IP地址和子网掩码
提到“地址”，我们会想到快递，收发快递时候，得有发件人地址和收件人地址，才能保证快递能正确的送达目的地，比如这样：
ip地址其实就是互联网上的地址，全称Internet Protocol Address，我们在网上刷知乎啊，刷美剧啊，和师妹聊天啊，其实就是一个一个数据包在互联网上收发的过程。
知乎有个ip，我们电脑有个ip，这篇回答就从知乎发到了电脑上。
b站有个ip，我们电脑有个ip，后浪就从b站发到了电脑上。
心上人手机有个ip，我们电脑有个ip，喜欢的人消息总是不来，不知道为什么。
那么，我们电脑的ip地址是什么样呢？
百度一下，怎么查看ip地址，我们能看到这样的内容：
ip地址分为ipv4和ipv6，当前主流是ipv4，
可以看出现在这台电脑的ip地址是192.168.11.165
那么这个地址是怎么来的呢，我们打开电脑就开始刷知乎刷b站和师妹聊天，并没有设置地址呀！
在我们网络里有个“dhcp服务器”，dhcp服务器的作用就是给各个电脑（或手机）自动分配ip地址。
第一步，电脑开机，没地址，会发出一个请求地址的数据包。这个数据包叫dhcp discover，是要发给dhcp服务器的，向dhcp服务器请求地址。
现在问题来了，是先有鸡还是先有蛋的问题。
鸡是由蛋孵出来的，所以得先有蛋。
蛋是鸡下的，所以得先有鸡。
互联网上的报文必须有源地址和目标地址，所以得先有地址才能把数据包发出去。
现在要发个包给dhcp服务器，但是没有地址，这个包怎么发出去呢？
鸡和蛋的千古难题，无法考证。
但是dhcp是这么做的：
电脑发出的包，没地址没关系，就把源地址写成0.0.0.0，所以数据包中看到这个地址，说明源主机暂时还没有地址，但是为了遵循互联网协议标准，先把地址写上0.0.0.0
目标地址应该是dhcp服务器，但是dhcp服务器是谁也不知道呀，这里就把目标地址写成255.255.255.255，这个特殊地址代表“广播”，顾名思义，就是给所有人都发。
数据包的内容也很简单，意思就是“请dhcp服务器回答，我需要个地址”。
那么无关主机收到，就会丢弃这个包，因为自己不是dhcp服务器，不回答。
dhcp服务器收到，那么就会履行他的职责，给电脑分配一个地址。
如图，通过抓包工具捕获的dhcp discover包，源地址是0.0.0.0，目标地址是255.255.255.255
现在看dhcp工作的第二步，发offer
dhcp服务器收到请求后，会给电脑分配地址，这也是通过一个数据包返回给电脑的。电脑收到这个包，就会根据dhcp协议为自己配上地址。
等下，问题又来了，刚才说了电脑还没地址，那么dhcp服务器是怎么把这个包发给电脑的的呢？
虽然电脑没ip地址，但是电脑有另外一个地址，“mac地址”，也就是前面那张图片上的“物理地址”，dhcp服务器也可以通过mac地址将数据包发给电脑，这样电脑收到后，就会给自己配上ip地址了。
听起来很复杂，既然用mac地址就可以，为什么非得配ip地址？这么麻烦。
答案是这样的，虽然可以用mac地址通信，但是只限于本地通信，也就是一个很小的局域网，没办法加入互联网，所以也没办法刷知乎，看b站，和师妹聊天了。所以还是得有ip地址。
现在来看dhcp工作的第二步，也就是dhcp服务器给电脑发的dhcp offer包。
这里看到目标mac地址：
打开offer包，会看到服务器准备给电脑分配的地址。
然后第三步，电脑会通过发送dhcp request包，确定使用这个地址
服务器明明都把地址发过来了，为什么电脑还要再申请一次呢？
是因为网络中为了可靠性，可能会部署多台dhcp服务器，这样电脑可能会收到多个offer，到底使用哪个地址，则需要再发一个dhcp request来确认。服务器也是收到dhcp request后，才会真正的把这个地址分配出去。
最后一步，dhcp服务器通过ack包，真正的把地址分配给电脑。
那么ip地址中的“子网掩码”是做什么用的呢，配置地址时，子网掩码是必不可少的。
举个熟悉的例子：
小明是大一新生，小明的学号是05510050433，
小明看到另一个学号，立即可以知道另一个同学和自己是不是同班同学。
比如好看的女生小红05510050435是同班同学，
好看的男生小蓝05510030313不是同班同学，
怎么看出的呢，学号前面部分数字相同就是同班同学。
学号大致分为两部分，前面部分是班级编号，后面部分是个人编号。
现在回到ip地址和子网掩码
电脑（或者手机、ipad、小爱同学）都要联网，联网就会有ip地址，ip地址一般是自动获取的，但是如果用手动配置的话，会发现必须填写子网掩码，否则是不让确认的。
子网掩码的作用，是确定ip地址所在的网段。
小明必须知道自己的班级，电脑也必须知道自己的网段。
小明学号的前9位代表班级编号，这个是学校制定的，
那么ip地址的前多少位代表网段呢，这个就得看子网掩码了。
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ip地址分为两部分，前面部分叫“网络位”，类似于学号中的班级编号，只要两个ip的网络位相同，那么他们就是同网段。
ip地址后面的部分叫“主机位”，代表这个主机的个体编号，类似学号中老师每次点名喊的数字。
那么两个ip是否同网段，要看他们的网络位是否相同
192.168.1.199
255.255.255.0
这样的掩码，代表192.168.1.是网络位，另一个地址只要也是192.168.1开头，就是同网段了。
192.168.1.199
255.255.0.0
这样的掩码，代表192.168.是网络位，另一个地址只要192.168开头就是同网段了。
看到这里，应该已经发现规律了，子网掩码几个255，那ip地址的前几段就是网络位
可是实际情况往往错综复杂。
比如苹果手机热点给电脑分配的地址是这样的：
发现掩码是3个255还带个240
在实际的工程项目中，也会做类似的网络规划，那么后面这个240又是怎么回事呢？
这里需要把ip地址换成二进制来看，用win10 自带的计算器可以换算，先算完再来看原理。
打开打算器，选择“程序员”，输入172，可以得到172对应的二进制，然后再得到其他几个数的二进制。
172=10101100
20=00010100
10=00001010
8=00001000
注意，每个数字都要凑齐8位的二进制，不够8位前面写0
换算完后，ip地址172.20.10.8变成了
10101100. 00010100. 00001010. 00001000
然后再换算掩码
255.255.255.240变成了
11111111.11111111.11111111.11110000
发现掩码非常整齐，前面全是1后面全是0
那这里怎么从掩码来得出网络位，其实非常简单，掩码有多少个1，ip地址的前多少位就是网络位，那么这个ip的网络位就是前28位。
也就是10101100. 00010100. 00001010. 0000
如果另一个ip的二进制，前28位也是这样，那么就是同网段。
当然，二进制很不友好，所以我们还可以计算出自己所在的网段的范围。
那就是网络位固定下来，主机位从全0到全1就可以。
10101100. 00010100. 00001010. 00000000到10101100. 00010100. 00001010. 00001111
换回十进制就是
172.20.10.0到172.20.10.15
所以，超过15的都不是同网段了。
用掩码算了半天的网段，那么问题来了，为什么要算网段？
因为对电脑老说，访问同网段的目标，和访问不同网段的目标，采取的通信方法不一样，他得先知道是否同网段，才能做下一步的动作。
如果目标是同网段，那么可以直接通信，直接发数据就好了。
如果目标不是同网段，那么不能直接通信，必须先交给一个中间人，也就是网关设备，由网关设备帮忙转发。
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