***网络GIS原理与应用***（计算机网络原理）
借鉴（计算机网络基础知识总结 | 菜鸟教程 (runoob.com)）
2.5 I P地址
(1)网络地址
- IP地址由网络号（包括子网号）和主机号组成，网络地址的主机号为全0，网络地址代表着整个网络
(2)广播地址
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广播地址通常称为直接广播地址，是为了区分受限广播地址。
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广播地址与网络地址的主机号正好相反，广播地址中，主机号为全1。当向某个网络的广播地址发送消息时，该网络内的所有主机都能收到该广播消息。
(3)组播地址
A类地址以0开头，第一个字节作为网络号，地址范围为：0.0.0.0~127.255.255.255；
B类地址以10开头，前两个字节作为网络号，地址范围是：128.0.0.0~191.255.255.255;
C类地址以110开头，前三个字节作为网络号，地址范围是：192.0.0.0~223.255.255.255；
D类地址以1110开头，地址范围是224.0.0.0~239.255.255.255，D类地址作为组播地址（一对多的通信）；
E类地址以1111开头，地址范围是240.0.0.0~255.255.255.255，E类地址为保留地址，供以后使用。
注：只有A,B,C有网络号和主机号之分，D，E没有划分网络号和主机号。
(4)255.255.255.255
该IP地址指的是受限的广播地址。受限广播地址与一般广播地址（直接广播地址）的区别在于，受限广播地址只能用于本地网络，路由器不会转发以受限广播地址为目的地址的分组；一般广播地址既可在本地广播，也可跨网段广播。
(5)0.0.0.0
常用于寻找自己的IP地址，例如在我们的RARP，BOOTP和DHCP协议中，若某个未知IP地址的无盘机想要知道自己的IP地址，它就以255.255.255.255为目的地址，向本地范围（具体而言是被各个路由器屏蔽的范围内）的服务器发送IP请求分组。
(6)回环地址
127.xx.yy.zz被用作回环地址，回环地址表示本机的地址，常用于对本机的测试，用的最多的是127.0.0.1。
(7)A、B、C类私有地址
私有地址(private address)也叫专用地址，它们不会在全球使用，只具有本地意义。
A类私有地址：10.0.0.0~10.255.255.255
B类私有地址：172.16.0.0~172.31.255.255
C类私有地址：192.168.0.0~192.168.255.255
2.6子网掩码及网络划分
子网掩码
子网掩码是标志两个IP地址是否同属于一个子网的，也是32位二进制地址，其每一个为1代表该位是网络位，为0代表主机位。它和IP地址一样也是使用点式十进制来表示的。如果两个IP地址在子网掩码的按位与的计算下所得结果相同，即表明它们共属于同一子网中。
在计算子网掩码时，我们要注意IP地址中的保留地址，即" 0"地址和广播地址，它们是指主机地址或网络地址全为" 0"或" 1"时的IP地址，它们代表着本网络地址和广播地址，一般是不能被计算在内的。
子网掩码的求法一般有下边的两种（对于无须再划分成子网的IP地址来说，其子网掩码非常简单，即按照其定义即可写出：如某B类IP地址为 10.12.3.0，无须再分割子网，则该IP地址的子网掩码255.255.0.0。如果它是一个C类地址，则其子网掩码为 255.255.255.0。其它类推，不再详述。下面我们关键要介绍的是一个IP地址，还需要将其高位主机位再作为划分出的子网网络号，剩下的是每个子网的主机号，这时该如何进行每个子网的掩码计算。）
- 利用子网数来计算
算法实现：在求子网掩码之前必须先搞清楚要划分的子网数目，以及每个子网内的所需主机数目。（补充：子网数=主机位^3，172.16.2.160换算成二进制就是10101100.00010000.00000010.10 | 100000 ，其中"|“线前是网络位,”|"线后是主机位）
- 将子网数目转化为二进制来表示；欲将B类IP地址168.195.0.0划分成27个子网：27=11011
- 取得该二进制的位数，为 N；二进制为五位数，N = 5
- 取得该IP地址的类子网掩码，将其主机地址部分的前N位置1 得出该IP地址划分子网的子网掩码。B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址前5位置 1，255.255.248.0（11111111.11111111.11111111.11111|000）
- 利用主机数来计算
如欲将B类IP地址168.195.0.0划分成若干子网，每个子网内有主机700台：
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将主机数目转化为二进制来表示；
700=1010111100 -
如果主机数小于或等于254（注意去掉保留的两个IP地址），则取得该主机的二进制位数，为N，这里肯定 N<8。如果大于254，则 N>8，这就是说主机地址将占据不止8位；该二进制为十位数，N=10；
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使用255.255.255.255来将该类IP地址的主机地址位数全部置1，然后从后向前的将N位全部置为 0，即为子网掩码值。
将该B类地址的子网掩码255.255.0.0的主机地址全部置1，得到255.255.255.255，然后再从后向前将后 10位置0,即为：11111111.11111111.11111100.00000000，即255.255.252.0。这就是该欲划分成主机为700台的B类IP地址 168.195.0.0的子网掩码。
- 还有一种题型，要你根据每个网络的主机数量进行子网地址的规划和计算子网掩码。
比如一个子网有10台主机，那么对于这个子网需要的IP地址是：
10＋1＋1＋1//注：加的第一个1是指这个网络连接时所需的网关地址，接着的两个1分别是指网络地址和广播地址//
因为13小于16（16等于2的4次方），所以主机位为4位。而256－16＝240，所以该子网掩码为255.255.255.240。
如果一个子网有14台主机，不少人常犯的错误是：依然分配具有16个地址空间的子网，而忘记了给网关分配地址。这样就错误了，因为14＋1＋1＋1＝17，17大于16，所以我们只能分配具有32个地址（32等于2的5次方）空间的子网。这时子网掩码为：255.255.255.224。
2.6 ARP/RARP协议
- ARP工作流程
概念：地址解析协议，即ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。（ARP协议只适用于局域网）
应用：ARP命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址的对应关系、添加或删除静态对应关系等。
主机A的IP地址为192.168.1.1，MAC地址为0A-11-22-33-44-01；
主机B的IP地址为192.168.1.2，MAC地址为0A-11-22-33-44-02；
当主机A要与主机B通信时，地址解析协议可以将主机B的IP地址（192.168.1.2）解析成主机B的MAC地址，以下为工作流程：
- 根据主机A上的路由表内容，IP确定用于访问主机B的转发IP地址是192.168.1.2。然后A主机在自己的本地ARP缓存中检查主机B的匹配MAC地址。
- 如果主机A在ARP缓存中没有找到映射，它将询问192.168.1.2的硬件地址，从而将ARP请求帧广播到本地网络上的所有主机。源主机A的IP地址和MAC地址都包括在ARP请求中。本地网络上的每台主机都接收到ARP请求并且检查是否与自己的IP地址匹配。如果主机发现请求的IP地址与自己的IP地址不匹配，它将丢弃ARP请求。
- 主机B确定ARP请求中的IP地址与自己的IP地址匹配，则将主机A的IP地址和MAC地址映射添加到本地ARP缓存中。
- 主机B将包含其MAC地址的ARP回复消息直接发送回主机A。
- 当主机A收到从主机B发来的ARP回复消息时，会用主机B的IP和MAC地址映射更新ARP缓存。本机缓存是有生存期的，生存期结束后，将再次重复上面的过程。主机B的MAC地址一旦确定，主机A就能向主机B发送IP通信了。
- ARP代理
如果ARP请求时从一个网络的主机发往另一个网络上的主机，那么连接这两个网络的路由器可以回答该请求，这个过程称作委托ARP或者ARP代理。这样可以欺骗发起ARP请求的发送端，使它误以为路由器就是目的主机。
- RARP工作流程
概念：逆地址解析协议，即RARP，功能和ARP协议相对，其将局域网中某个主机的物理地址转换为IP地址。
应用：RARP协议广泛应用于无盘工作站引导时获取IP地址。
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主机发送一个本地的RARP广播，在此广播包中，声明自己的MAC地址并且请求任何收到此请求的RARP服务器分配一个IP地址。
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本地网段上的RARP服务器收到此请求后，检查其RARP列表，查找该MAC地址对应的IP地址。
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如果存在，RARP服务器就给源主机发送一个响应数据包并将此IP地址提供给对方主机使用。
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如果不存在，RARP服务器对此不做任何的响应。
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源主机收到从RARP服务器的响应信息，就利用得到的IP地址进行通讯；如果一直没有收到RARP服务器的响应信息，表示初始化失败。
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帧格式
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-IcZEhV2a-1632818406501)(E:\大三上\Web Gis\图像\ARP_RARP帧格式.png)] -
以太网目的地址：目的主机的硬件地址。目的地址全为1的特殊地址是广播地址。
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以太网源地址：源主机的硬件地址。
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帧类型：对于ARP协议，该字段为0x0806。对于RARP协议，该字段为0x8035。
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硬件类型：表示硬件地址的类型。值为1时表示以太网地址。也就是说ARP协议不仅仅应用于以太网协议，还可以支持别的链路层协议。
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协议类型：表示要映射的协议地址类型。值为0x0800时表示IP协议。
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硬件地址长度：与硬件类型对应的硬件地址的长度，以字节为单位。如果是以太网，则是6字节（MAC长度）。
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协议地址长度：与协议类型对应的协议地址长度，以字节为单位。如果是IP协议，则是4字节（IP地址长度）。
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操作类型（op）：四中操作类型。ARP请求（1），ARP应答（2），RARP请求（3），RARP应答（4）。
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发送端硬件地址：如果是以太网，则是源主机以太网地址，此处和以太网头中的源地址对应。
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发送端协议地址：如果是IP协议，则表示源主机的IP地址。
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目的端硬件地址：如果是以太网，则是目的以太网地址，和以太网头中的目的地址对应。
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目的端协议地址：如果是IP协议，则表示源主机要请求硬件地址的IP地址。
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对应ARP请求包来说，目的端的硬件地址字段无须填充，其他字段都需要填充。对于ARP回复包来说，所有字段都需要填充。
APR请求包是广播的，但是ARP应答帧是单播的。
以太网数据报最小长度是60字节（14字节的以太网头，不包含4字节的FCS），ARP数据包长度为42字节（14字节的以太网头和28字节的ARP数据），需要加入填充字符到以太网最小长度要求：60字节。
2.7路由器选择协议（RIP协议、OSPF协议）
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RIP协议 ：底层是贝尔曼福特算法，它选择路由的度量标准（metric)是跳数，最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包。
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OSPF协议 ：Open Shortest Path First开放式最短路径优先，底层是迪杰斯特拉算法，是链路状态路由选择协议，它选择路由的度量标准是带宽，延迟。
注：贝尔曼-福特算法(Bellman–Ford algorithm )用于计算出起点到各个节点的最短距离，支持存在负权重的情况；狄克斯特拉算法(Dijkstra )用于计算出不存在非负权重的情况下，起点到各个节点的最短距离。
法，它选择路由的度量标准（metric)是跳数，最大跳数是15跳，如果大于15跳，它就会丢弃数据包。