计算机网络九：IP地址、子网掩码、默认网关、DHCP服务器、DNS服务器、WINS服务器

一、IP地址与子网掩码

1、IP地址

ipv4下，ip地址=网络号+主机号。

2、子网掩码

        子网掩码(subnet mask)又叫网络掩码、地址掩码、子网络遮罩，它是一种用来指明一个IP地址的哪些位标识的是主机所在的子网，以及哪些位标识的是主机的位掩码。子网掩码不能单独存在，它必须结合IP地址一起使用。子网掩码只有一个作用，就是将某个IP地址划分成网络地址和主机地址两部分。

       子网掩码是一个32位地址，用于屏蔽IP地址的一部分以区别网络标识和主机标识，并说明该IP地址是在局域网上，还是在远程网上。

       子网掩码——屏蔽一个IP地址的网络部分的“全1”比特模式。对于A类地址来说，默认的子网掩码是255.0.0.0；对于B类地址来说默认的子网掩码是255.255.0.0；对于C类地址来说默认的子网掩码是255.255.255.0。利用子网掩码可以把大的网络划分成子网，即VLSM（可变长子网掩码），也可以把小的网络归并成大的网络即超网。

3、子网掩码作用

       子网掩码是用来判断任意两台计算机的ip地址是否属于同一子网络的根据。最为简单的理解就是两台计算机各自的ip地址与子网掩码进行and运算后，得出的结果是相同的，则说明这两台计算机是处于同一个子网络上的，可以进行直接的通讯。

        A. 子网掩码是“255.255.255.0”的网络：最后面一个数字可以在0~255范围内任意变化，因此可以提供256个IP地址。但是实际可用的IP地址数量是256-2，即254个，因为主机号不能全是“0”或全是“1”。

        B. 子网掩码是“255.255.0.0”的网络：后面两个数字可以在0~255范围内任意变化，可以提供2552个IP地址。但是实际可用的IP地址数量是2552-2，即65023个。

二、网关与默认网关

1、网关定义

       网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同层--应用层。

2、网关解释

     网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192. 168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩码（255.255.255.0）判定两个网络中的主机处在不同的网络里。 而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。网络B向网络A转发数据包的过程也是如此。

      所以说，只有设置好网关的IP地址，TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢？

      答：网关的IP地址就是具有路由功能的设备的IP地址。具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器（实质上相当于一台路由器）、代理服务器（也相当于一台路由器）。说的直白一点，一般情况下，路由器的IP就是网关IP。

3、默认网关

      什么是默认网关 ？如果搞清了什么是网关，默认网关也就好理解了。就好像一个房间可以有多扇门一样，一台主机可以有多个网关，默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来处理数据包。现在主机使用的网关，一般指的是默认网关。

三、DHCP服务器

1、DHCP定义

     动态主机设置协议（英语：Dynamic Host Configuration Protocol，DHCP）是一个局域网的网络协议，使用UDP协议工作，主要有两个用途：用于内部网或网络服务供应商自动分配IP地址；给用户用于内部网管理员作为对所有计算机作中央管理的手段。

2、DHCP的作用

      DHCP通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。

      DHCP协议采用客户端/服务器模型，主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。当DHCP服务器接收到来自网络主机申请地址的信息时，才会向网络主机发送相关的地址配置等信息，以实现网络主机地址信息的动态配置。DHCP具有以下功能：

     A. 保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户机所使用。

     B. DHCP应当可以给用户分配永久固定的IP地址。

     C. DHCP应当可以同用其他方法获得IP地址的主机共存（如手工配置IP地址的主机）。

     D. DHCP服务器应当向现有的BOOTP客户端提供服务。

3、DHCP的工作机制

     DHCP有三种机制分配IP地址：

     1) 自动分配方式（Automatic Allocation），DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址。

     2) 动态分配方式（Dynamic Allocation），DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。

     3) 手工分配方式（Manual Allocation），客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。

     三种地址分配方式中，只有动态分配可以重复使用客户端不再需要的地址。

4、DHCP服务器定义

      动态主机配置DHCP协议是一个局域网的网络协议。指的是由服务器控制一段IP地址范围，客户机登录服务器时就可以自动获得服务器分配的IP地址和子网掩码。首先， DHCP服务器必须是一台安装有Windows 2000 Server/Advanced Server系统的计算机；其次，担任DHCP服务器的计算机需要安装TCP/IP协议，并为其设置静态IP地址、子网掩码、默认网关等内容。默认情况下， DHCP作为Windows 2000 Server的一个服务组件不会被系统自动安装，必须添加它。

5、DHCP服务器的作用

      两台连接到互联网上的电脑相互之间通信，必须有各自的IP地址，由于IP地址资源有限，宽带接入运营商不能做到给每个报装宽带的用户都能分配一个固定的IP地址（所谓固定IP就是即使在你不上网的时候，别人也不能用这个IP地址，这个资源一直被你所独占），所以要采用DHCP方式对上网的用户进行临时的地址分配。也就是你的电脑连上网，DHCP服务器才从地址池里临时分配一个IP地址给你，每次上网分配的IP地址可能会不一样，这跟当时IP地址资源有关。当下线的时候，DHCP服务器可能就会把这个地址分配给之后上线的其他电脑。这样就可以有效节约IP地址，既保证了网络通信，又提高IP地址的使用率。

6、IP地址、子网掩码和默认网关的设置

       一台电脑的IP地址、子网掩码和默认网关是不可以随随便便指定的，必须正确地指定，否则这台电脑就无法上网或通信。IP地址、子网掩码和默认网关的设定有手动设置和自动设置两种方式。 
       A、手动设置：手动设置适用于电脑数量比较少、TCP/IP参数基本不变的情况，比如只有几台到十几台电脑。因为手动设置IP地址、子网掩码和默认网关需要工作人员在每台电脑操作，不仅非常费劲，而且一旦因为迁移等原因导致必须修改IP地址、子网掩码和默认网关，就会给工作人员带来很大的麻烦，所以不推荐使用。
      B、自动设置：自动设置就是利用DHCP服务器来自动给网络中的电脑分配IP地址、子网掩码和默认网关。这样做的好处是一旦网络的默认网关发生了变化时，只要更改了DHCP服务器中默认网关的设置，那么网络中所有的电脑均获得了新的默认网关的IP地址。这种方法适用于网络规模较大、TCP/IP参数有可能变动的网络。另外一种自动获得网关的办法是通过安装代理服务器软件（如MS Proxy）的客户端程序来自动获得，其原理和方法和DHCP有相似之处。由于篇幅所限，就不再详述了。

四、DNS服务器

1、DNS定义

      域名系统（英文：Domain Name System，缩写：DNS）是互联网的一项服务。它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便地访问互联网

2、DNS服务器定义

      DNS（Domain Name Server，域名服务器）是进行域名(domain name)和与之相对应的IP地址 (IP address)转换的服务器。DNS中保存了一张域名(domain name)和与之相对应的IP地址 (IP address)的表，以解析消息的域名。

3、域名定义

      域名是由一串用点分隔的名字组成的，通常包含组织名，而且始终包括两到三个字母的后缀，以指明组织的类型或该域所在的国家或地区。

      正如上面所讲，在网上辨别一台电脑的方法是利用 IP地址，但是 IP用数字表示，没有特殊的意义，很不好记，因此，我们一般会为网上的电脑取一个有某种含义又容易记忆的名字，这个名字我们就叫它域名（Domain Name）。 例如：对百度说，一般使用者在浏览这个网站时，都会输入https://www.baidu.com，很少有人会记住这台服务器的 IP 是多少？所以https://www.baidu.com就是百度站点的域名。

4、域名服务器作用

      正如我们在跟朋友打招呼时，一定是叫他的名字，几乎没有人是叫对方身份证号码的吧！但是由于在 Internet 上真实辨认机器的还是IP，所以当使用者在浏览器中输入域名后，浏览器必须先到一台有域名和 IP 对应信息的主机去查询这台电脑的 IP，而这台被查询的主机，我们称它为域名服务器，简称 DNS。

     例如：当你输入https://www.baidu.com时，浏览器会将https://www.baidu.com这个名字传送到离它最近的 域名服务器去做辨认，如果查询到结果，则会传回这台主机的 IP地址，进而跟它发生连接，但如果没有查询到，就会出现类似 DNS NOT FOUND 等告警信息。所以一旦你的电脑的DNS Server 设置不正确，就好比是路标错了，电脑也就不知道该把信息送到哪里。 

    由于ISP的拨号服务器一般都有缺省的DNS，所以你可以不用设置DNS，如果你需要指定一台DNS，你一定要了解这台DNS的准确IP（比如福州的163用户的DNS为202.101.98.55）。DNS设置方法如下：在“控制面板”下打开“网络”里的“TCP/IP"的“属性”，在“DNS设置”栏目选择“启用DNS"，并将DNS的IP地址添加即可。

五、WINS服务器

1、WINS服务器定义

     WINS是Windows Internet Name Server（Windows网际名字服务）的简称，是微软开发的域名服务系统。WINS为NetBIOS名字提供名字注册、更新、释放和转换服务，这些服务允许WINS服务器维护一个将NetBIOS名链接到IP地址的动态数据库，大大减轻了对网络交通的负担。

2、NetBIOS协议 和TCP/IP协议

NetBIOS是一个网络协议，在上世纪80年代早期由IBM和Sytec联合开发，用于所谓的PC-Network。虽然公开发表的文档很少，协议的API却成为了事实上的标准。

随着PC-Network被令牌环和以太网取代，NetBIOS也应该退出历史舞台。但是，由于很多软件使用了NetBIOS的API（比如微软），所以NetBIOS被适配到了各种其他的协议上，比如IPX/SPX和TCP/IP。

使用令牌环和以太网传输的NetBIOS现在被称为NetBEUI。在Micrsoft Windows 98发布之前，一直广泛使用。在TCP/IP上运行的NetBIOS称为NBT，由RFC 1001和RFC 1002定义。NBT的基本思想是在基于IP的络上模拟基于NetBIOS的PC-Network。NBT在Windows 2000中引入，是现在首选的NetBIOS传输。

3、WINS服务器的作用

WINS:实现的是IP地址和计算机名称的映射。它集中管理计算机名称和IP地址。通常这些计算机名称都是在某个单位内部有效。比如在一个局域网内你可以通过使用计算机名就访问另一台计算机，它有一个查询IP地址的过程，就是通过WINS服务来实现的。

DNS:实现的是IP地址和域名的映射。这个接触的就比较多了 ，它通过全球各地分布的各级DNS服务器来解析域名和IP地址的关系，实现域名上网。

4、WINS服务器的现状

WINS是微软网络拓扑的一个重要的组成部分。在过去，你需要在Windows网络中运行一个WINS服务器以避免域名解析的问题。当时的这种NetBIOS(Windows机器名称)协议只能在NetBEUI传输协议上工作。如果你曾经使用过Windows 95,你会记得NetBEUI协议经常出现在你的网络属性中。在网络属性中，TCP/IP协议也是一个选项。
       目前，DNS取代了WINS。由于微软对NetBIOS做了修改，允许它使用TCP/IP堆栈完成其工作(TCP/IP协议上的NetBIOS)，大多数DNS服务器都能够处理NetBIOS的请求。这就是WINS服务器变得越来越少的原因。

六、个人总结

      默认网关、DHCP服务器、DNS服务器、WINS服务器和路由器息息相关，他们的功能都可以由路由器实现，它们的地址就是路由器的地址。