作者：百哥
本期分享：系列15點到16點半-技術熱訊
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提到“地址”，我們會想到快遞，收發快遞時候，得有發件人地址和收件人地址，才能保證快遞能正確的送達目的地，比如這樣
ip地址其實就是互聯網上的地址，全稱Internet Protocol Address，我們在網上刷知乎啊，刷美劇啊，和師妹聊天啊，其實就是一個一個數據包在互聯網上收發的過程。
知乎有個ip，我們電腦有個ip，這篇回答就從知乎發到了電腦上。
b站有個ip，我們電腦有個ip，后浪就從b站發到了電腦上。
師妹手機有個ip，我們電腦有個ip，師妹消息總是不來，不知道為什么。
那么，我們電腦的ip地址是什么樣呢
百度一下，怎么查看ip地址，我們能看到這樣的內容
ip地址分為ipv4和ipv6，當前主流是ipv4
可以看出現在這台電腦的ip地址是192.168.11.165
那么這個地址是怎么來的呢，我們打開電腦就開始刷知乎刷b站和師妹聊天，並沒有設置地址呀
在我們網絡里有個“dhcp服務器”，dhcp服務器的作用就是給各個電腦（或手機）自動分配ip地址。
第一步，電腦開機，沒地址，會發出一個請求地址的數據包。這個數據包叫dhcp discover，是要發給dhcp服務器的，向dhcp服務器請求地址。
現在問題來了，是先有雞還是先有蛋的問題。
雞是由蛋孵出來的，所以得先有蛋。
蛋是雞下的，所以得先有雞。
互聯網上的報文必須有源地址和目標地址，所以得先有地址才能把數據包發出去。
現在要發個包給dhcp服務器，但是沒有地址，這個包怎么發出去呢？
雞和蛋的千古難題，無法考證
但是dhcp是這么做的
電腦發出的包，沒地址沒關系，就把源地址寫成0.0.0.0，所以數據包中看到這個地址，說明源主機暫時還沒有地址，但是為了遵循互聯網協議標准，先把地址寫上0.0.0.0
目標地址應該是dhcp服務器，但是dhcp服務器是誰也不知道呀，這里就把目標地址寫成255.255.255.255，這個特殊地址代表“廣播”，顧名思義，就是給所有人都發。
數據包的內容也很簡單，意思就是“請dhcp服務器回答，我需要個地址”
那么無關主機收到，就會丟棄這個包，因為自己不是dhcp服務器，不回答。
dhcp服務器收到，那么就會履行他的職責，給電腦分配一個地址。
如圖，通過抓包工具捕獲的dhcp discover包，源地址是0.0.0.0，目標地址是255.255.255.255
現在看dhcp工作的第二步，發offer
dhcp服務器收到請求后，會給電腦分配地址，這也是通過一個數據包返回給電腦的。電腦收到這個包，就會根據dhcp協議為自己配上地址。
等下，問題又來了，剛才說了電腦還沒地址，那么dhcp服務器是怎么把這個包發給電腦的的呢？
雖然電腦沒ip地址，但是電腦有另外一個地址，“mac地址”，也就是前面那張圖片上的“物理地址”，dhcp服務器也可以通過mac地址將數據包發給電腦，這樣電腦收到后，就會給自己配上ip地址了。
聽起來很復雜，既然用mac地址就可以，為什么非得配ip地址，這么麻煩
答案是這樣的，雖然可以用mac地址通信，但是只限於本地通信，也就是一個很小的局域網，沒辦法加入互聯網，所以也沒辦法刷知乎，看b站，和師妹聊天了。所以還是得有ip地址。
現在來看dhcp工作的第二步，也就是dhcp服務器給電腦發的dhcp offer包。
這里看到目標mac地址
打開offer包，會看到服務器准備給電腦分配的地址。
然后第三步，電腦會通過發送dhcp request包，確定使用這個地址。
服務器明明都把地址發過來了，為什么電腦還要再申請一次呢？
是因為網絡中為了可靠性，可能會部署多台dhcp服務器，這樣電腦可能會收到多個offer，到底使用哪個地址，則需要再發一個dhcp request來確認。服務器也是收到dhcp request后，才會真正的把這個地址分配出去。
最后一步，dhcp服務器通過ack包，真正的把地址分配給電腦
那么ip地址中的“子網掩碼”是做什么用的呢，配置地址時，子網掩碼是必不可少的
舉個熟悉的例子
小明是大一新生，小明的學號是05510050433
小明看到另一個學號，立即可以知道另一個同學和自己是不是同班同學。
比如好看的女生小紅05510050435是同班同學
好看的男生小藍05510030313不是同班同學
怎么看出的呢，學號前面部分數字相同就是同班同學
學號大致分為兩部分，前面部分是班級編號，后面部分是個人編號。
現在回到ip地址和子網掩碼
電腦（或者手機、ipad、小愛同學）都要聯網，聯網就會有ip地址，ip地址一般是自動獲取的，但是如果用手動配置的話，會發現必須填寫子網掩碼，否則是不讓確認的。
子網掩碼的作用，是確定ip地址所在的網段。
小明必須知道自己的班級，電腦也必須知道自己的網段。
小明學號的前9位代表班級編號，這個是學校制定的
那么ip地址的前多少位代表網段呢，這個就得看子網掩碼了。
ip地址分為兩部分，前面部分叫“網絡位”，類似於學號中的班級編號，只要兩個ip的網絡位相同，那么他們就是同網段。
ip地址后面的部分叫“主機位”，代表這個主機的個體編號，類似學號中老師每次點名喊的數字。
那么兩個ip是否同網段，要看他們的網絡位是否相同
192.168.1.199
255.255.255.0
這樣的掩碼，代表192.168.1.是網絡位，另一個地址只要也是192.168.1開頭，就是同網段了
192.168.1.199
255.255.0.0
這樣的掩碼，代表192.168.是網絡位，另一個地址只要192.168開頭就是同網段了
看到這里，應該已經發現規律了，子網掩碼幾個255，那ip地址的前幾段就是網絡位
可是實際情況往往錯綜復雜。
比如蘋果手機熱點給電腦分配的地址是這樣的
發現掩碼是3個255還帶個240
在實際的工程項目中，也會做類似的網絡規划，那么后面這個240又是怎么回事呢
這里需要把ip地址換成二進制來看，用win10 自帶的計算器可以換算，先算完再來看原理。
打開打算器，選擇“程序員”，輸入172，可以得到172對應的二進制，然后再得到其他幾個數的二進制。
172=10101100
20=00010100
10=00001010
8=00001000
注意，每個數字都要湊齊8位的二進制，不夠8位前面寫0
換算完后，ip地址172.20.10.8變成了
10101100. 00010100. 00001010. 00001000
然后再換算掩碼
255.255.255.240變成了
11111111.11111111.11111111.11110000
發現掩碼非常整齊，前面全是1后面全是0
那這里怎么從掩碼來得出網絡位，其實非常簡單，掩碼有多少個1，ip地址的前多少位就是網絡位，那么這個ip的網絡位就是前28位
也就是10101100. 00010100. 00001010. 0000
如果另一個ip的二進制，前28位也是這樣，那么就是同網段
當然，二進制很不友好，所以我們還可以計算出自己所在的網段的范圍
那就是網絡位固定下來，主機位從全0到全1就可以
10101100. 00010100. 00001010. 00000000到10101100. 00010100. 00001010. 00001111
換回十進制就是
172.20.10.0到172.20.10.15
所以，超過15的都不是同網段了。
用掩碼算了半天的網段，那么問題來了，為什么要算網段？
因為對電腦老說，訪問同網段的目標，和訪問不同網段的目標，采取的通信方法不一樣，他得先知道是否同網段，才能做下一步的動作。
如果目標是同網段，那么可以直接通信，直接發數據就好了。
如果目標不是同網段，那么不能直接通信，必須先交給一個中間人，也就是網關設備，由網關設備幫忙轉發。