网关、DHCP协议、ip地址、子网掩码简单介绍

发布于:2024-07-11 ⋅ 阅读:(30) ⋅ 点赞:(0)

参考文章:https://baike.baidu.com/item/%E7%BD%91%E5%85%B3/98992?fr=ge_ala
https://baike.baidu.com/item/DHCP%E6%9C%8D%E5%8A%A1%E5%99%A8/9956953?fromModule=lemma_inlink
https://blog.csdn.net/weixin_58783105/article/details/135041342
https://blog.csdn.net/weixin_45188218/article/details/135392219

1、网关

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连,是复杂的网络互连设备,仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间,网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同,网关对收到的信息要重新打包,以适应目的系统的需求。同层–应用层。

大家都知道,从一个房间走到另一个房间,必然要经过一扇门。同样,从一个网络向另一个网络发送信息,也必须经过一道“关口”,这道关口就是网关。顾名思义,网关(Gateway) [1]就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡。
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层以上实现网络互连,是最复杂的网络互连设备,仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似,不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。

那么网关到底是什么呢?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)与主机的IP 地址作 “与” 运算的结果不同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,再由网关转发给网络B的网关,网络B的网关再转发给网络B的某个主机。这就是网络A向网络B转发数据包的过程。

1.1 举例说明

在这里插入图片描述
假设你的名字叫小不点(很小,这里你就是一个url地址,指向某个网页资源),你住在一个大院子里,你的邻居有很多小伙伴,父母是你的网关。当你想跟院子里的某个小伙伴玩,只要你在院子里大喊一声他的名字,他听到了就会回应你,并且跑出来跟你玩。
但是你家长不允许你走出大门,你想与外界发生的一切联系,都必须由父母(网关)用电话帮助你联系。假如你想找你的同学小明聊天,小明家住在很远的另外一个院子里,他家里也有父母(小明的网关)。但是你不知道小明家的电话号码,不过你的班主任老师有一份你们班全体同学的名单和电话号码对照表,你的老师就是你的DNS服务器。于是你在家里和父母有了下面的对话:
小不点:妈妈(或爸爸),我想找班主任查一下小明的电话号码行吗?家长:好,你等着。(接着你家长给你的班主任拨了一个电话,问清楚了小明的电话)问到了,他家的号码是211.99.99.99
小不点:太好了!妈(或爸),我想找小明,你再帮我联系一下小明吧。
家长:没问题。(接着家长向电话局发出了请求接通小明家电话的请求,最后一关当然是被转接到了小明家家长那里,然后他家长把电话给转到小明).
就这样你和小明取得了联系。
如果搞清了什么是网关,默认网关也就好理解了。就好像一个房间可以有多扇门一样,一台主机可以有多个网关。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。默认网关一般填写192.168.x.1

2、DHCP协议(Dynamic Host Configuration Protocol)

DHCP协议称为动态主机配置协议
DHCP作用:自动给网络中的主机分配IP地址。
DHCP地址池:比如一个地址池中有多个IP地址,可以分配给使用的用户。
DHCP作用域:IP、子网掩码、网关、DNS、租期。
DHCP协议端口:67,68端口(UDP协议)服务端是67,客户端是68。
优点:减少工作量,避免地址冲突,提高地址利用率。

DHCP协议支持C/S(客户端/服务器)结构,主要分为两部分:
1、DHCP客户端:通常为网络中的PC、打印机等终端设备,使用从DHCP服务器分配下来的IP信息,包括IP地址、DNS等。
2、DHCP服务器:所有的IP网络设定信息都由DHCP服务器集中管理,并处理客户端的DHCP请求。
DHCP采用UDP作为传输协议,客户端发送消息到DHCP服务器的的67号端口,服务器返回消息给客户端的68号端口。

DHCP服务器为客户端分配IP地址有三种形式
1、管理员将一个IP地址固定分配给一个客户端。
2、随机地将地址永久性分配给客户端。
3、随机地将地址分配给客户端使用一段时间。
第三种是最常见的使用形式。地址的有效使用时间段称为租用期,租用期满之前,客户端必须向服务器请求继续租用。服务器接受请求后才能继续使用,否则无条件放弃。

3、ip地址

IP地址和子网掩码:
IP地址就像是网络中的住址,每个设备都有一个唯一的IP地址,以便其他设备能够找到它。IP地址分为网络部分和主机部分,类似于国家、城市和街道地址。
子网掩码是用来告诉计算机网络哪些部分是网络地址,哪些部分是主机地址的。它就像是在住址中标识哪一部分是城市、哪一部分是街道的规则。
比方说,IP地址是你的住址,子网掩码是告诉邮递员哪里是国家、城市和街道的说明。

IP地址,即Internet Protocol地址,是TCP/IP协议族中网络层的一个关键协议,用于标识和定位互联网上的设备。IP协议的主要目的是提高网络的可扩展性,解决互联网问题,实现大规模、异构网络的互联互通,并分割顶层网络应用和底层网络技术之间的耦合关系,以利于两者的独立发展。IP协议为主机提供一种无连接、不可靠的、尽力而为的数据包传输服务。

IP地址的版本主要有IPv4和IPv6。IPv4地址由32位二进制数组成,通常采用点分十进制表示法,例如192.168.1.1。IPv4地址空间从0.0.0.0到255.255.255.255,被划分为A、B、C、D、E五类,其中A、B、C类最为常用。A类地址网络号占用一个字节,B类地址网络号有两个字节,C类地址网络号有三个字节。IPv6地址采用128位地址长度,提供了几乎无限大的地址空间,解决了IPv4地址耗尽的问题。

IP地址的三段划分通常指的是IPv4地址的子网划分。一个IP网络可以被划分为多个子网,每个子网由网络地址和主机地址组成。子网划分是通过修改子网掩码来实现的,它允许网络管理员更细致地控制网络中的主机数量和网络范围。例如,一个C类网络(如192.168.1.0)可以通过子网划分被细分为多个更小的子网,如192.168.1.0/24可以被划分为192.168.1.0/25和192.168.1.128/25两个子网。

IP地址在网络通信中扮演着至关重要的角色,它们是设备在网络中进行数据传输和通信的基础。了解IP地址的基本概念、分类以及子网划分对于理解计算机网络的工作原理和维护网络系统的正常运行至关重要。

4、子网掩码

子网掩码是一个32位的地址,‌与IP地址结合使用,‌主要用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识,‌并说明该IP地址是在局域网上还是在远程网上。‌
它的主要作用有两个:‌

  • 一是将一个大的IP网络划分为若干小的子网络,‌以减少IP的浪费并提高网络应用的效率;‌
  • 二是用于判断两台计算机是否属于同一网段,‌通过将计算机的IP地址和子网掩码转换为二进制形式后进行“与”计算,‌如果结果相同,‌则这两台计算机属于同一网段。‌

子网掩码的默认值根据IP地址的类别有所不同,‌例如A类IP地址的默认子网掩码是255.0.0.0,‌B类是255.255.0.0,‌C类是255.255.255.0。‌子网掩码的工作过程涉及将32位的子网掩码与IP地址进行二进制形式的按位逻辑“与”运算,‌得到的结果便是网络地址,‌而将子网掩码二进制按位取反后,‌再次与IP地址二进制进行逻辑“与”运算,‌得到的就是主机地址。‌

此外,‌子网掩码的计算方法包括将子网数目或主机数目转化为二进制,‌取得该二进制的位数,‌然后取得该IP地址的类子网掩码,‌将其主机地址部分的前N位置1或0,‌以得出划分子网的子网掩码。‌
例如,‌若要将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网,‌可以通过将子网数目转化为二进制,‌取得该二进制的位数(‌N=5)‌,‌然后将B类地址的默认子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置1,‌得到255.255.248.0,‌即为划分成27个子网的B类IP地址168.195.0.0的子网掩码