信息在網絡中的漫游（二）

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

IP是2進制數字，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進制數字代替，然后10進制數字之間用點號分隔，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站，必定要與多臺主機/端系統相連，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，但深入到機器內部，這條鏈路的兩端卻是機器里的網卡（在路由器中又稱線路卡）。所以接口的本質是這塊網卡，IP是與這塊網卡綁定在1起的。每一個網卡具有1個全球唯1的IP，因而每一個端系統就能夠被唯1定位或辨認出來，但是路由器卻有很多個網卡，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是如何得到自己的IP的。路由器內部保護著1個轉發表，其內容就是IP和自己接口的映照關系。IP是指該路由器接收到的分組的目的IP，而內部的每塊網卡（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

路由器根據自己的轉發表來轉發分組，上圖中的轉發表決定了目的IP是192.0.0.1的分組要發送到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不過就是路由器轉發表中的1個數字，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發表，修改掉你的路由器接口和IP之間的映照關系。比如大學時期，我們宿舍每一個人的桌子底下都有1個網線插口，這個插口肯定通過1條鏈路和學校路由器的某個接口固定，但是我發現自己電腦的IP并不是是固定的。

小結：IP的決定權不在端系統手中，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，或說該路由器中轉發表中的接口編號對應的是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。現實世界中，這類活兒常常由以太網交換機或集線器承當，以太網是局域網的1種實現思路。為何說大材小用呢？由于路由器轉發表中接口編號對應的其實不是具體的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，然后扔到對應的接口。注意，這個圖中，A～D不再是具體的端系統了，而是局域網中的交換機或集線器，它們收到分組后再繼續決定把分組發送到哪一個具體端系統。

這樣做的好處就是：減輕了路由器的負擔，它的轉發表不需要保護那末多的映照。

現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轉換成2進制就是：

11000000 00000000 00000000 00000000 ～ 11000000 00000000 00000000 00111111

可以發現，處在這個范圍中的數（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。人們發明了1種方法來表示這個有規律可循的范圍，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頭的端系統構成了1個子網，同1子網內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代表這個子網的IP，且該IP不能用做子網內任意1臺端系統的IP）。

再來談談這個路由器接口的IP，其實我覺得可以把它看作子網派到路由器內部的外交官，是為了子網內部的其他端系統方便尋覓路由器而設定的。從上面的分析中我們可以看到，在路由器內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（而且網段很平均），這固然是1種理想化的狀態，現實中可能要復雜的多。可以想到，這臺路由器下面的4個子網其實構成了另外一個大1點的子網，而這臺路由器就是高級1點的交換機，這個大1點的子網的地址不難看出就是192.0.0.0/24，前24位是相同的。

子網是1個相對的概念，我們也能夠說真個中國的網絡也是1個子網，由于它上面也還有高級路由器。明顯，子網的范圍越大，其前綴越短；子網越小，前綴越長。ISP們其實就是拿到了某個子網的分配權，然后出賣IP地址。越高級的ISP管理的子網的范圍越大。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（也稱為網關路由器），為何需要1個交換機才能與各個端系統相連呢？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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