计算机网络基础
1. 数制介绍
1.1 数制的基本概念
数制：计数的方法，指的是用一组固定的符号和统一的规则来表示数值的方法，如在计数过程中采用进位的方法称为进位计数制。进位计数制有位数、基数和位权三个要素。
- 位数：指的是数字符号在一个数中所处的位置；
- 基数：指的是在某种进制中能使用数字符号的个位；例如，10进制就是10个（0-9），2进制就是2个（0和1）。
- 位权：指的是在某种进制中某个数字在当前位置代表的大小。例如，10进制 123 中的 1 代表的是1×10²即100。
1.2 计算机中常见的数制
1.2.1 十进制（Decimal number）
- 特点：基数是10，数值用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9来表示。
- 逢十进一。
- 写法：(1010)10，1010D，1010
1.2.2 二进制
- 特点：基数是2，数值部分用0、1来表示。
- 逢二进一
- 写法：(1010)2，1010B
1.2.3 十六进制
- 特点：基数是16，数值部分用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F来表示。其中A～F分别代表十进制的10～15。
- 逢十六进一
- 写法：(1010)16，1010H，0X1010
1.3 数制转换
1.3.1 二进制和十进制间的转换
-
方法一：将一个十进制数整数转换为二进制数可以使用除2取余数法，即：将要转换的十进制数整数除以2，取余数；然后再用商除以2，再取余数，直到商等于0为止，将每次得到的余数按倒序的方法排列起来即可。例如：
把余数倒排可得到35的二进制数为100011。 -
将一个十进制数整数转换为二进制数也可以使用另一种方法（适合对2的次方较为熟悉并且数字不是很大的时候），拿需要转换的十进制数减去最接近2的N次方的数，然后能满足大于0就记1，不满足就记0，例如：
然后按顺序书写就得到125=1111101B。 -
同样，将一个二进制整数表示成十进制数，需要用到按权展开法，例如：
1.3.2 十、十六、二进制的转换
- 从十进制向十六进制转换，也可以采用取余法，例如
也就是7D。 - 十六进制转10进制也需要用到按权展开法，例如：
- 二进制转十六进制
从小数点开始分别向左向右把二进制数每四个分成一组，然后再把每一组二进制数对应的十六进制数写出来，就能得到相对应的十六进制数，例如：
- 数值对应关系表：
1.4 分享一些常见的八位二进制数
| 10000 0000 | 128 |
|---|---|
| 1100 0000 | 192 |
| 1110 0000 | 224 |
| 1111 0000 | 192 |
| 1111 1000 | 240 |
| 1111 1100 | 248 |
| 1111 1110 | 252 |
| 1111 1111 | 255 |
2. IP地址
2.1 IP地址的定义及分类
2.1.1 IP地址的格式
互联网上连接的网络设备和计算机都有唯一的地址，以此作为该主机在Internet上唯一的标识，称为IP地址。在计算机网络中，每个被传输的数据包也要包括一个源IP地址和目标IP地址。
- IPv4由32位二进制数组成，一般用点分十进制表示；
- IPv6由128位组成，一般用冒号分隔，十六进制表示。
- IPv4分为：私有网络地址和公有网络地址。
公有网络地址是指在互联网上全球唯一的IP地址。2019年11月26日，是人类互联网时代值得纪念的一天，全球近43亿个IPv4地址已正式耗尽。
2.1.2 IP地址的分类
IP地址由两部分组成：网络部分（netID）和主机部分（hostID）。网络部分用于标识不同的网络，主机部分用于标识一个网络中特定的主机。IP地址的网络部分由IANA（Internet Assigned Number Authority，Internet地址分配机构）统一分配，以保证IP地址的唯一性。为了便于分配和管理，IANA将IP地址分为A、B、C、D、E五类，目前使用做多的IP地址是A、B、C三类。
-
A类地址
- 范围：1.0.0.1～126.255.255.254
- A类地址=网络部分+主机部分+主机部分+主机部分
- （有类边界）默认子网掩码为/8，即255.0.0.0
-
B类地址
- 范围：128.0.0.1～191.255.255.254
- B类地址=网络部分+网络部分+主机部分+主机部分
- （有类边界）默认子网掩码为/16，即255.255.0.0
-
C类地址
- 范围：192.0.0.1～223.255.255.254
- C类地址=网络部分+网络部分+网络部分+主机部分
- （有类边界）默认子网掩码为/24，即255.255.255.0
-
D类地址
- 范围：224.0.0.1～239.255.255.254
- 作用：用于组播通信的地址
-
E类地址
-
范围：240.0.0.1～255.255.255.254
-
作用：用于科学研究的保留地址
注意： 127.0.0.1又称本机环回地址，通常通过在本机上ping此地址来检查TCP/IP协议安装的是否正确。而且凡是以127开头的IP地址都代表本机（广播地址172.255.255.255除外）。
2.1.3 私有网络地址
私有网络地址是指内部网络或主机的IP地址，IANA（Internet地址分配机构）规定将下列的IP地址保留用作私网地址，不在Internet上被分配，可在一个单位或公司内部使用，RFC1918中规定私有地址如下：
- A类私有地址： 10.0.0.0～10.255.255.255，10.0.0.0/8
- B类私有地址： 172.16.0.0～172.31.255.255，172.16.0.0/16
- C类私有地址： 192.168.0.0～192.168.255.255，192.168.0.0/24
2.2 子网掩码、网络地址及广播地址
2.2.1 网段的组成
- 网段由网络地址、可用IP和广播地址组成。
例如 192.168.1.189/24
网络号：192.126.1.0
可用IP：192.168.1.1～192.126.1.254
广播地址：192.168.1.255
2.2.2 子网掩码和网络地址
子网掩码有32个二进制位
- 对应IP地址的网络部分用1表示；
- 对应IP地址的主机部分用0表示。
网络地址是IP地址和子网掩码自作“与运算”所得到
- 0与任何数相与都等于0
- 1和任何数相与都等于任何数
- 总结：两个都为1才是1，其他情况都为0。
例：求192.168.1.189/26的网络地址和广播地址。
分析：
1.将IP地址转换成32位的二进制数，如下图所示：
2.网络地址是IP地址和子网掩码进行“与”运算，此处子网掩码位26，所以此IP地址的前26位都为1，所以网络地址和IP地址的前26位都是相同的，只需计算后6位即可，此处后6位相与后都为0，然后将后8位二进制数转换为十进制即可，100000000=128，得出网络地址为：172.168.1.128 如下图所示：
3.广播地址是将网络地址的所有主部分全部置1，也就是将后6位置1，然后将得到的32位二进制数转换为十进制即可，此处为192.168.1.191 如下图所示：
