。如果一个计算机的网卡坏了，在更换网卡之后，该计算机的MAC地址就变了。

    2、长度不同。IP地址为32位，MAC地址为48位。

    3、分配依据不同。IP地址的分配是基于网络拓扑，MAC地址的分配是基于制造商。

    4、寻址协议层不同。IP地址应用于OSI第三层，即网络层，而MAC地址应用在OSI第二层，即数据链路层。 数据链路层协议可以使数据从一个节点传递到相同链路的另一个节点上（通过MAC地址），而网络层协议使数据可以从一个网络传递到另一个网络上（ARP根据目的IP地址，找到中间节点的MAC地址，通过中间节点传送，从而最终到达目的网络）。

    IP地址是以网络号和主机号来表示网络上的主机的，只有在一个网络号下的计算机之间才能“直接”互通，不同网络号的计算机要通过网关才能互通。但这样的划分在某些情况下显得并不十分灵活。为此IP网络还允许划分成更小的网络，称为子网。

    子网掩码又叫网络掩码、地址掩码，是一种用来指明一个IP地址的那些位标识的是主机所在子网，以及哪些位标识的是主机位的掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

    子网掩码--屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式，对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。

    子网掩码是用来判断任意两台计算机的IP地址是否属于同一子网络的根据，区分一个IP地址中的网络地址和主机地址。通过子网掩码可以知道主机数目，也只有通过子网掩码，才能表明一台主机所在的子网与其他子网的关系，使网络正常工作。

    比如说一个C类的IP段220.13.22.0--220.13.22.255, 如果我们把它给一个计算机网络,那就是给了这个计算机网络255个IP,但是这个网络里是不一定有255个计算机的,有可以就10台,或20台, 这们的话，就会造成IP段的浪费，会剩下很多IP并没有计算机来得到。现在我们通过子网掩码的作用,就可以把附近的几个独立的计算机网络放个一起,来把这个255个的IP段分成一小段一小段（比如10-20，30-40，……）也就是一个个小的子网，分给它们,而不是它们一人一个255个IP段,这样就充分利用了IP的资源,因为IP现在很溃乏。

    网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。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。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网管转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。网络B向网络A转发数据包的过程也是如此。所以说，只有设置好网关的IP地址，TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢？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）。

    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。

    了解以上这些概念干什么用呢？

    已知IP地址和子网掩码，求网络地址？

步骤：

    1、首先将网络的IP地址和子网掩码都转换成32位二进制字符。

    2、将转换后的二进制的IP地址和子网掩码进行“逻辑与”运算，得到新的32位二进制字符。

    3、把得到的新的32位二进制字符转换为十进制，就是主机的网络号了。

例题：

I P 地址　192.168.0.1

子网掩码　255.255.255.0

AND运算(AND运算法则：1 与1 = 1 ,1 与0 = 0 ,0 与1 = 0 ,0 与0 = 0 ,即当对应位均为1时结果为1，其余为0。)

转化为二进制进行运算：

I P 地址　11000000.10101000.00000000.00000001

子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算

11000000.10101000.00000000.00000000

转化为十进制后为：

192.168.0.0

I P 地址　192.168.0.254

子网掩码　255.255.255.0

AND运算

转化为二进制进行运算：

I P 地址　11000000.10101000.00000000.11111110

子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算

11000000.10101000.00000000.00000000

转化为十进制后为：

192.168.0.0

I P 地址　192.168.0.4

子网掩码　255.255.255.0

AND运算

转化为二进制进行运算：

I P 地址　11000000.10101000.00000000.00000100

子网掩码　11111111.11111111.11111111.00000000

AND运算

11000000.10101000.00000000.00000000

转化为十进制后为：

192.168.0.0

    通过以上对三组计算机IP地址与子网掩码的AND运算后，我们可以看到它运算结果是一样的。均为192.168.0.0

    所以计算机就会把这三台计算机视为是同一子网络，然后进行通讯的。

    那这样的子网掩码究竟有多少个IP地址可以用呢？

    局域网内部的IP地址是我们自己规定的，这个是由子网掩码决定的通过对255.255.255.0的分析。可得出：

    前三位IP码由分配下来的数字就只能固定为192.168.0　所以就只剩下了最后的一位了，那么显而易见了，ip地址只能有（2的8次方-2），即256-2=254，一般主机地址全为0或者1（二进制）有其特殊的作用。

     本文只是简单对概念进行了解析，拓展学习如下：

    “TCP/ip 协议端口范围 详解”：https://blog.csdn.net/weixin_36135166/article/details/80279150

    “TCP/IP协议端口分配规则与分类”：https://blog.csdn.net/a1414345/article/details/72470980

    “带你搞懂子网掩码”：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1606474671793061553&wfr=spider&for=pc

    “IP地址与子网划分”:https://blog.csdn.net/huaying927/article/details/87625639