子网划分之等分成4个子网

  • 假如某公司四个部门，每个部门50台计算机，现在使用192.168.0.0/24这个C类网段，从安全考虑打算把每个部门的计算机放到独立的网段，这就要求将192.168.0.0/24这个C类网络划分为4个网段，该怎么划分呢？

顺着网络层（一）的思路：

  • 这个时候每一个子网就是原来的1/4，子网掩码只需要向右移动两位，把前两位作为网络位，后六位作为主机位即可。此时，前两位就为：00，01，10，11，后六位主机位补上以后，四个网段的地址就划分出来了。（前面已经说过，主机位全0或者全1，留作他用）
  • 192.168.0.1~192.168.0.62
  • 192.168.0.65~192.168.0.126
  • 192.168.0.129~192.168.0.190
  • 192.168.0.193~192.168.0.254

-子网掩码统一为255.255.255.192

如图：

视频监控网段划分方案_服务器

等分成八个网段呢？

  • 八个网段的话，只需要把网络位往右移三位，这个时候，主机位就剩下五位。前三位的网络位为：000，001，010，011，100，101，110，111，主机位除去第一个和最后一个地址：
  • 192.168.0.1~192.168.0.30
  • 192.168.0.33~192.168.0.62
  • 192.168.0.65~192.168.0.94
  • 192.168.0.97~192.168.0.126
  • 192.168.0.129~192.168.0.158
  • 192.168.0.161~192.168.0.190
  • 192.168.0.193~192.168.0.222
  • 192.168.0.225~192.168.0.254
  • 子网掩码为：255.255.255.224，如图

    假如说点到点的网络，子网掩码应该为多少呢？
  • 点到点的网络只需要2个IP地址，但是加上主机位全0和全1的两个地址，就需要四个地址，所以这时子网掩码应该为11111100，主机位可以为01，10（除去00，11），子网掩码最好为252。

变长子网划分

  • 如果一个单位有200台机器，网段为192.168.0.0/24，其中100台在一个网段，50台在一个网段，20台在一个网段，10台在一个网段，如何划分呢？
  • 如果了解了上面定长子网划分之后，变长子网划分问题也就迎刃而解了。
  • 想象一下，100台机器在一个网段，那么主机位只需要7位就可以满足，所以子网掩码为255.255.255.128；地址可以为192.168.0.1~192.168.0.126。
  • 50台机器在一个网段，那么主机位需要6位，性价比最高，所以子网掩码为255.255.255.192，地址可以为192.168.0.129~192.168.0.190
  • 20台机器在一个网段，那么主机位5位就可以满足，子网掩码为255.255.255.224，地址为192.168.0.193~192.168.0.222
  • 10台机器在一个网段，主机位4位即可，子网掩码255.255.255.240，地址为192.168.0.225~192.168.0.238
  • 精打细算下来，主机地址还有所富裕！！！

拓展：B类网络如何划分呢？

  • 地址:172.16.0.0，子网掩码255.255.0.0，把它划分成两个地址段，写出每一个地址段的第一个地址和最后一个地址。

B类地址和C类划分的过程比较类似，但是B类地址划分成两个网段，每一段的地址非常多，按照C类的划分，B类地址划分之后的子网掩码为255.255.128.0，主机位除去全0和全1的地址，划分之后为：

  • 172.16.0.1~172.16.127.254
  • 172.16.128.1~172.16.255.254
超网

两个网段合并

  • 前面学的是把IP地址进行拆分，分配地址，接下来就要利用超网，对IP地址进行聚合。如图：此时主机A与主机B若想要通信，有哪些方法？
  • 很明显，192.168.0.2/24与192.168.1.2/24不在同一个网段，第一种方法可以在路由器每一个接口端分设两个网关，192.168.0.1与192.168.1.1，对来自主机A与主机B的信息进行转发。
  • 第二种方法可以进行超网聚合，也就是说把主机A与B划分到同一个网段，如何划分呢？观察IP地址如果把子网掩码设置为23位，那么192.168.0.2/23与192.168.1.2/23，是不是就同在一个网段了，他们拥有同一个网关192.168.0.1。这样两台主机也可以同时通信了。

四个网段合并

有四个网段的计算机，它们分别为，192.168.0.0，192.168.1.0，192.168.2.0，192.168.3.0，子网掩码为255.255.255.0，如果想把它们合并为一个网段，如何合并？

  • 先看一下0（二进制00），1（二进制01），2（二进制10），3（二进制11），所以在聚合的时候需要留两位作为主机位，这时的子网掩码可以设置为255.255.252.0，此时这四个网段的网关就为192.168.0.1。所以合并子网有什么规律呢？如图是不是很神奇？

IP地址与MAC地址

区别

  • IP地址决定了数据包最终要到哪一台计算机
  • MAC地址决定了下一条地址给谁
    如图：
  • 计算机A想要与计算机B通信，首先会把数据包（数据段+源IP地址+目的IP地址）传送给交换机，因为交换机比较傻，所以需要给交换机指定要转发给哪一台设备，而识别的方式就是MAC地址，也叫物理地址。
  • 所以源MAC地址为M1，目的MAC地址为路由器的地址M2，路由器通过查找路由表，找出在计算机B所在的12.0.0.0网段怎么走，路由器的接口比较多，查出路由表之后，会对数据包的源MAC地址和目的MAC地址进行更改，分别设置为M3，和M4。
  • router2收到数据包之后，通过查找路由表，再次对数据包的源MAC地址和目的MAC地址进行更改，分别设置为M5，和M6。到达计算机B。

所以对以上通信过程，我们发现：

  1. 交换机是基于数据帧的MAC地址转发数据帧，而路由器是基于数据包的IP地址，通过查找路由表，转发数据包
  2. 在整个传输过程中，数据包是没有任何变化的，在通过网络设备的时候，数据帧要用新的物理层地址重新封装
  3. MAC地址决定了数据帧下一跳哪个设备接收，但是IP地址决定了数据包的起点和终点。

ARP&RARP

网络层四大协议：

  1. IP协议
  2. ARP协议（包括RARP）
  3. IGMP协议
  4. ICMP协议

ARP协议负责把IP地址解析成MAC地址，主要靠广播。

  • ARP简介：不管网络层使用的是什么协议，在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
  • 每一台主机都设有一个ARP高速缓存（ARP cache），里面有所在的局域网上的各主机和路由器的IP地址到硬件地址的映射表。
  • 当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送IP数据报时。就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP地址。如果有，就可以查出其对应的硬件地址，再将此硬件地址写入MAC帧，然后通过局域网将该MAC帧发往此硬件地址。
  • ARP高速缓存的作用： 为了减少网络上的通信量，主机A在发送其ARP请求分组时，就将自己的IP地址到硬件地址的映射写入了ARP请求分组。当主机B收到A的ARP请求分组时，就将主机A的这一地址映射写入主机B自己的ARP高速缓存中，这对主机B以后向A发送数据报时就更方便了。

视频监控网段划分方案_网络_02

如果ARP缓存表里面没有，会通过以下方式：

  • 当一台计算机A通过交换机想要和本网段的计算机B通信时，就会发送一个ARP广播：告诉计算机A谁是IP地址为x.x.x.x（主机B的IP地址）的主机，本网段的每一台电脑都会收到这条广播，只有主机B会应答：我是，然后把自己的MAC地址告诉A。
  • 通过这个过程，可以发现，存在许多的安全问题。ARP欺骗，网络抓包，网络执法官，P2P终结者都是利用ARP协议，做的一些非法的勾当。

举个ARP欺骗的例子，P2P终结者：

  • 一台交换机连接了多台计算机M1,M2,M3,M4等等，在同一网段192.168.0.0/24,交换机连接一台路由器作为网关192.168.0.1，当M1,M2,M3在寻找网关时，路由器会告诉它们，自己就是网关。
  • 那么问题来了，如果M4电脑上装了P2P终结者软件，它就会发ARP广播包，告诉其它计算机，M4为网关，那么在其它计算机内，之前由路由器发的网关数据包，就会被覆盖掉，从而默认为计算机M4为网关，以后上网的流量都会先经过M4，再由M4转发给路由器。这个时候，M4就可以控制所有电脑的带宽。网速也就变的非常慢了。

使用ARP的四种典型情况

  • 发送方是主机，要把IP数据包发送到本网络上的另一个主机。这时用ARP找到目的主机的硬件地址。
  • 发送方是主机，要把IP数据包发送到另一个网络上的主机，这时用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址，剩下的工作由这个路由器来完成。
  • 发送方是路由器，要把IP数据包转发到本网络上的一个主机。这时用ARP找到目的主机的硬件地址。
  • 发送方是路由器，要把IP数据包转发到另一个网络上的一个主机。这时用ARP找到本网络上的一个路由器的硬件地址。剩下的工作由这个路由器来完成。

RARP(逆向ARP)

  • ARP是通过IP地址得到物理地址
  • RARP则是通过物理地址来获取IP地址的过程

IP数据报

一个IP数据报由首部和数据两个部分组成。

  • 首部的前一部分是固定长度，一共20字节，是所有IP数据报都必须具有的。
  • 在首部的固定部分的后面是一些可选字段，其长度是可变的。

如图：

视频监控网段划分方案_运维_03


绿色的首部

  1. 版本（占4位）：指IP协议的版本，目前的协议版本号为4（IPV4）或者6（IPV6）
  2. 首部长度（占4位）：表示首部有多长。可以看到，首部里面有一个可选字段（长度可变），所以需要用首部长度，来表示一下。可表示的最大数值位15个单位（一个单位4字节），因此IP的首部长度的最大值为60字节。
  3. 区分服务QOS（8位）：作用就是为每一个数据包打上一个标记，所传输的数据着不着急。比如：打语音和发邮件所传输的信息，肯定是语音信息的优先级更高一些。
  4. 总长度（16位）：代表首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为65535字节。总长度必须不超过最大传输单元MTU。
  5. 标识（16位）：它是一个计数器，用来产生数据报的标识，不是序号，每产生一个数据包，就会增加1。
  6. 标志（flag 占3位）：用来表明该数据包是否分片（分片的原因就是当数据量巨大时，超过了各网络设备的MTU，就需要进行分片处理）。目前只有前两位有意义。最低位是MF。MF=1的时候标识后面“还有分片”。MF=0标识最后一个分片。标志字段中间的一位是DF。只有在DF=0时才允许分片。
  8. 片偏移（13位）：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置，以8个字节为偏移单位，如图：

    9. 视频监控网段划分方案_IP_04

  9. 如果某一个数据包含有3800字节，最大传输单元MTU为1400，那么就可以用0/8，1400/8，2800/8，得出来片偏移量为0，175，350。
  10. 生存时间（TTL 8位）：数据报在网络中可通过得路由器数目的最大值。经过一个路由器会减去1，直到减到0丢掉。
  12. 协议（8位）：指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的IP层将数据部分上交给哪个处理过程。如图：

    13. 视频监控网段划分方案_IP_05

  13. 都是IP数据包，但是里面的内容不一样，用一个数字来标识里面是什么类型的数据包。可以通过百度来查询数据包对应的协议号：

    14. 视频监控网段划分方案_运维_06

  14. 首部校验和（16位）：验证首部里面有没有错误。
  15. 源地址（4字节32位）
  16. 目标地址（4字节32位）
  17. IP数据报的可变部分：IP首部的可变部分就是一个选项字段，用来支持排错、测量以及安全等措施，内容非常丰富。选项字段的长度可变，从一个字节到四十个字节不等，取决于所选的项目。增加首部的可变部分是为了增加IP数据报的功能，但是这同时也使得IP数据报的首部长度成为可变的。这就增加了每一个路由器处理数据报的开销。

最后是黄色的数据部分