信息在網(wǎng)絡(luò)中的漫游（二）

上1篇文章主要介紹了公共因特網(wǎng)的拓撲，或說物理結(jié)構(gòu)，那末這1篇文章要介紹IP――就是網(wǎng)絡(luò)中每一個節(jié)點或端系統(tǒng)的辨認問題。現(xiàn)實中，道路的端點是1個個村落或城市，它們都是著名字的，但是網(wǎng)絡(luò)世界中，用名字來標示每臺主機是1件不太明智的事，因而人們發(fā)明了IP這類方式來辨認主機。

IP是2進制數(shù)字，共有32位，理論上可以有2的32次方（大約40億）個不同0、1組合，因而可以標示這么多主機，每一個組合就是1臺主機的名字。以下圖是1個IP的例子：

11000001 00100000 11011000 00001001

明顯，這樣不方便記憶和書寫，因而人們發(fā)明了點分10進制法來做替換，具體就是，把每8個位用1個10進制數(shù)字代替，然后10進制數(shù)字之間用點號分隔，因而上面那個IP就能夠表示為：

193.32.216.9

不難想象，路由器既然要做中轉(zhuǎn)站，必定要與多臺主機/端系統(tǒng)相連，路由器伸出多條鏈路連接到各個主機，每一個主機被分配1個IP地址。那末路由器的IP是怎樣的呢？實際上路由器有多個IP或說它本身是沒有IP的，由于IP是1個與接口相干的概念，而不是1臺機器。所謂接口就是1臺機器和1條鏈路的交接處。表面上看，1條鏈路連接的是兩臺機器，但深入到機器內(nèi)部，這條鏈路的兩端卻是機器里的網(wǎng)卡（在路由器中又稱線路卡）。所以接口的本質(zhì)是這塊網(wǎng)卡，IP是與這塊網(wǎng)卡綁定在1起的。每一個網(wǎng)卡具有1個全球唯1的IP，因而每一個端系統(tǒng)就能夠被唯1定位或辨認出來，但是路由器卻有很多個網(wǎng)卡，所以可以說有很多個IP，也能夠說這些IP都不代表這個路由器本身。其實定位路由器本身也是沒有甚么意義的，下面我們就會知道。

首先要了解1下，路由器本身是如何工作的和每臺端系統(tǒng)是如何得到自己的IP的。路由器內(nèi)部保護著1個轉(zhuǎn)發(fā)表，其內(nèi)容就是IP和自己接口的映照關(guān)系。IP是指該路由器接收到的分組的目的IP，而內(nèi)部的每塊網(wǎng)卡（即接口）都是有編號的。舉個例子：

192.0.0.1 ―――― 1 ―――――― A

192.0.0.2 ―――― 2 ―――――― B

192.0.0.3 ―――― 3 ―――――― C

192.0.0.4 ―――― 4 ―――――― D

路由器根據(jù)自己的轉(zhuǎn)發(fā)表來轉(zhuǎn)發(fā)分組，上圖中的轉(zhuǎn)發(fā)表決定了目的IP是192.0.0.1的分組要發(fā)送到1號接口，然后1號接口通過1條鏈路與主機A相連，然后A的IP就順理成章的成為192.0.0.1，同理B、C、D的IP順次是192.0.2/3/4。

看到這里或許你就可以明白，所謂IP不過就是路由器轉(zhuǎn)發(fā)表中的1個數(shù)字，或說，你的IP其實不是你的，你自己是用不到它的，只有你的路由器才需要它。路由器需要1個IP來決定把1個分組扔到哪一個接口（也就是鏈路）。也許有1條鏈路把你的主機和路由器的1個接口固定起來，但是這其實不意味著你的IP也是固定的，由于路由器隨時可以改變轉(zhuǎn)發(fā)表，修改掉你的路由器接口和IP之間的映照關(guān)系。比如大學(xué)時期，我們宿舍每一個人的桌子底下都有1個網(wǎng)線插口，這個插口肯定通過1條鏈路和學(xué)校路由器的某個接口固定，但是我發(fā)現(xiàn)自己電腦的IP并不是是固定的。

小結(jié)：IP的決定權(quán)不在端系統(tǒng)手中，而在與它相連的那臺路由器手中。

上面例子中的那臺路由器的工作還是非常低級的，由于每一個接口直接連接了1臺端系統(tǒng)，或說該路由器中轉(zhuǎn)發(fā)表中的接口編號對應(yīng)的是1個個再具體不過的IP。實際上真實的路由器是不屑于干這類活兒的，由于太大材小用了?，F(xiàn)實世界中，這類活兒常常由以太網(wǎng)交換機或集線器承當(dāng)，以太網(wǎng)是局域網(wǎng)的1種實現(xiàn)思路。為何說大材小用呢？由于路由器轉(zhuǎn)發(fā)表中接口編號對應(yīng)的其實不是具體的IP，而是IP的1個范圍，以下所示：

192.0.0.0～192.0.0.63 ―――― 1 ―――――― A

192.0.0.64  ～ 192.0.0.127 ―――― 2 ―――――― B

192.0.0.128 ～ 192.0.0.191 ―――― 3 ―――――― C

192.0.0.192 ～ 192.0.0.255 ―――― 4 ―――――― D

這樣，路由器接收到1個分組，會檢查它的目的IP出于哪一個范圍，然后扔到對應(yīng)的接口。注意，這個圖中，A～D不再是具體的端系統(tǒng)了，而是局域網(wǎng)中的交換機或集線器，它們收到分組后再繼續(xù)決定把分組發(fā)送到哪一個具體端系統(tǒng)。

這樣做的好處就是：減輕了路由器的負擔(dān)，它的轉(zhuǎn)發(fā)表不需要保護那末多的映照。

現(xiàn)在我們把眼光集中到上例中IP范圍上，我們把192.0.0.0～192.0.0.63轉(zhuǎn)換成2進制就是：

11000000 00000000 00000000 00000000 ～ 11000000 00000000 00000000 00111111

可以發(fā)現(xiàn)，處在這個范圍中的數(shù)（2進制），其前26位是相同的，都是11000000 00000000 00000000 00，只有后面6位不1樣。人們發(fā)明了1種方法來表示這個有規(guī)律可循的范圍，即：192.0.0.0/26，26表示這1范圍的地址的前26位都是相同的，稱之為IP地址的前綴；192.0.0.0是這個范圍的起始IP。

一樣道理，192.0.0.64  ～ 192.0.0.127表示為192.0.0.64/26；192.0.0.128 ～ 192.0.0.191表示為192.0.0.128/26；

192.0.0.192 ～ 192.0.0.255表示為192.0.0.192/26。

那末現(xiàn)在，路由器的每一個接口連到1個交換機(交換機本身沒有IP的)上，交換機再與各個端系統(tǒng)相連，并且與這個交換機相連的每一個接口都有相同的前綴：各個端系統(tǒng)就沒必要多言了，為何路由器上的那個接口也要保持相同的前綴呢？雖然前面說過它也有自己的IP，但沒說具體是怎樣的。實際上，這個路由器的接口和交換機那1頭的端系統(tǒng)構(gòu)成了1個子網(wǎng)，同1子網(wǎng)內(nèi)的所有接口必須具有相同的前綴，這樣我們就能夠給出這個子網(wǎng)的地址，也就是上面所說的起始IP（注意到起始IP的末尾幾位都是0，國際規(guī)定，1個IP除去前綴后的末尾幾位若都是0，則這個IP代表這個子網(wǎng)的IP，且該IP不能用做子網(wǎng)內(nèi)任意1臺端系統(tǒng)的IP）。

再來談?wù)勥@個路由器接口的IP，其實我覺得可以把它看作子網(wǎng)派到路由器內(nèi)部的外交官，是為了子網(wǎng)內(nèi)部的其他端系統(tǒng)方便尋覓路由器而設(shè)定的。從上面的分析中我們可以看到，在路由器內(nèi)部是不會用到這個接口的IP的，由于路由器直接給了它1個內(nèi)部編號。

好了，上面的那臺路由器算是入門級的了，它下面有4個子網(wǎng)（而且網(wǎng)段很平均），這固然是1種理想化的狀態(tài)，現(xiàn)實中可能要復(fù)雜的多?？梢韵氲剑@臺路由器下面的4個子網(wǎng)其實構(gòu)成了另外一個大1點的子網(wǎng)，而這臺路由器就是高級1點的交換機，這個大1點的子網(wǎng)的地址不難看出就是192.0.0.0/24，前24位是相同的。

子網(wǎng)是1個相對的概念，我們也能夠說真?zhèn)€中國的網(wǎng)絡(luò)也是1個子網(wǎng)，由于它上面也還有高級路由器。明顯，子網(wǎng)的范圍越大，其前綴越短；子網(wǎng)越小，前綴越長。ISP們其實就是拿到了某個子網(wǎng)的分配權(quán)，然后出賣IP地址。越高級的ISP管理的子網(wǎng)的范圍越大。那末誰是終極大BOSS呢？哈哈，ICANN，DNS也是歸他管的，谷歌1下吧。

還有1個問題：在最底層的那種路由器中（也稱為網(wǎng)關(guān)路由器），為何需要1個交換機才能與各個端系統(tǒng)相連呢？難道不能從1個接口伸出很多條線路然后連接各個主機？呃，這個問題我也還沒想明白。。

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