1. IP、MAC 和域名为什么要同时存在#

上一篇讲了交换机与 ARP。主机可以通过 ARP 找到邻居的 MAC，但实际访问网站时，输入的往往又是一个域名。

这几个概念解决的是不同层次的问题：

这一篇主要整理第二天和第四天笔记。先把地址本身看明白，再看域名怎样与地址联系起来。

2. 一个 IPv4 地址其实是 32 位#

IPv4 常写成点分十进制：

1
192.168.43.4

四段各占 8 位，所以每段范围是 0～255，总共 32 位。

每个字节从左到右的权重是：

1
128  64  32  16   8   4   2   1

课堂里的“凑”和“加”很好用：十进制转二进制，凑出对应的权重；二进制转十进制，把值为 1 的位置加起来。

1
192 = 128 + 64             = 11000000
2
168 = 128 + 32 + 8         = 10101000
3
 43 = 32 + 8 + 2 + 1       = 00101011
4
  4 = 4                   = 00000100
5

6
192.168.43.4
7
= 11000000.10101000.00101011.00000100

反过来，00101110 = 32 + 8 + 4 + 2 = 46。

IPv6 则是 128 位，通常使用冒号分隔的十六进制表示。本文后续计算都针对 IPv4。

3. 子网掩码决定哪里是网络位#

只看到 192.168.43.4，还不能完整判断它属于哪个网段，需要配合掩码。

1
IP：   192.168.43.4
2
掩码： 255.255.255.0

这个掩码写成二进制是：

1
11111111.11111111.11111111.00000000

现代常用的连续掩码中，前面连续的 1 对应网络位，后面的 0 对应主机位。

这里有 24 个 1，所以也可以写成：

1
192.168.43.4/24

IP 与掩码按位与，得到网络地址：

1
192.168.43.4 AND 255.255.255.0 = 192.168.43.0

因此，这个普通 /24 子网里：

TIP

不能只看最后一段判断某个地址能不能分配给主机。.0 和 .255 是否是网络地址或广播地址，取决于前缀长度。上面的结论针对这个 /24。

4. 同网段找对方，跨网段找下一跳#

假设主机配置如下，且没有额外的更具体路由：

1
IP：      192.168.43.4/24
2
默认网关：192.168.43.1

访问 192.168.43.20 时，目标属于本地直连网段，主机通过 ARP 查询目标本身。

访问 192.168.50.20 时，目标不属于本地网段，主机使用默认路由，查询网关 192.168.43.1 的 MAC。

关键在于：

1
目的 IP：  192.168.50.20，最终目标
2
目的 MAC： 网关的 MAC，当前这一跳

网关一般应当在主机能够直接到达的本地链路上。把它设置成一个普通的远端地址，主机就无法正常把第一跳交出去。

同时，IP 子网和广播域也不能完全画等号。二层范围由 VLAN 等结构决定，IP 子网由地址和掩码决定；入门拓扑通常让两者对应，是为了便于管理，并非两个概念本身相同。

5. A、B、C 类地址是理解历史的工具#

课堂介绍了传统分类地址：

按首位比特划分时，A 类覆盖首字节 0～127，但 0 和 127 有特殊用途，因此课堂中又会出现 1～126 的写法。

现在做地址规划和查路由，应该看 CIDR 前缀，而不是看地址“长得像哪一类”。例如 192.168.0.0/16 的网络位就是 16 位，不能因为首字节是 192 就强行套用 /24。

单播是一对一，广播面向本广播域，组播面向某个组。组播地址用于表示接收组，不能作为普通 IPv4 源地址。

6. 几类经常遇到的特殊地址#

这些特殊用途可对照 IANA 的 IPv4 特殊地址登记表；网络地址和广播地址的计算仍要结合具体掩码。

私有地址可以在不同的独立网络中重复使用。它们不能作为普通公网地址直接在全球互联网路由，家庭网络通常借助 NAT 与公网通信。

1
DHCP 初始报文的源 IP 0.0.0.0：客户端还没有可用地址
2
服务监听 0.0.0.0：通常表示监听所有本地 IPv4 接口
3
路由前缀 0.0.0.0/0：匹配所有 IPv4 目的地址的默认路由

7. DNS 把名字查询与网络寻址连接起来#

DNS 并不只保存“域名到 IP”的对应关系，但入门时最常遇到的是查询 A 记录或 AAAA 记录，分别获得 IPv4 或 IPv6 地址。

以 www.example.com 为例，可以从右向左理解名字层级：

1
根 .
2
└── com
3
    └── example.com
4
        └── www.example.com

客户端通常先向配置好的递归解析器查询。解析器如果已经缓存了有效结果，就可以直接返回。

缓存未命中时，简化过程是：

1
客户端 → 递归解析器：请给我最终结果
2

3
递归解析器 → 根服务器：向哪里查询 .com？
4
递归解析器 → .com 服务器：向哪里查询 example.com？
5
递归解析器 → 权威服务器：查询 www.example.com 的记录
6

7
递归解析器 → 客户端：返回结果，并按 TTL 缓存

递归强调替请求方继续完成解析；迭代则允许返回下一步应查询的服务器信息。实际解析可能涉及缓存、别名和多级委派，不是每次都完整走一遍这张图。概念可参见 RFC 1034。

这里 DNS 记录的 TTL 表示缓存有效时间，和 IP 首部限制转发寿命的 TTL 是两个不同用途。

8. 把排查分成两件事#

Windows 上可以先查看本机配置：

1
ipconfig /all

再单独测试解析：

1
nslookup www.example.com

如果 IP 通信正常，但域名解析失败，应检查 DNS 服务器地址、到解析器的连通性及查询结果。反过来，即使能解析出地址，也不代表目标端口或应用服务一定正常。

最终，一次按域名访问服务的过程可以连起来看：

1
查询域名 → 获得目标 IP → 查路由 → 确定下一跳
2
        → 本地以太网通过 ARP 找 MAC → 发送数据

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