信息在网络中的漫游（二）

上1篇文章主要介绍了公共因特网的拓扑，或说物理结构，那末这1篇文章要介绍IP――就是网络中每一个节点或端系统的辨认问题。现实中，道路的端点是1个个村落或城市，它们都是着名字的，但是网络世界中，用名字来标示每台主机是1件不太明智的事，因而人们发明了IP这类方式来辨认主机。

IP是2进制数字，共有32位，理论上可以有2的32次方（大约40亿）个不同0、1组合，因而可以标示这么多主机，每一个组合就是1台主机的名字。以下图是1个IP的例子：

11000001 00100000 11011000 00001001

明显，这样不方便记忆和书写，因而人们发明了点分10进制法来做替换，具体就是，把每8个位用1个10进制数字代替，然后10进制数字之间用点号分隔，因而上面那个IP就能够表示为：

193.32.216.9

不难想象，路由器既然要做中转站，必定要与多台主机/端系统相连，路由器伸出多条链路连接到各个主机，每一个主机被分配1个IP地址。那末路由器的IP是怎样的呢？实际上路由器有多个IP或说它本身是没有IP的，由于IP是1个与接口相干的概念，而不是1台机器。所谓接口就是1台机器和1条链路的交接处。表面上看，1条链路连接的是两台机器，但深入到机器内部，这条链路的两端却是机器里的网卡（在路由器中又称线路卡）。所以接口的本质是这块网卡，IP是与这块网卡绑定在1起的。每一个网卡具有1个全球唯1的IP，因而每一个端系统就能够被唯1定位或辨认出来，但是路由器却有很多个网卡，所以可以说有很多个IP，也能够说这些IP都不代表这个路由器本身。其实定位路由器本身也是没有甚么意义的，下面我们就会知道。

首先要了解1下，路由器本身是如何工作的和每台端系统是如何得到自己的IP的。路由器内部保护着1个转发表，其内容就是IP和自己接口的映照关系。IP是指该路由器接收到的分组的目的IP，而内部的每块网卡（即接口）都是有编号的。举个例子：

192.0.0.1 ―――― 1 ―――――― A

192.0.0.2 ―――― 2 ―――――― B

192.0.0.3 ―――― 3 ―――――― C

192.0.0.4 ―――― 4 ―――――― D

路由器根据自己的转发表来转发分组，上图中的转发表决定了目的IP是192.0.0.1的分组要发送到1号接口，然后1号接口通过1条链路与主机A相连，然后A的IP就顺理成章的成为192.0.0.1，同理B、C、D的IP顺次是192.0.2/3/4。

看到这里或许你就可以明白，所谓IP不过就是路由器转发表中的1个数字，或说，你的IP其实不是你的，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个IP来决定把1个分组扔到哪一个接口（也就是链路）。也许有1条链路把你的主机和路由器的1个接口固定起来，但是这其实不意味着你的IP也是固定的，由于路由器随时可以改变转发表，修改掉你的路由器接口和IP之间的映照关系。比如大学时期，我们宿舍每一个人的桌子底下都有1个网线插口，这个插口肯定通过1条链路和学校路由器的某个接口固定，但是我发现自己电脑的IP并不是是固定的。

小结：IP的决定权不在端系统手中，而在与它相连的那台路由器手中。

上面例子中的那台路由器的工作还是非常低级的，由于每一个接口直接连接了1台端系统，或说该路由器中转发表中的接口编号对应的是1个个再具体不过的IP。实际上真实的路由器是不屑于干这类活儿的，由于太大材小用了。现实世界中，这类活儿常常由以太网交换机或集线器承当，以太网是局域网的1种实现思路。为何说大材小用呢？由于路由器转发表中接口编号对应的其实不是具体的IP，而是IP的1个范围，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

这样，路由器接收到1个分组，会检查它的目的IP出于哪一个范围，然后扔到对应的接口。注意，这个图中，A～D不再是具体的端系统了，而是局域网中的交换机或集线器，它们收到分组后再继续决定把分组发送到哪一个具体端系统。

这样做的好处就是：减轻了路由器的负担，它的转发表不需要保护那末多的映照。

现在我们把眼光集中到上例中IP范围上，我们把192.0.0.0～192.0.0.63转换成2进制就是：

11000000 00000000 00000000 00000000 ～ 11000000 00000000 00000000 00111111

可以发现，处在这个范围中的数（2进制），其前26位是相同的，都是11000000 00000000 00000000 00，只有后面6位不1样。人们发明了1种方法来表示这个有规律可循的范围，即：192.0.0.0/26，26表示这1范围的地址的前26位都是相同的，称之为IP地址的前缀；192.0.0.0是这个范围的起始IP。

一样道理，192.0.0.64  ～ 192.0.0.127表示为192.0.0.64/26；192.0.0.128 ～ 192.0.0.191表示为192.0.0.128/26；

192.0.0.192 ～ 192.0.0.255表示为192.0.0.192/26。

那末现在，路由器的每一个接口连到1个交换机(交换机本身没有IP的)上，交换机再与各个端系统相连，并且与这个交换机相连的每一个接口都有相同的前缀：各个端系统就没必要多言了，为何路由器上的那个接口也要保持相同的前缀呢？虽然前面说过它也有自己的IP，但没说具体是怎样的。实际上，这个路由器的接口和交换机那1头的端系统构成了1个子网，同1子网内的所有接口必须具有相同的前缀，这样我们就能够给出这个子网的地址，也就是上面所说的起始IP（注意到起始IP的末尾几位都是0，国际规定，1个IP除去前缀后的末尾几位若都是0，则这个IP代表这个子网的IP，且该IP不能用做子网内任意1台端系统的IP）。

再来谈谈这个路由器接口的IP，其实我觉得可以把它看作子网派到路由器内部的外交官，是为了子网内部的其他端系统方便寻觅路由器而设定的。从上面的分析中我们可以看到，在路由器内部是不会用到这个接口的IP的，由于路由器直接给了它1个内部编号。

好了，上面的那台路由器算是入门级的了，它下面有4个子网（而且网段很平均），这固然是1种理想化的状态，现实中可能要复杂的多。可以想到，这台路由器下面的4个子网其实构成了另外一个大1点的子网，而这台路由器就是高级1点的交换机，这个大1点的子网的地址不难看出就是192.0.0.0/24，前24位是相同的。

子网是1个相对的概念，我们也能够说真个中国的网络也是1个子网，由于它上面也还有高级路由器。明显，子网的范围越大，其前缀越短；子网越小，前缀越长。ISP们其实就是拿到了某个子网的分配权，然后出卖IP地址。越高级的ISP管理的子网的范围越大。那末谁是终极大BOSS呢？哈哈，ICANN，DNS也是归他管的，谷歌1下吧。

还有1个问题：在最底层的那种路由器中（也称为网关路由器），为何需要1个交换机才能与各个端系统相连呢？难道不能从1个接口伸出很多条线路然后连接各个主机？呃，这个问题我也还没想明白。。

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