深入理解路由器、IP地址及网络配置

1. IP 地址

IP 地址（Internet Protocol Address）是用来标识网络设备的地址，就像生活中的家庭住址一样，IP 地址在网络中负责定位设备，让它们能够相互通信。

IP 地址的两种类型

1. 公有 IP 地址：
   用于连接互联网，全球唯一。例如：8.8.8.8（Google DNS）。
2. 私有 IP 地址：
   用于局域网（LAN）内部通信，多个局域网可以重复使用。例如：192.168.1.1。

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2. 192.168为什么常用？

192.168.x.x 是一个私有 IP 地址段，属于 RFC 1918 标准中定义的局域网专用地址范围。它只能在局域网内部使用，不会与互联网上的公网 IP 地址冲突。

私有 IP 地址段

根据标准，以下 IP 地址范围被保留为私有地址：

• 10.0.0.0/8（适用于大型网络）
• 172.16.0.0/12（适用于中型网络）
• 192.168.0.0/16（适用于小型网络）

192.168.x.x 是最常用的私有地址段，广泛用于家庭路由器和小型局域网。大多数路由器厂商默认将路由器的 LAN IP 设置为 192.168.1.1 或 192.168.0.1。

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3. 路由器的 IP 分配机制：动态与静态

动态分配（DHCP）

路由器通过 DHCP（动态主机配置协议） 自动为连接的设备分配 IP 地址。DHCP 地址池范围通常从 192.168.0.100 或 192.168.1.100 开始，原因是：

1. 避免与手动设置的固定 IP 地址冲突（通常固定 IP 被设置为 192.168.1.2 - 192.168.1.50）。
2. 简化管理，动态 IP 和固定 IP 地址容易区分。
3. 遵循厂商的默认配置惯例（例如 TP-Link、华为等）。

静态 IP

某些设备（如服务器、NAS、监控设备）需要一个固定的 IP 地址，以便其他设备能够稳定访问。静态 IP 地址可以手动配置，但需要注意：

1. 静态 IP 应避开 DHCP 动态分配范围。如果 DHCP 范围是 192.168.1.100 - 192.168.1.200，静态 IP 设置应避开这个范围。
2. 如果静态 IP 与 DHCP 分配范围重叠，可能会导致 IP 地址冲突。

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4. 子网掩码与网络范围

IP 地址的分配范围由子网掩码决定。通过 CIDR（无类别域间路由，Classless Inter-Domain Routing） 表示法，IP 地址和子网掩码可以用 /xx 表示。例如，192.168.1.0/24 表示子网掩码为 255.255.255.0。子网掩码的作用是划分网络部分和主机部分。

常见子网掩码与可用 IP 地址数量

子网掩码	CIDR 表示法	可用 IP 地址数量	描述
255.255.255.0	/24	254	适用于小型局域网
255.255.240.0	/20	4094	适用于较大的网络
255.255.255.240	/28	14	适用于小型设备组（如摄像头等）

示例：

• 192.168.1.0/24：分配范围是 192.168.1.1 到 192.168.1.254，适合小型网络。192.168.1.0 是网络地址，192.168.1.255 是广播地址。
• 192.168.1.0/20：分配范围是 192.168.0.1 到 192.168.15.254，适合较大规模的网络。
• 192.168.1.0/28：分配范围是 192.168.1.1 到 192.168.1.14，适合小型设备组。

分配范围计算方式：

可分配 IP 数量 = 2^(32 - 子网前缀长度) - 2

• 32 是 IPv4 地址总位数。
• 子网前缀长度 是 CIDR 表示法中的数字，例如 /24 中的 24。
• 减 2 的原因：
  • 减去网络地址（全为 0 的主机位）
  • 减去广播地址（全为 1 的主机位）

子网掩码是 32 位的二进制数，CIDR 表示法就是子网掩码中 1 的个数。

例如：

• 255.255.255.0 → 二进制表示为：11111111.11111111.11111111.00000000 → 有 24 个 1 → /24
• 255.255.240.0 → 11111111.11111111.11110000.00000000 → 20 个 1 → /20
• 255.255.255.240 → 11111111.11111111.11111111.11110000 → 28 个 1 → /28

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5. 跨网段通信

在某些情况下，设备位于不同的网段（例如 192.168.1.x 和 192.168.2.x），需要实现跨网段的通信。默认情况下，两个网段无法直接通信，需要路由器或静态路由来实现转发。

实现方法

方法 1：将两个路由器合并为一个网段

1. 将路由器 2 设置为交换机模式：
   • 关闭路由器 2 的 DHCP。
   • 将路由器 2 的 LAN 口连接到路由器 1 的 LAN 口。
   • 修改路由器 2 的 LAN IP 地址（如设置为 192.168.1.2）。
2. 所有设备会被分配到同一个网段，设备之间可以直接通信。

方法 2：配置静态路由

如果必须保持两个网段独立，可以通过静态路由实现通信：

1. 在路由器 1 上添加静态路由，告诉它如何到达路由器 2 的网段：
   • 目标网络：192.168.2.0/24
   • 下一跳网关：路由器 2 的 IP 地址（如 192.168.1.2）。
2. 在路由器 2 上添加静态路由，告诉它如何到达路由器 1 的网段：
   • 目标网络：192.168.1.0/24
   • 下一跳网关：路由器 1 的 IP 地址（如 192.168.2.1）。
3. 确保两台设备的默认网关配置正确。

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6. 默认网关

默认网关是指网络设备将无法直接通信的数据包交给谁处理。例如，当设备 A（192.168.1.10）要与互联网通信时，它会将数据包发送给路由器（默认网关）。

1. 局域网通信：
   如果设备只需要在局域网内通信（如文件共享、局域网游戏），可以不设置默认网关。
2. 访问外网：
   如果设备需要访问互联网，必须设置默认网关，否则设备无法找到出口路由。

默认网关通常是路由器的 LAN IP 地址，例如 192.168.1.1。

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7. DNS 服务器

DNS（Domain Name System）负责将域名（如 www.google.com）解析为 IP 地址。如果没有正确配置 DNS 服务器，设备将无法通过域名访问网站。

默认 DNS

• 路由器通常会自动配置 DNS 服务器，例如运营商的默认 DNS。
• 如果没有手动设置 DNS，系统会使用路由器的默认配置。

手动设置 DNS 的优势

1. 提升解析速度：使用 Google DNS（8.8.8.8）或 Cloudflare DNS（1.1.1.1）可能更快。
2. 防止 DNS 劫持：部分运营商的 DNS 服务可能会插入广告。
3. 提高稳定性：公共 DNS 服务通常比默认 DNS 更可靠。