【计网】计网----子网掩码，网关，ARP协议的作用

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• • • • （1）子网掩码（Subnet Mask）
      • （2）网关（Gateway）
      • （3）ARP 协议（Address Resolution Protocol）

（1）子网掩码（Subnet Mask）

子网掩码的主要功能是告知网络设备，一个特定的 IP 地址的哪一部分是包含网络地址,与子网地址，哪一部分是主机地址。

网络的路由设备只要识别出目的地址的网络号与子网号即可作出路由寻址决策，IP 地址的主机部分不参与路由器的路由寻址操作，只用于在网段中唯一标识一个网络设备的接口。

本来，如果网络系统中只使用 A、B、C 这三种主类地址，而不对这三种主类地址作子网划分或者进行主类地址的汇聚，则网络设备根据 IP 地址的第一个字节的数值范围即可判断它属于 A、B、C 中的哪一个主类网，进而可确定该 IP 地址的网络部分和主机部分，不需要子网掩码的辅助。

但是在实际网络规划中，他们并不利于有效地分配有限的地址空间。

对于 A，B 类地址，很少有这么大规模的公司能够使用，对于 C 类地址所容纳的主机数又相对太少。

所以有类别的 IP 地址并不适用于网络规划。同时随着加入互联网的网络越来越多，路由寻经表急剧膨胀，这样不仅会降低网关寻径效率（甚至可能使寻径表溢出，从而造成寻径故障），更重要的是将增加内外部路径刷新时的开销，从而加重网络负担。

为了提高 IP 地址使用效率及路由效率，在基础的 IP 地址分类上对 IP 编址进行了相应改进。但为了使系统在对 A、B、C 这三种主类网进行了子网的划分，或者采用无类别的域间选路技术 CIDR (Classless Inter Domain Routing))对网段进行汇聚的情况下，也能对 IP 地址的网络及子网部分与主机部分作正确的区分，就必须依赖于子网掩码的帮助。子网掩码使用与 IP 相同的编址格式，子网掩码为 1 的部分对应于 IP 地址的网络与子网部分，子网掩码为 0 的部分对应于 IP 地址的主机部分。将子网掩码和 IP 地址作"与"操作后，IP 地址的主机部分将被丢弃，剩余的是网络地址和子网地址。

例如，一个 IP 分组的目的 IP
地址为：10.2.2.1，若子网掩码为：255.255.255.0，与之作"与"运算得：10.2.2.0，则网
络设备认为该 IP 地址的网络号与子网号为：10.2.2.0。

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（2）网关（Gateway）

在 Internet 中的网关一般是指用于连接两个或者两个以上网段的网络设备，
通常使用路由器（Router）作为网关。
在 TCP/IP 网络体系中，网关的基本作用是根据目的 IP 地址的网络号与子网号，选择最佳的出口对 IP 分组进行转发，实现跨网段的数据通信。

• 默认网关: 一台主机可能有多个网关，一个默认网关，数据发送过程中如果找不到其他的网关，就把数据包发给这个默认的网关，由这个网关来处理这个数据包；

默认网关的设置有手动和自动

手动：适合电脑数量比较少，这个跟设置静态ip 地址相同；
自动： 使用动态主机配置协议（DHCP）服务器自动来给电脑设置默认网关；

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（3）ARP 协议（Address Resolution Protocol）

在以太网（Ethernet）中，一个网络设备要和另一个网络设备进行直接通信，除了知道目标设备的网络层逻辑地址（如 IP 地址）外，还要知道目标设备的第二层物理地址（MAC地址）。ARP 协议的基本功能就是通过目标设备的 IP 地址，查询目标设备的 MAC 地址，以保证通信的顺利进行。

当一个网络设备需要和另一个网络设备通信时，它首先把目标设备的 IP 地址与自己的子网掩码进行"与"操作，以判断目标设备与自己是否位于同一网段内。

如果目标设备在同一网段内，并且源设备没有获得与目标 IP 地址相对应的 MAC 地址信息，则源设备以第二层广播的形式（目标 MAC 地址为全 1）发送 ARP 请求报文，在 ARP 请求报文中包含了源设备与目标设备的 IP 地址。

同一网段中的所有其他设备都可以收到并分析这个 ARP 请求报文，如果11某设备发现报文中的目标 IP 地址与自己的 IP 地址相同，则它向源设备发回 ARP 响应报文，通过该报文使源设备获得目标设备的 MAC 地址信息。

如果目标设备与源设备不在同一网段，则源设备首先把 IP 分组发向自己的缺省网关（Default Gateway），由缺省网关对该分组进行转发。如果源设备没有关于缺省网关的 MAC信息，则它同样通过 ARP 协议获取缺省网关的 MAC 地址信息。为了减少广播量，网络设备通过 ARP 表在缓存中保存 IP 与 MAC 地址的映射信息。在一次 ARP 的请求与响应过程中，通信双方都把对方的 MAC 地址与 IP 地址的对应关系保存在各自的 ARP 表中，以在后续的通信中使用。ARP 表使用老化机制，删除在一段时间内没有使用过的 IP 与 MAC 地址的映射关系。