IPv4，子网掩码，默认网关

在网上查找了相关的资料，发现都说的都比较晦涩难懂。这篇文档从整体的网络通讯流程，以通俗易懂地方式来解释这些网络词汇，比如，如何判断两台主机是否在同一个网段下，以及什么时候会用到默认网关。本文内容是根据自己查阅资料和理解，如果有什么不对的地方，还请指出。（本文最后会出一个面试思考题哦，欢迎在评论区留言）

 

一个简单的通信流程

首先先介绍一下在局域网下通信的一个基本流程。 在Windows电脑上，如果你打开你网络的IPV4属性，你会看到你有两种选择IP的方式。

 

自动获取IP地址 会帮你自动设置IP值，子网掩码 和 默认网关，因此大部分人都是用的自动获取IP值。而手动设置IP则需要你能够正确的设置这些值。

 

 当一台计算机需要和另一台计算机通讯时，计算机需要根据 本机子网掩码和目标IP地址 计算出目标IP所在的网段，然后再根据 本机IP 和 本机的子网掩码 得出本机所在的网段。如果两个网段相同，那么两台计算机是局域网，然后则开始通信；如果不同，也就意味着目标IP是一个远程地址，这时候本机会把数据发送给默认网关，然后默认网关处理接下来的通信。

 

例如，如下的一个网络结构：

一台局域网下有如下两台主机

主机1　　IP地址：192.168.137.5　　子网掩码：255.255.255.0　　默认网关：192.168.137.1

主机2　　IP地址：192.168.137.10　　子网掩码：255.255.255.0　　默认网关：192.168.137.1

路由器的地址： 192.168.137.1 

 

假如：主机1要与主机2通讯，

首先用 主机1 子网掩码 和 主机2 IP 计算出网段（网段：也被称为 网络地址）

主机2 IP地址     192.168.137.10     11000000.10101000.10001001.00001010

主机1子网掩码     255.255.255.0      111111111.111111111.111111111.00000000
===========================================================
按位与&                             11000000.10101000.10001001.00000000
                                   192.168.137.0

然后用 主机1子网掩码 和 主机1IP 计算出自己所在的网络地址

主机2 IP地址     192.168.137.5      11000000.10101000.10001001.00000110

主机1子网掩码     255.255.255.0      111111111.111111111.111111111.00000000
===========================================================
按位与&                             11000000.10101000.10001001.00000000
                                   192.168.137.0

两个网段都是 192.168.137.0 ，因此主机1和主机2是处在同一个局域网内的，所以接下来的通信是主机1广播ARP寻址包，查找主机2的MAC地址。

 

 

再假设一个 主机3，主机3是一台服务器，该服务器不与主机1在同一个局域网内。

主机3　　IP地址：104.233.232.39　　子网掩码：255.255.255.224　　默认网关：104.233.232.62

如果主机1访问主机3上的资源，首先用 主机1的子网掩码 和 主机3的IP 计算一下网络地址。

主机3 IP地址     104.233.232.39     1101000.11101001.11101000.00100111

主机1子网掩码     255.255.255.0      111111111.111111111.111111111.00000000

 ===========================================================

                                   1101000.11101001.11101000.00000000

                                 = 104.233.232.0

 104.233.232.0 和主机1所在的网段明显不同，此时 主机1 会将请求发送给默认网关 192.168.137.1 ，也就是路由器的地址。然后路由器负责接下来的通信。当路由器找到主机3后，反馈给主机1。此后，主机1和主机3的通信，都要走路由器过。

 

上面简单的概括了一下网络通讯的流程，接下来进一步的分析一下这些概念。

IP地址 和 子网掩码

IP地址和子网掩码是紧密相连的，只有IP地址是无法得出这个IP地址所在的 网络地址 的，要计算处IP地址所在的 网络地址 就要用 子网掩码。局域网内，只有相同 网络地址 的计算机才能相互通讯。 就比如：公司的电话系统，例：459 001，459 002 ....等，电话号码前都有一个区号比如459。 而IP中的 网络地址 就相当于这里的区号，只不过IP中的 网络地址 长度是不固定的，必须要IP地址和子网掩码进行 按位与 计算，才能得出 网络地址 值。

比如我有一个IP地址：104.160.41.50，子网掩码为：255.255.248.0

接下来要计算出网络地址，广播地址，和 主机号

网络地址：IP地址与子网掩码 进行逻辑与（&）运算。

IP地址     104.160.41.50      1101000.10100000.00101001.00110010

子网掩码    255.255.248.0     11111111.11111111.11111000.00000000
===========================================================
逻辑与&运算                   1101000.10100000.00101000.00000000
                   网络地址 = 104.160.40.0

 

广播地址：子网掩码取反后，与 网络地址 进行逻辑或(|)运算

子网掩码     255.255.248.0     11111111.11111111.11111000.00000000
取反~       0.0.7.255         00000000.00000000.00000111.11111111

网络地址    104.160.40.0      1101000.10100000.00101000.00000000
===========================================================
逻辑或|运算                   1101000.10100000.00101111.11111111 
                   广播地址 = 104.160.47.255

主机号：子网掩码取反后，与 IP地址 进行逻辑与(&)运算

子网掩码     255.255.248.0     11111111.11111111.11111000.00000000
取反~       0.0.7.255         00000000.00000000.00000111.11111111

IP地址     104.160.41.50      1101000.10100000.00101001.00110010
=========================================================== 
逻辑与&运算                    00000000.00000000.00000001.00110010
                     主机号 = 0.0.1.50

 

 

默认网关

网关可以理解为一个网络节点，它负责不同 网络地址(aka. 网段) 之间的通信。 一般情况下（家用网络环境 或 较小的网络环境），默认网关 就是我们的路由器设备。

在前面的基本案例中，也提到了，当一个主机发现它所访问的目标主机并不在同一个网段内时，主机就会发送数据包到默认网关，让默认网关进行下一步的查找，查到了就反馈给主机。

 

本文就先介绍到这里了，在结束本文之前，给大家出一个思考题。

主机A　　IP：192.168.10.5　　子网掩码：255.255.255.254　　默认网关：192.168.10.1

主机B　　IP：192.168.10.7　　子网掩码：255.255.255.0　　    默认网关：192.168.10.1

问题：请问主机A与主机B能相互通信吗？如果能相互通信，你能说出 A主动访问B 和 B主动访问A 的基本通信流程吗？

 

 

本文参考文献：

1. Default gateway 

2. Understand TCP/IP addressing and subnetting basics

3. Subnetwork